铝热还原法+碳热还原法+氢还原法冶炼金属钒研讨.doc

铝热还原法+碳热还原法+氢还原法冶炼金属钒（钒渣-五氧化二钒-三氧化二钒-金属钒-钒铁-钒铝合金 原创 邹建新 教授等 V2O5+2Al=3V2O4+ Al2O3 3V2O4+2Al=3V2O3+ Al2O3 3V2O3+2Al=6VO+ Al2O3 3VO+2Al=3V+ Al2O3 由以上四式可得如下总反应式：3V2O5+10Al=6V+5 Al2O3 上述总反应式反应的焓变为每6molV为-3735kJ或每1gV与Al2O3渣为-4.579kJ，属于高放热反应。另外，V、Al2O3的熔点分别为1910℃、2050℃，相对较低，有利于形成熔渣及金属钒锭。但当铝过量时，会形成Al-V合金，使脱出铝的难度加大。 铝还原三氧化二钒的还原反应如下： V2O3+2Al=2V+ Al2O3 该反应放热量较低，达不到渣熔化的温度，故只能制取粒状产品，而铝热法的渣不溶于水，故不适于用浸出法处理。变通的方法为加入助熔剂，如KClO3，反应如下： KClO3+2Al=KCl+ Al2O3 该反应放出较多热量，使渣熔化，冷却后便于与金属钒锭分离。 1.2 还原工艺 1966年Carlson采用二步法用铝还原V2O5制取钒。第一步制取A-V合金，第二步再精练制取高纯采用Al钢罐内衬抽真空充用燃气炉外源加热至750，点燃反应，反应迅速，冷却后分离渣与合金，合金再用HNO溶液浸洗，然后粉碎成6mm 的块。V2O5 500g 、铝屑400g ，混匀压紧；上部添加启动料V2O5 90g、高纯铝粉50g 、I2 20g ，用一个金属钒丝盘条埋入启动料中，抽真空、排氮气、充氩气；钒丝充电启动点燃， 升温至2050℃， 反应迅速完成，冷却后通过重力分离渣和含金。 1.3 粗钒精炼 用铝热法还原五氧化二钒制得的金属钒，钒含量为90%，可采用熔盐电解法进行精炼提纯，得到具有良好延展性、纯度达99.6%的钒。试用过的5种电解液，包括、K 、C、Ba 的氯化物与VCl配成的电解液以KCl -Cl – VCl2，CaCl2 - NaCl – VCl2 为好。熔盐电解的反应如下使用V2 为料，用敞开式铝热还原法制的， 用KClNaCl – VCl2电解液所得精，脱除了N 、剩余杂质主要是e，还有、C、Cu.2 碳热法多步还原过程 Joly用碳热法还原V第一步炭黑+ V配比( O) /x( C) = 1. 25( 摩尔比，下同)，即V+ 4C，400时5 ，还原至生成V第二步调整组分为V + 3.5C，加热至1 350， 抽真空至10Pa ，制成VC (V 86%-87% 、C5% -6% 、7%-8%)； 第三步加炭黑或V调整O/C = 1，热至15，抽真空至 Pa，，制得粗(含V 96% - 97% 、C 1% -1.5% 、2% -3% )； 第四步调组分使/C=1， 17lPa，1.2h ，得延展性(含V99.6% 、C 0. 12% 、%)，收率为95%。 图5.4.5 碳热还原法步骤图 ②Kieffer等使用V、VC 为原料，置于内，装感应炉，抽真空至0.05Pa1450℃下保温8h ，再抽真空至Pa，1500℃下保温9h，烧结的C-O-块，再进一步用电阻炉处理，加热至1 650，抽真空至2Pa，2h，加入VC 调组分，再加热至1675，抽真空至 Pa，最后得延展(含N 0. 01 % 、C 0. 12%、含O 0.014%)。在前边的多步法中，其质量是最高的。步骤见图。 图=143kJ 另一种可能是先将VC分解为VC0.88，反应按下式： VC=VC0.88+0.12C =47kJ 显然第二个反应更易进行，其中VC0.88是一个稳定的相。在此基础上进行下一步反应： VC0.88=V+0.88C =96kJ 向电解池提供电能后，上述反应向右进行，即精炼钒的反应为： 阳极反应： VCl2+ Cl-= VCl3+e 2VCl3+ V2C= 3VCl2+ VC0.88+0.12C V2C + 2Cl-= VCl2+ VC0.88+0.12C+2e 阴极反应： VCl2+2e= V（精）+ 2Cl- 因此，电解总反应为： V2C= V（精）+ VC0.88+0.12C 此外在阳极将进一步反应为： VC0.88 + 2Cl-= VCl2+ 0.88C+2e 上式与阴极反应式结合，净反应为： VC0.88= V（精）+ 0.88C 商业性的还原钒含V 85%，含C 10%，含其它杂质（O、Fe、Cr）5%，目前已精炼