铝热还原法+碳热还原法+氢还原法冶炼金属钒
一种制备金属钒的方法
一种制备金属钒的方法引言金属钒是一种具有重要工业应用价值的金属材料，广泛应用于冶金、化工、电子等领域。
目前已有多种方法制备金属钒，但由于成本高、工艺复杂等问题限制了其产量和应用范围。
本文将介绍一种简单、高效的制备金属钒的方法，开发出更可行的制备技术，以满足不同领域的需求。
材料与方法1. 原料准备：制备金属钒所需的主要原料为钒矿石，常见的有伴生钒矿、钒铁矿等。
此外，还需要一些辅助材料，如还原剂、助熔剂等。
2. 矿石选别：将采集到的钒矿石经过粉碎、磨矿等处理工艺，得到均匀的颗粒状物料。
通过重力分选、浮选等方法，将矿石中的杂质分离，得到纯净的钒矿石。
3. 还原提钒：将纯净的钒矿石与还原剂按一定比例混合，并加入适量的助熔剂。
将混合物装入高温炉中，采用还原反应提取钒。
温度、时间等参数需要根据具体情况进行优化。
4. 熔炼与精炼：通过还原提钒得到的钒合金需要经过熔炼和精炼工艺，以获得高纯度的金属钒。
采用真空熔炼、电炉熔炼等方法，调整合金成分和含杂质的浓度。
5. 产品成型：经过熔炼和精炼后的钒合金通过铸造、压延等工艺成型，制备出所需的金属钒产品。
结果与讨论采用上述制备方法制得的金属钒具有较高的纯度和良好的机械性能，符合工业应用的要求。
通过对不同矿石的处理和还原提钒工艺参数的优化，可实现钒的高效提取和合金化。
本方法相比传统的制备方法具有明显的优势。
首先，使用的原料广泛且资源丰富，提高了可行性和可持续性。
其次，制备工艺简单、操作方便，降低了制备成本和工艺控制的难度。
此外，还能达到较高的成品强度和韧性，提高了制品的使用寿命和稳定性。
然而，这种制备方法仍然存在一些不足之处。
例如，对原料矿石的加工和纯化过程可能存在能耗较高、流程复杂等问题，需要进一步优化。
同时，提高熔炼和精炼工艺的自动化程度，减少对人力的依赖，也是值得探索的方向。
结论通过本研究，我们成功开发了一种简单、高效的制备金属钒的方法，为工业生产中的钒材料提供了新的解决方案。
第一章 钒的基础知识2
正方 兰黑 4.2～4.4 斜方 橙黄 3.357
1、一氧化物(VO或V2O2)
物理性质： —浅灰色带有金属光泽的晶体粉末
—是非整比氧化物，组成为VO0.94-1.12
—固体具有氯化钠型晶体结构,即属离子型的 —具有较高的导电性 化学性质： —具有碱性氧化物的性质，不溶于水，能溶解于酸中生成强 还原性的紫色钒盐[V(H2O)6 ]2+ 离子。 —在空气中和水中不稳定，容易氧化成V2O3。 —在真空中它发生歧化反应生成金属钒和V2O3。 制备：用氢在1700℃下还原V2O5或V2O3制得。
件有关，含碳较高的矿层钒含量较高，以硅质页岩为主的矿层品位较
低。 ⑹有机基原料矿床：钒与其它有机化合物形成络合物。如高硫石油、
沥 青 质 岩 等 ， 通 常 中 东 的 原 油 V2O5 含 量 20 ～ 150g/t ， 有 的 高 达
300～400g/t。因此，这些有机燃油的渣、灰及脱硫用的废催化剂等 含有大量的钒，有的还含有钼、镍等二次资源，可作为提钒的重要原
第一章 钒的基础知识
29
教学要求：
1、了解钒制备的发展史，钒及其化合物的
用途。
2、掌握钒矿物及其主要性质,钒的生产方法。
重点：钒矿物的主要性质，钒的生产方法。
一、世界钒的发展历史
钒(V),呈银灰色，原子序数为23，原子量为50.942，在元素周期 表中属VB族，具有体心立方晶格。
工业冶炼铝反应方程式
工业冶炼铝反应方程式1. 导论工业冶炼铝是一项重要的工艺，广泛应用于制造各种铝制品。
在工业生产中，通过特定的反应方程式可以将铝的矿石转化为纯铝金属。
本文将详细介绍工业冶炼铝的反应方程式及其过程。
2. 铝的矿石铝的主要矿石是铝石和脱水铝石。
铝石化学式为Al2O3，是一种重要的铝氧化物。
脱水铝石是水合铝矾石的高温产物，化学式为Al2SO4(OH)4。
这些矿石含有铝元素，但需要经过一系列的反应才能提取出纯铝金属。
3. 工业冶炼铝的步骤工业冶炼铝通常分为以下几个步骤：3.1. 起始材料的制备铝矿石经过破碎和磨碎后，形成粉末状的起始材料。
这些起始材料通常含有一定的杂质，需要经过处理以提高纯度。
3.2. 纯化铝矿石将起始材料与氢氧化钠或氢氧化铝等碱性物质反应，使铝矿石中的杂质与碱性物质形成易溶性盐类。
然后通过过滤或沉淀的方式将杂质分离出去，从而提高铝矿石的纯度。
3.3. 典型的工业冶炼铝反应方程式在工业冶炼铝的过程中，主要涉及到两个关键的反应方程式。
3.3.1. 碳与热还原一种常用的冶炼方法是通过碳与矿石中的氧反应，热还原得到铝金属。
反应方程式： 2Al2O3 + 3C -> 4Al + 3CO2上述方程式中，碳与氧反应生成二氧化碳的同时，铝矿石中的氧与铝反应生成纯铝金属。
3.3.2. 电解法另一种常用的冶炼方法是电解法。
铝矿石经过初步熔化后，作为阳极放入电解质溶液中，通过电解的方式将铝离子还原成金属铝。
反应方程式： 2Al2O3 -> 4Al3+ + 6O2- Al3+ + 3e- -> Al上述方程式中，铝离子在阳极处受到电子的还原形成纯铝金属。
4. 工业冶炼铝的优缺点工业冶炼铝有以下几个优点：•铝是一种轻质金属，具有较低的密度和优良的导电性能，适用于制造飞机、汽车等重要设备。
•冶炼铝所需的主要原料是铝矿石，而铝矿石分布广泛，资源比较丰富。
•工业冶炼铝采用的冶炼方法多样化，可以根据不同的情况选择最合适的方法。
金属冶炼方法
金属冶炼方法金属冶炼是指将矿石中的金属元素提取出来的工艺过程。
在现代工业中，金属冶炼是一个非常重要的环节，因为金属是许多工业制品的基础材料，如建筑材料、机械零件、电子产品等。
金属冶炼方法有多种，下面将分别介绍几种常见的金属冶炼方法。
首先，火法冶炼是最早被人们采用的金属冶炼方法之一。
这种方法是通过高温将矿石中的金属氧化物还原为金属。
火法冶炼通常需要使用燃料和空气，将矿石和其他原料放入熔炉中进行加热，使金属氧化物还原为金属。
这种方法适用于铁、铜、铅等金属的冶炼，但是由于燃料消耗大、环境污染严重，逐渐被其他冶炼方法所取代。
其次，湿法冶炼是另一种常见的金属冶炼方法。
这种方法主要用于提取稀有金属，如金、银等。
湿法冶炼的过程是将矿石浸泡在化学溶液中，利用化学反应将金属提取出来。
这种方法的优点是可以提取高纯度的金属，但是缺点是生产成本较高，且对环境有一定影响。
另外，电解法冶炼是一种利用电解原理提取金属的方法。
这种方法通常用于提取铝、镁等活泼金属。
电解法冶炼的过程是将金属氧化物溶解在熔融的盐类中，然后通电进行电解，使金属离子在阳极处还原成金属。
这种方法能够提取高纯度的金属，且对环境影响较小，但是能耗较高。
最后，气相冶炼是一种利用气体将金属提取出来的方法。
这种方法通常用于提取钛、锆等金属。
气相冶炼的过程是将金属氧化物加热至一定温度，使其与气体发生化学反应，生成金属和气体化合物，然后通过物理或化学方法将金属分离出来。
这种方法具有高效、环保等优点，但是设备投资较大。
总的来说，金属冶炼方法有多种，每种方法都有其适用的金属和特点。
在实际生产中，需要根据矿石的成分、金属的纯度要求、生产成本等因素选择合适的冶炼方法。
随着科技的发展，金属冶炼方法也在不断创新和改进，以满足人们对金属产品的需求，并尽量减少对环境的影响。
高三化学 金属的冶炼
金属的冶炼(1)把金属从化合态变为游离态。
常用冶炼法：用碳一氧化碳氢气等还原剂与金属氧化物在高温下反应。
(2)冶炼的原理①还原法：金属氧化物（与还原剂共热）－－→游离态金属②置换法：金属盐溶液（加入活泼金属）－－→游离态金属③火法冶炼（Pyrometallurgy）又称为干式冶金，把矿石和必要的添加物一起在炉中加热至高温，熔化为液体，生成所需的化学反应，从而分离出粗金属，然后再将粗金属精炼。
④湿式冶金（Hydrometallurgy）湿法冶金这种冶金过程是用酸、碱、盐类的水溶液，以化学方法从矿石中提取所需金属组分，然后用水溶液电解等各种方法制取金属。
此法主要应用在低本位、难熔化或微粉状的矿石。
现在世界上有75％的锌和镉是采用焙烧-浸取-水溶液电解法制成的。
这种方法已大部分代替了过去的火法炼锌。
其他难于分离的金属如镍-钴，锆-铪，钽-铌及稀土金属都采用湿法冶金的技术如溶剂萃取或离子交换等新方法进行分离，取得显著的效果。
(3)常见金属冶炼：①汞：热分解法：2HgO2Hg+O2(气体)②铜：置换法：CuSO4+Fe==Cu+FeSO4（又叫湿法炼铜）③铝：电解法：2Al2O34Al+3O2(注意不能用AlCl3,因为AlCl3不是离子化合物）④镁：电解法：MgCl2(l)Mg(s)+Cl2(g)↑⑤钠：电解法：2NaCl2Na+Cl2↑⑥钾：原理是高沸点金属制低沸点金属：Na+KCl==K+NaCl(反应条件是高温，真空。
）⑦铁：热还原法：2Fe2O3+3C2Fe+3CO2↑炼铁和炼钢的比较:铝的冶炼:(1)由铝土矿制氧化铝①将铝土矿中的氧化铝水合物溶解在氢氧化钠溶液中：②向偏铝酸钠溶液中通入二氧化碳，析出氢氧化铝：③使氢氧化铝脱水生成氧化铝：(2)电解氧化铝制备铝电解时，以氧化铝、冰晶石(Na2AlF6)熔融液为电解质，其中也常加入少量的氟化钙等帮助降低熔点；阳极和阴极以碳素材料做成，在电解槽的钢板和阴极碳素材料之间还要放置耐火绝缘材料。
金属冶炼中的钒冶炼与钒生产
钒的用途
01
钢铁工业
作为合金元素，提
高钢铁的强度、韧
02
性、耐腐蚀性等
有色金属工业
用于生产钛、锆、 铪等合金
04
航空航天工业
用于制造高温合金
03
、火箭发动机等
化学工业
用于生产各种含钒 化合物，如偏钒酸 铵、五氧化二钒等
钒的分布与储量
01
主要产地：南非、俄罗斯、中国、美国等
02
全球储量：约2200万吨
03
全球年产量：约15万吨
02
钒的冶炼工艺
矿石的采选
1 2
3
矿石来源
钒通常与其他金属伴生于一些矿物中，如石煤、钾长石、钠 长石等。
采矿方法
根据矿床类型和地形条件，选择露天开采或地下开采。
选矿流程
通过破碎、磨矿、浮选等工艺流程，将含钒矿物与其他杂质 分离。
冶炼过程
氧化焙烧
将含钒矿物与氧化剂（如空气或纯氧）混合加热，使钒氧化成可溶性的钒酸盐。
THANKS
低生产成本。
节能减排技术
02
采用新型的冶炼炉和余热回收技术，降低能耗和减少污染物排
放。
自动化与智能化控制
03
通过自动化和智能化技术，实现钒冶炼过程的精准控制和优化
管理。
发展趋势
绿色化
加强环保监管，推动钒冶炼行业绿色化发展，降 低对环境的影响。
规模化
通过兼并重组等方式，实现钒冶炼企业的规模化 发展，提高产业集中度。
废气处理
燃烧法
将含硫氧化物、氮氧化物的废气通入燃烧室中，在高温下进行燃 烧反应，生成无害的二氧化硫、氮气和水蒸气。
吸附法
利用活性炭等吸附剂吸附废气中的粉尘和有害气体，达到净化空气 的目的。
人教版化学专题复习：常见金属材料的制备与应用教案
尊敬的老师、亲爱的同学们：今天，我们将重点学习化学专题复习中的一个重要内容，即常见金属材料的制备与应用。
本次教学将分为三个部分进行，分别是金属的制备方法、常见金属的性质与应用以及金属材料的保护与处理。
第一部分：金属的制备方法金属的制备方法大致分为三种，分别是热法、电解法和化学法。
其中，热法又包冶金法和热还原法。
1、冶金法冶金法是一种以矿石或其他金属化合物为原料，通过高温熔炼或还原使金属与其他杂质分离的方法。
常见的冶金法有难点的金属矿物冶炼法和紫铜合金制备法。
2、热还原法热还原法是指采用碳、氢等物质来还原矿石、金属化合物而得到金属的过程。
其中，铝、铁、锰、钨、钴、钛、镁等金属常用此法制备。
3、电解法电解法是利用电解质的离子性，使离子在电场作用下向电极移动的现象，在电解槽内电以电解的方式提取金属的方法。
铜、锌、银等电化学系列位于氢之后的金属常采用此法制备。
第二部分：常见金属的性质与应用1、铝铝是一种轻质、强度高、导电性好的金属材料。
在工业生产和社会生活中，铝的应用范围非常广泛，包括航空、轨道交通、建筑、电子、包装等众多领域。
铝以其优异的性质，成为了运输工具、机械构件、电池壳、饰品等的首选材料。
2、铁铁是人类发现并应用最早的金属。
它的应用历史可以追溯到公元前5000年左右。
目前，铁已成为现代工业不可或缺的原材料之一。
铁具有高硬度、高强度、耐腐蚀性等显著优点，常用于制造机械、建筑、汽车、家电等领域。
3、铜铜是一种具有良好导电性和导热性能的金属材料。
它的应用领域非常广泛，包括电子、建筑、航空、装饰等领域。
在医疗方面，铜还具有良好的抗菌性能，可以作为医用材料使用。
第三部分：金属材料的保护与处理金属材料的保护与处理是保证金属材料使用性能、延长其使用寿命的重要手段。
常见的保护与处理方法有防锈、表面处理、涂层等。
1、防锈金属在接触到空气时容易受到氧化而产生锈蚀。
对于金属材料需要进行防锈处理。
防锈方法包括物理方法、化学方法和电化学方法。
金属冶炼的化学方程式还原法初三
金属冶炼的化学方程式还原法初三1.金属冶炼金属冶炼是把金属从化合态变为游离态的过程。
常用方法用碳、一氧化碳、氢气等还原剂与金属氧化物在高温下发生还原反应，获得金属单质。
国内前景全国从事稀土矿开采、冶炼分离的企业有200多家，已能生产单一稀土氧化物、单一稀土金属、稀土盐类、稀土合金、稀土功能材料等400多个种类、近千个规格的稀土产品，而且不断向高附加值、精细化、深加工产品及下游应用产品延伸。
随着我国新材料、军工、航空航天、新能源汽车等行业的快速发展，稀土金属冶炼行业发展前景看好。
2.金属冶炼的原理1.1还原法：金属氧化物(与还原剂共热)→游离态金属1.2置换法：金属盐溶液(加入活泼金属)→游离态金属（1）火法冶金又称为干式冶金，把矿石和必要的添加物一起在炉中加热至高温，熔化为液体，生成所需的化学反应，从而分离出用于精炼的粗金属的方法。
（2）湿法冶金湿法冶金是在酸、碱、盐类的水溶液中发生的以置换反应为主的从矿石中提取所需金属组分的制取方法。
此法主要应用在低本位、难熔化或微粉状的矿石。
世界上有75%的锌和镉是采用焙烧-浸取-水溶液电解法制成的。
这种方法已大部分代替了过去的火法炼锌。
其他难于分离的金属如镍-钴，锆-铪，钽-铌及稀土金属都采用湿法冶金的技术如溶剂萃取或离子交换等新方法进行分离，取得显著的效果。
1.3电解法：熔融金属盐(电解)→游离态金属(金属单质)电解法应用在不能用还原法、置换法冶炼生成单质的活泼金属(如钠、钙、钾、镁等)和需要提纯精炼的金属(如精炼铝、镀铜等)。
电解法相对成本较高，易造成环境污染，但提纯效果好、适用于多种金属。
3.常见金属冶炼方法3.1汞：热分解法：2HgO(s)=加热=2Hg(l)+O2(g);3.2铜：置换法：CuSO4+Fe==Cu+FeSO4 (湿法炼铜);3.3铝：电解法：2Al2O3=通电=4Al+3O2(注意不能用AlCl3,因为AlCl3不是离子化合物);3.4镁：电解法：MgCl2(熔融)=通电=Mg(s)+Cl2(g);3.5钠：电解法：2NaCl=通电=2Na+Cl2(g);3.6钾：原理是高沸点金属制低沸点金属：Na+KCl=(高温，真空)=K+NaCl;3.7铁：热还原法：2Fe2O3+3C=高温=4Fe+3CO2↑高炉炼铁：Fe2O3+3CO=高温=2Fe+3CO2。
钒[1]1
钒的制备
制取钒的纯金属是非常困难的， 因为它甚至比钛更容易与氢、 碳、氮和氧化合。 用金属热还原法（如用钙）制 备金属钒 V2O5+ 5Ca →5CaO + 2V 工业上用铝热法冶炼粗钒 工业上用铝热法冶炼粗钒
铝热法冶炼粗钒原理
铝热法生产粗钒合金，是将铝与V2O5按比例混 合均匀后，放置于内衬镁砂的钢质反应器内， 采用上部点火的方法，使反应自发进行。 反应过程中，五氧化二钒与金属铝还原剂一起 反应生成钒及三氧化二铝，并放出大量的热， 三氧化二铝与炉料中其他杂质形成炉渣，主要 发生以下化学反应： V2O5+ Al → Al2O3 + V
是无色的随着缩合度增大溶液的颜色逐渐加深由淡黄色变为深红色溶液转变为酸性后缩合度不变而是获得质子的反应hv10ph2时则有五氧化二钒水合物的红色沉淀析出如果加足够的酸ph1溶液中存在稳定的黄色vo从结构上看缩合钒酸盐不仅与磷酸盐相同有钒氧四面体共用角相连成链状如偏钒酸铵结构与偏磷盐相似而且还有钒氧八面体共用棱边倾斜棱边水平棱边组成的十钒酸根离子v10为白色结晶体既是一种独立的产品也是制造五氧化二钒的上一道工序的中间产品其性质与五氧化二钒相似其生产也需要办理安全生产许可证
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钒酸盐和多钒酸盐
钒酸盐和磷酸盐相似，都有缩合性，有 正钒酸盐，焦钒酸盐，偏钒酸盐、多钒 酸盐等。向钒酸盐溶液加酸，降低溶液 的pH值，使钒酸根离子质子化的同时发 生脱水而进行缩合的。随着pH的下降， 多钒酸根中含钒原子越多，就是缩合度 增大，其缩合平衡为： 2[VO3（OH）]2-+H+ → [V2O6（OH）]3+H2O （pH≥13） 2-+3H+ → V O 3 +3H O 3[VO3（OH）] 3 9 2 （pH≥8.4）
高中化学-金属冶炼方法
金属的冶炼
1.定义
把金属从化合态变为游离态。
常用冶炼法：用碳一氧化碳氢气等还原剂与金属氧化物在高温下反应。
2.冶炼原理
①还原法：金属氧化物（与还原剂共热）－－→游离态金属
②置换法：金属盐溶液（加入活泼金属）－－→游离态金属
③火法冶炼（Pyrometallurgy）又称为干式冶金，把矿石和必要的添加物一起在炉中加热至高温，熔化为液体，生成所需的化学反应，从而分离出粗金属，然后再将粗金属精炼。
④湿式冶金（Hydrometallurgy）：用酸、碱、盐类的水溶液，以化学方法从矿石中提取所需金属组分，然后用水溶液电解等各种方法制取金属。
此法主要应用在低本位、难熔化或微粉状的矿石。
3. 常见的金属冶炼方法
①汞：热分解法：2HgO2Hg+O2(气体)
②铜：置换法：CuSO4+Fe==Cu+FeSO4（又叫湿法炼铜）
③铝：电解法：2Al2O34Al+3O2(注意不能用AlCl3,因为AlCl3不是离子化合物）
④镁：电解法：MgCl2(l)Mg(s)+Cl2(g)↑
⑤钠：电解法：2NaCl2Na+Cl2↑
⑥钾：高沸点金属制备低沸点金属：Na+KCl==K+NaCl(反应条件是高温，真空。
）
⑦铁：热还原法：2Fe2O3+3C2Fe+3CO2↑。
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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-碳氮化钒-钒电池）原创邹建新李俊翰教授等1 铝热还原法1.1 铝热还原法基本原理铝热还原法制取金属钒通常采用五氧化二钒或三氧化二钒两种原料。
铝还原五氧化二钒的还原反应如下：3V2O5+2Al=3V2O4+ Al2O33V2O4+2Al=3V2O3+ Al2O33V2O3+2Al=6VO+ Al2O33VO+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Al-V合金，第二步再精练制取高纯钒。
采用Al2O3钢罐内衬，抽真空充氩气，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HNO3溶液浸洗，然后粉碎成6mm 的块。
Peerfect对两步法又作出改进，改用铜坩埚，并用夹套水冷，取代有内衬的钢罐，避免了内衬耐火材料带来的污染，铜坩埚也用高纯材料制成。
抽真空充氩气，加入炉料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Li、Na、K 、Ca、Ba 的氯化物与VCl2配成的电解液，以KCl -LiCl – VCl2，CaCl2 - NaCl – VCl2 为最好。
熔盐电解钒的反应如下：阳极反应：V（粗）+2Cl-= VCl2+2e阴极反应：VCl2+2e= V（精）+2Cl-总反应：V（粗）= V（精）使用V2O5 为原料，用敞开式铝热还原法制得的还原钒，用KCl-NaCl –VCl2电解液，所得精钒，有效脱除了N 、Si，剩余杂质主要是Fe，还有O、Cr、Cu。
2 真空碳热还原法2.1 基本原理图5.4.4 钒氧化物、碳氧化物的生成自由能由图5.4.4所知，只有当温度在1700℃以上时，碳还原钒氧化物在热力学上才是可行的。
同时，当高于1700℃时，与钒的氧化物比较，CO是最稳定的，为此碳热还原反应可以用下式予以概括：1/yVxOy+C=x/yV+CO但是碳与钒的亲和力很强，新生的钒极易与碳结合生成VC（或V2C），所以用碳还原氧化钒的历程应该如下式所示：1/yVxOy+(1+x/y)C=x/yVC+CO1/yVxOy+VC=(1+x/y)V+CO事实上的反应历程还要复杂些，例如钒的还原，要经历V2O5、V2O4、V2O3、VO、V(O)s、V等阶段，而碳化钒也有VC、V2C、V(C)s、V等阶段。
此处的V(O)s和V(C)s分别代表O、C溶解于钒中形成晶系间化合物的形态。
经过前人所作的归纳，钒氧化物碳热还原的过程可按如下步骤进行。
当温度低于1000℃时，反应按下式进行：V2O5+CO=2VO2+CO2VO2+CO=V2O3+CO2当温度高于1000℃时，则反应继续进行，并形成CO：V2O3+5C=2VC+3CO2V2O3+VC=5VO+COVO+3VC=2V2C+COVO+V2C=3V+CO按上述反应历程，欲制取金属钒，必须将钒氧化物先还原成VO、V2C，故必须采用多个还原步骤。
2.2 碳热法多步还原过程①Joly用碳热法还原V2O5，工艺流程见图5.4.5。
第一步：乙炔炭黑+ V2O5，配比x( O) /x( C) = 1. 25( 摩尔比，下同)，即V2O5+ 4C，400时540℃，还原至生成V2O4；第二步：调整组分为V2O4 + 3.5C，加热至1 350℃，抽真空至10Pa ，制成VC (含V86%-87% 、含C5% -6% 、含O 7%-8%)；第三步：加炭黑或V2O3，调整O/C = 1，热至1500℃，抽真空至0.1 Pa，3h，制得粗钒(含V 96% - 97% 、含C 1% -1.5% 、含O 2% -3% )；第四步：调组分使O/C=1，1700℃0.00lPa，1.2h ，得延展性钒(含V99.6% 、含C 0.12% 、含O 0.06%)，收率为95%。
图5.4.5 碳热还原法步骤图②Kieffer等使用V2O3、VC 为原料，置于坩埚内，装入感应炉，抽真空至0.05Pa，1450℃下保温8h ，再抽真空至0.01Pa，1500℃下保温9h，烧结的C-O-V块，再进一步用电阻炉处理，加热至1 650℃，抽真空至0.002Pa，2h，加入VC 调组分，再加热至1675℃保温3h，抽真空至0.005 Pa，最后得延展钒(含N 0. 01 % 、含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5.4.6。
图5.4.6 多步还原过程图2.3 粗钒精炼从理论上讲，碳热还原法有两种制取纯钒的途径，一种是V2C的直接分解：∆=143kJV2C=2V+C G另一种可能是先将VC分解为VC0.88，反应按下式：∆=47kJVC=VC0.88+0.12C G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：∆=96kJVC0.88=V+0.88C G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+e2VCl3+ V2C= 3VCl2+ VC0.88+0.12CV2C + 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%，目前已精炼出99.53%的纯钒。
使用的是48%BaCl2--31%KCl--21%NaCl ，再配加5%-12% VCl2的电解液，670℃，槽电压为0.4-1.3V（或0.2-0.7V），阴极电流密度为2150-9700A/m2（或1100-3200A/m2），阴极电流效率为70%（或87%），钒收率为84%（或77%）。
所有原料均先做一次预电解加以整理，然后再进行正规电解。
3 硅热还原法Prabhat 等报道了一种通过硅热还原钒氧化物和熔融盐电解精炼工艺相结合制备高纯金属钒的方法。
该方法首先是在真空状态和1873 ～1973K 温度条件下，将钒的氧化物（V2O5 或V2O3）用硅或硅和碳的混合物进行还原得到粗金属钒，再将这种含钒89.5%、含硅4%、含氧1.3%的粗金属钒在LiCl－KCl－VCl2组成的熔融盐电解质中进行精炼，最终可得到纯度大于99.5%金属钒。
4 氢还原法4.1钒氧化物的氢还原钒氧化物的氢还原如下：V2O5+H2= V2O4+H2OV2O4+H2= V2O3+H2OV2O3+H2= 2VO+H2OVO+H2= V+H2O上述反应的自由能变化与温度关系如图5.4.7所示，图中居中的线是水生成的标准线。
图5.4.7 钒氧化物、水的反应自由能变化与温度的关系4.2氯化钒的氢还原用氢还原氯化钒的反应原理如下：2VCl4+H2=2VCl3+2HCl2VCl3+H2=2VCl2+2HClVCl2+H2=V+2HCl以上反应的自由能变化如图5.4.8所示，图中上起第三条线为盐酸合成线，即：Cl2+H2=V+2HCl图5.4.8 用氢还原氯化钒的反应生成自由能与温度的关系20 世纪50年代，Tyzack 、Eng1and 采用φ75mm x 1200rnm 的Si 管，置于氧化铝马弗炉中，用VCl3作为原料，置于Mo舟中，放人反应器内，所用氢气先通过铀屑净化。
反应分两步，首先在450- 500℃条件下，VCl3还原为VCl2，然后再升高温度至1000℃，VCl2还原为V，反应速度很慢，500gVCl2需加热一周，产品为轻度烧结的熔片，收率约80%-88%；产品中的杂质含量大多在10-4数量级，来源于最初采用的原料钒块。
熔片易粉碎0.049mm以下，可以再固化压块，在1750℃条件下真空烧结，可得延展性钒。
硬度为120- 150VPN ，其中杂质含量较高的有：Ca为0. 15% - 0 25%，W 为0. 15% -0. 3%，Zn 为0. 2% -0.4%，O为0 . 25%-2.8%，H 为0. 54% -1. 5% 。
工艺流程见图5.4.9。
图5.4.9 氢还原氯化钒工艺流程5 冶炼金属钒新技术攀钢集团有限公司采用碳热还原—熔盐电解相结合的方法制备了金属钒。
该方法以钒的氧化物和单质形式的碳还原剂为原料，按照钒的氧化物和单质形式的碳还原剂反应生成VC m O n和CO的化学反应的化学计量比混合形成混合料，并将混合料压制成型，其中0<m≤1，0<n≤1，m≤n；在800℃～1600℃的温度范围内，使压制成型的混合料反应，生成具有导电性能的VC m O n；以VC m O n作为消耗阳极，以导电材料作为阴极，以碱金属的卤化物熔盐体系、碱土金属的卤化物熔盐体系或它们的组合作为电解液从而组成电解池，在400℃～1000℃的温度范围内执行电解，在电解过程中，消耗阳极所含的碳和氧形成气体CO、CO2或O2放出，同时钒以离子的形式进入电解液并在阴极沉积得到金属钒。
北京科技大学采用熔盐电解法制备出了高纯金属钒。
该方法将微波流化床技术与FFC 电脱氧技术相结合，以五氧化二钒为原料制备金属钒。
该工艺首先利用微波流化床加热效率高、升温迅速、气固接触，采用氢气或一氧化碳为还原气，于600-650℃下将低熔点五氧化二钒（熔点690℃）短时间内直接还原为三氧化二钒。