铝热还原法+碳热还原法+氢还原法冶炼金属钒
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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 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+ 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Al-V合金，第二步再精练制取高纯钒。采用Al2O3钢罐衬，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，取代有衬的钢罐，避免了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
1 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+CO
1 1/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+CO2
VO2+CO=V2O3+CO2
当温度高于1000℃时，则反应继续进行，并形成CO：
V2O3+5C=2VC+3CO
2V2O3+VC=5VO+CO
VO+3VC=2V2C+CO
VO+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
① Joly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V
86%-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%。
1 V2O5配料V2O5+4CV2O4+3.5C热真空处理1350℃,10Pa原料碳化钒（V 86%-87%，C 5%-6%，O 7%-8%）配料x(O)/x(C)= 1乙炔墨粉或V2O3热真空处理1500℃,0.1Pa粗钒（V 96%-97%，C 1%-1.5%，O 2%-3%）配料x(O)/x(C)= 1乙炔墨粉或V2O3热真空处理1700℃,10-3Pa延展性钒（V 99.6%，C 0.12%，O 0.06%）乙炔墨粉CO2还原54℃ 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，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。
1 V2O3配料X(O)/X(C)=1感应炉烧结1450℃，0.05Pa，8hV-O-C(O7%-9%,C5%-6%)感应炉烧结1500℃，0.01Pa，9hV-O-C(O3.5%,C2.6%)直流烧结1650℃，2×10-3Pa，3hV-O-C(O 0.17%,C 0.01%,N 0.01%)配料X(O)/X(C)=1VC直流烧结1675℃，5×10-3Pa，3h钒产品(O 0.014%,C 0.12%,N 0.01%)电弧熔炼熔片产品VC 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：
V2C=2V+C G=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 G=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 G=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
1 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+H2O
V2O4+H2= V2O3+H2O
V2O3+H2= 2VO+H2O
VO+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。
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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+2HCl
2VCl3+H2=2VCl2+2HCl
VCl2+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，所用氢气先通过铀屑净化。
铝热反应-
铝热反应
铝热反应（也称铝燃烧）是指在高温下铝与氧气或氯气等氧化剂反应，发生强烈的放热反应，最终生成铝氧化物和热。铝热反应常被应用于军工、矿产和航空航天等领域，具有广泛的应用前景。
1. 铝热反应的化学方程式
铝热反应的化学方程式可以表示为：
2Al + 3O2 → 2Al2O3 + 热
铝热反应可以采用空气、氧气或氯气等氧化剂引发，其中以氧气为最常用的氧化剂。
2. 铝热反应的机理
铝热反应的基本机理是铝与氧化剂之间的氧化还原反应。在反应开始时，热可以通过铝与氧化剂之间的反应释放，进一步加剧铝热反应的进程。反应过程中，铝原子与氧气或氯气中的氧或氯原子发生氧化、复合作用，生成热和铝氧化物或铝氯化物。铝热反应越强烈，反应中释放的热量越大。因此，反应结束后，铝热反应所产生的热能可以被用于加热水、发电等用途。
3. 铝热反应的应用
铝热反应广泛应用于军工、矿产和航空航天等领域，如：
（1）航空航天领域：铝热反应可用于飞机的防冰、发动机涡轮取暖、推进剂等方面。
（2）军事应用领域：铝热反应可作为火箭燃料和炮弹推进剂。
（3）矿业和金属工业：铝热反应可用于金属的还原和提纯，例如铝、钛、锂等等。
（4）环境保护：铝热反应可用于垃圾焚烧和氮氧化物的处理，有一定的环保作用。
4. 铝热反应的优势
（1）能量密度大：铝比其他金属更容易在高温条件下与氧气反应，所以铝热反应的能量密度更大，更适合用于燃料和推进剂。
（2）燃烧产物稳定：铝氧化物可以稳定地存在于高温高压条件下，这使得铝热反应产生的燃烧产物很容易被收集和处理。
（3）可重复利用：铝热反应中产生的热能可以被用于加热水、发电等用途，这使得铝热反应具有很高的可重复利用性。
（4）对环境友好：由于铝热反应产生的燃烧产物易于处理，对环境的影响相对较小。
综上所述，铝热反应是一种非常重要的反应，具有广泛的应用前景。随着科技的发展，铝热反应将有更多的应用场景，并且在未来能源转型中也将扮演着重要的角色。
金属的冶炼方法划分
金属的冶炼方法划分
一、熔炼法
熔炼法是最常见的金属冶炼方法之一，它利用高温将金属矿石或废旧金属加热至熔化状态，然后通过物理或化学方法将金属与杂质分离。熔炼法不同于其他冶炼方法的地方在于，它可以将金属从其氧化物或硫化物中还原出来，得到纯净的金属。
1. 火法冶炼
火法冶炼是最早期的金属冶炼方法之一，它利用高温将金属矿石和还原剂一起加热，使金属矿石中的金属氧化物还原为金属。常见的火法冶炼方法有焙烧法、炼铁法等。
2. 电解法冶炼
电解法冶炼是一种利用电解原理将金属从其化合物中分离出来的方法。通过将金属矿石或金属盐溶解在适当的溶液中，然后通过电解槽中的电流，使金属阳极溶解，而阴极上则析出纯净的金属。电解法冶炼广泛应用于铝、镁、锌等金属的生产过程中。
二、还原法
还原法是利用还原剂将金属从其氧化物或硫化物中还原出来的一种冶炼方法。它主要适用于那些难以直接通过熔炼法得到金属的金属矿石。常见的还原法冶炼方法有碳还原法、氢还原法等。
1. 碳还原法
碳还原法是一种常用的金属冶炼方法，它利用碳作为还原剂将金属从其氧化物中还原出来。在高温下，金属氧化物与碳发生反应，生成金属和CO2。这种方法适用于冶炼铁、锰等金属。
2. 氢还原法
氢还原法是指利用氢气作为还原剂将金属从其氧化物中还原出来的一种冶炼方法。在高温下，金属氧化物与氢气发生反应，生成金属和水蒸气。这种方法适用于冶炼钨、铌等高熔点金属。
三、浸出法
浸出法是一种利用溶剂将金属从矿石或废旧金属中提取出来的冶炼方法。通过将矿石或废旧金属浸泡在溶剂中，使金属溶解在溶剂中，然后通过物理或化学方法将金属与溶剂分离。常见的浸出法冶炼方法有酸浸法、碱浸法等。
1. 酸浸法
酸浸法是一种常用的浸出法冶炼方法，它利用酸性溶液将金属从矿石或废旧金属中溶解出来。酸浸法适用于冶炼铜、镍、锌等金属。
2. 碱浸法
碱浸法是一种利用碱性溶液将金属从矿石或废旧金属中溶解出来的浸出法冶炼方法。碱浸法适用于冶炼铝、锂等金属。
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。
冶炼金属的方法归纳之欧阳治创编
欧阳治创编 2021.03.10 欧阳治创编 2021.03.10
欧阳治创编 2021.03.10 欧阳治创编 2021.03.10 冶炼金属的方法归纳
时间2021.03.10 创作：欧阳治
王志荣
冶炼金属是从矿石中提取金属单质的过程，除物理方法外，金属的冶炼都是使金属从化合态转化为游离态的化学过程。根据金属的化学活动性不同，工业上冶炼金属一般有以下几种方法：
一. 物理方法
用于提取最不活泼的金属。Au、Pt等金属在自然界中主要以单质形式存在，可用物理方法分离得到。如“沙土淘金”就是利用水冲洗沙子，将沙土冲走，剩下密度很大的金砂，再进一步分离便可得到金属金（Au）。 欧阳治创编 2021.03.10 欧阳治创编 2021.03.10
欧阳治创编 2021.03.10 欧阳治创编 2021.03.10 二. 化学方法
绝大多数金属均用化学法提取。这些金属冶炼的本质是用还原剂使矿石发生还原反应（或加热使金属元素还原），具体有以下三种：
1. 电解法
该法适合冶炼金属活动性很强的金属，因为这类金属不能用一般的还原剂使其从化合物中还原出来，只能用通电分解其熔融盐或氧化物的方法来冶炼。
对于某些不活泼金属，如铜、银等，也常用电解其盐溶液的方法进行精炼。
如电解精炼铜，用硫酸铜（或氯化铜）溶液作为电解液，粗铜（含锌、铁、镍、银、金等杂质）铜板作为阳极，用纯铜薄钢板作为阴极。
金属常见冶炼方法
1 金属常见冶炼方法
一、电解法
金属活动顺序表中金属的冶炼如：
（熔融）
（熔融）
［生成的O2与阳极炭棒反应生成CO、CO2，所以应不断补充阳极炭棒，冰晶石（）为助熔剂。］
二、热还原法
金属活动顺序表中金属的冶炼。
（1）用作还原剂
（制很纯的还原性铁粉，这种铁粉具有很高的反应活性，在空中受撞击或受热时会燃烧，所以俗称“引火球”。）
（2）用C（焦炭、木炭）、CO作还原剂。如：
（我国是世界上冶炼锌最早的国家，明朝宋应星在《天工开物》一书中有记载）
（3）作还原剂（铝热剂）冶炼难熔的金属
（4）用等活泼金属为还原剂冶炼Ti等现代的有色金属。
（熔融）
2 （熔融）
钛是银白色金属，质轻和机械性能良好，耐腐蚀性强，广泛应用于化学工业、石油工业、近代航空、宇航、以及水艇制造中，被称为“空中金属”、“海洋金属”、“陆地金属”。医学上利用它的亲生物性和人骨的密度相近，用钛板、钛螺丝钉制作人工关节、人工骨，很容易和人体肌肉长在一起。所以又被称为“亲生物金属”。钛的合金（如钛镍合金）具有“记忆”能力，可记住某个特定温度下的形状，只要复回这个温度，就会恢复到这个温度下的形状，又被称为“记忆金属”。此外，钛还可制取超导材料，美国生产的超导材料中的90%是用钛铌合金制造的。由于钛在未来科技发展中的前景广阔，又有“未来金属”之称。
三、加热法
等不活泼金属的冶炼，可用加热其氧化物或锻烧其硫化物的方法。如：
唐代李白的秋浦歌：炉火照天地，红星乱紫烟。郝郎明月夜，歌曲动川寒。秋浦：在今安徽省池洲市西，当时产银、铜。郝郎指冶炼工人。
四、物理提取
在自然界中存在，其密度很大，用多次淘洗法去掉矿粒、泥沙等杂质，便可得。刘禹锡的浪淘沙：日照澄洲江雾开，淘金女伴满江隈。美人首饰侯王印，尽是沙中浪底来。（隈：水转弯的地方）
五、湿法冶金
即利用溶液中发生的化学反应（如置换、氧化还原、中和、水解等），对原料中的金属进行提取和分离的冶金过程。如金、银的工业冶炼：
金属的冶炼方法
金属的冶炼方法
以下是金属冶炼方法：
K,Ca,Na,Mg,Al,|Zn,Fe,Sn.Pb.(H),Cu,|Hg,Ag,Pt,Au
可以大致分成三段
1、Al之前的金属很活泼,用电解盐或氧化物的方法冶炼
如,Na是电解熔融NaCl
Mg是电解熔融MgCl2
Al是电解熔融Al2O3
2、中间一段一般是热还原法,加热时,用合适的还原剂,如,H2、C、CO、或者较活泼的金属Al（铝热反应）进行冶炼
如,H2、C、CO加热还原CuO得到Cu,还原Fe2O3得到Fe等
Al高温铝热反应冶炼Fe、Cr、Mn等金属
3、后面的不活泼金属可以通过直接加热氧化物分解的方法得到金属单质
如,HgO加热分解成Hg和O2,就是拉瓦锡发现空气中存在O2的经典实验。
2021年冶炼金属的方法归纳
*欧阳光明*创编 2021.03.07
*欧阳光明*创编 2021.03.07 冶炼金属的方法归纳
欧阳光明（2021.03.07）
王志荣
冶炼金属是从矿石中提取金属单质的过程，除物理方法外，金属的冶炼都是使金属从化合态转化为游离态的化学过程。根据金属的化学活动性不同，工业上冶炼金属一般有以下几种方法：
一. 物理方法
用于提取最不活泼的金属。Au、Pt等金属在自然界中主要以单质形式存在，可用物理方法分离得到。如“沙土淘金”就是利用水冲洗沙子，将沙土冲走，剩下密度很大的金砂，再进一步分离便可得到金属金（Au）。
二. 化学方法
绝大多数金属均用化学法提取。这些金属冶炼的本质是用还原剂使矿石发生还原反应（或加热使金属元素还原），具体有以下三种：
1. 电解法
该法适合冶炼金属活动性很强的金属，因为这类金属不能用一般的还原剂使其从化合物中还原出来，只能用通电分解其熔融盐或氧化物的方法来冶炼。
对于某些不活泼金属，如铜、银等，也常用电解其盐溶液的方法进行精炼。
如电解精炼铜，用硫酸铜（或氯化铜）溶液作为电解液，粗铜（含锌、铁、镍、银、金等杂质）铜板作为阳极，用纯铜薄钢板作为阴极。
总反应：
2. 热还原法 *欧阳光明*创编 2021.03.07
*欧阳光明*创编 2021.03.07 该法可冶炼较活泼的金属，碳、一氧化碳、氢气、活泼金属等是常用的还原剂。
（1）用碳作还原剂（火法冶金）（缺点：易混入杂质，污染大）
（2）氢气作还原剂（优点：得到的金属较纯，污染小，但价格较贵）
（3）用一氧化碳作还原剂（缺点：有污染）
用碳热还原法从含钒钢渣回收含钒生铁
第２７卷第５期
２００５年１０月四川冶金
ＳｉｃｈｕａｎＭｅｔａＵｕｒｇｙＶ０１．２７Ｎｏ．５
Ｏｃｔｏｂｅｒ，２００５
用碳热还原法从含钒钢渣回收含钒生铁
李光强张鹏科朱诚意
（武汉科技大学武汉４３００８１）张力隋智通
（东北大学沈阳１１０００４）
【摘要】实验研究表明对于含钒２．６５％钢渣，钒元素主要分布在ＲＯ相和Ｃａ３Ｓｉ０５相中；调节渣中（ＣａＯ／
ｓｉ０２）＝２，含ｖ２０５３．４％的合成渣，熔化缓冷后，钒主要固溶于Ｃｍ３Ｓｉ０２相中；对于ｖ２０５含量在４．７％－７．０％之间
的钢渣，钒是以Ｃａｖ２０６还是Ｆｅ一№一ｖ一０固溶体形式存在主要取决于渣中铁氧化物的含量。在钒含量较低的
钢渣ｑ－，由于含钒相的晶粒较小，很难将钒从其它组分中分离出来，但在１５５０～１６００℃条件下，用碳热还原法可以
有效地回收钢渣中的钒，得到被碳饱和的钒铁合金，利用渣在冷却过程中自动粉化现象，很容易实现渣和合金的分
离。
【关键词】钒钢渣回收
ＲＥＣＯＶＥＲＹＯＦＶ．ＢＥＡＲＩＮＧＰＩＧＩＲＯＮＦＲＯＭＳＴＥＥＬＭＡＫＩＮＧ
ＳＬＡＧＳＢＹＣＡＲＢＯＮＴＨＥＲＭＡＬＲＥＤＵＣＴＩＯＮ
ＬｉＧｕａｎｇｑｉａｎｇＺｈａｎｇＰｅｎｇｋｅＺｈｕＣｈｅｎｇｙｉ
（Ｗｕｈａｎｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆｓｃｉｅｎｃｅａｎｄｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．Ｗｕｈａｎ４３００８１）
ＺｈａｎｇＬｉＳｕｉＺｈｉｔｏｎｇ
（Ｎｏｒｔｈｅａｓｔｅｒｎｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈｅｎｙａｎｇ１１０００４）
［Ａｂｓｔｒａｃｔ］Ｔｈｅｖａｎａｄｉｕｍｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎａｎｄｔｈｅｍｅｔｈｏｄｏｆｒｅｃｏｖｅｒｉｎｇｖａｎａｄｉｕｍｉｎｔｈｅｓｔｅｅｌｍａｋｉｎｇ
ｃｏｎｖｅｒｔｅｒｓｌａｇｗｅｒｅｓｔｕｄｉｅｄ．Ｉｎｔｈｅａｓｒｅｃｅｉｖｅｄｃｏｎｖｅｒｔｅｒｓｌａｇｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ２．６５％ｖ２０５ｖａｎａｄｉｕｍ
ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄｂｏｔｈｉｎｌｉｍｅｓｏｌｉｄｓｏｌｕｔｉｏｎａｎｄＣａ３Ｓｉ０５．Ｆｏｒｔｈｅｓｌｏｗｃｏｏｌｅｄｓｙｎｔｈｅｔｉｃｓｌａｇｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ３．４％
真空碳热还原法制备高密度碳化钒
真空碳热还原法制备高密度碳化钒Ξ
卢志玉3
,罗冬梅
,陈厚生
,隋智通
(东北大学材料与冶金学院
,辽宁沈阳
110006)
摘要
:研究了采用真空碳热还原法由三氧化二钒制备碳化钒
,并研究了碳化钒产物密度随实验条件的变化规律
,找到了用于强化碳化钒产物
密度的添加剂
,研究结果表明
,反应温度、添加剂是影响碳化钒产物密度的主要因素
,反应时间对产物密度也有一定影响。研究结果同时表
明
,含铁化合物能有效地提高产物密度。
关键词
:三氧化二钒
;碳化钒
;密度
;真空碳热还原法
中图分类号
:TD98 文献标识码
:A 文章编号
:0258-7076(
2003)
01-0132-03
钒是重要的合金元素
,在钢中能起沉淀硬化
和晶粒细化的作用
,使钢的强度
,弹性
,韧性等综
合机械性能得到提高。由于这些性能的提高
,使钒
广泛应用于各种钢种中
,特别是低合金高强钢中。
作为钒的合金添加剂
,碳化钒产物的密度直接影
响钒在钢中的回收率
,高密度碳化钒制品能充分
与熔融钢水接触
,由此提高钒在钢中的回收率。制
备碳化钒的方法有
:真空碳热还原法、机械合金化
方法等。真空碳热还原法广泛应用于制备金属碳
化物
,其特点在于该方法能有效地将反应体系中
的气相产物排出反应体系
,有利于反应向生成产
物方向转化
,快速平衡
,并能提高回收率
,降低反
应温度。真空条件提供的无氧环境能有效的避免
产物的二次氧化
,提高产物质量。本文研究了实验
条件对碳化钒产物密度的影响规律
,研究了添加
剂及用量对产物密度的影响规律
,为制备高密度
碳化钒制品提供了依据。
1 实 验
11
1 原理
采用
V
2O
3为原料
,选择碳热还原法制备碳化
钒的反应为
:
V
2O
3(
s)
+5C(
s)
=2VC(
s)
+3CO(
g)
Δ
GΘ
=6731
58-01
4859
T(
kJ・
mol-1
)
Δ
G=Δ
GΘ
+
RTln(
P
Co)Π
P°
=6731
58-01
4859
T+01
05744Tlg(
P
Co)Π
P°(
kJ・
mol-1
)
将上式作图得图
1,由图
1可知
,降低气态产
物
CO的分压可以降低反应的初始温度
钒的氢硫碳氮化合物及钒铁钒铝合金的性质及其化学反应(详细版)
钒的氢硫碳氮化合物与钒铁、钒铝合金的性质及其化学反应
1 钒的氢化物
钒吸收氢后可形成不同的氢化物。氢在钒中的溶解度随温度升高而减少，见表1。
表1 氢在钒中的溶解度
温度/℃ 20 150 300 400 600 800 1000
溶解度/L·kg－1 15 8.2 6 3.8 1 0.45 0.24
钒吸收氢后，可以生成不同的氢化物相，如无序的体心立方的固溶体，V2H、V3H2、VH、VH2等，但VH2很不稳定，常温下即易分解为VH和H2。钒的氢化物为灰色金属状物，金属钒吸氢后晶格膨胀，性质变脆，密度变小，在真空中加热到600～700℃，钒的氢化物即会分解，氢含量降低到0.001%～0.002%，随着氢含量的下降，钒的脆性下降，塑性恢复。
2 钒的硫化物
钒的硫化物主要有二元硫化物、硫酸盐和硫代钒酸盐。钒的二元硫化物有V2S5、VS2、V2S3、VS、VS4、VS5等。V2S5在稀盐酸、稀硫酸及稀氨、碱溶液中微溶。高价的硫化钒在高温下用氩气还原可制得低价的硫化钒。
硫代钒酸盐：V2S5与碱金属硫化物溶液反应，可以生成硫代钒酸盐或(NH4)VO3与(NH4)2S，反应如下：(NH4)VO3＋4(NH4)2S＋3H2O＝(NH4)3VS4＋6NH4OH。上式中的VS43－即为硫代钒酸根。除了正硫代钒酸盐外，还可以生成焦硫代钒酸盐。正硫代钒酸盐与强酸作用会发生复分解反应，再生成硫化钒，其反应如下：
2(NH4)3VS4＋6HCl＝V2S5＋3H2S＋6NH4Cl
硫酸氧钒：四价钒及五价钒易生成硫酸氧钒VOSO4和(VO)2(SO4)3，二者均不活泼，不溶于水。硫酸钒：二价和三价的钒易生成硫酸钒V2(SO4)3和VSO4。V2(SO4)3不溶于水，比较稳定；VSO4·7H2O溶于水，易氧化，易与FeSO4等形成复盐，此时趋于稳定。
3 钒的碳化物
碳在金属钒中的溶解度随温度的升高而增加，1000℃时约为0.2%，1650℃时可达到5.5%（按摩尔分数）。碳原子在金属钒中的间隙化合物形成两个物相：VC和V2C，V－C体系的相图见图1。