铝热还原法+碳热还原法+氢还原法冶炼金属钒.pdf

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： 3V O +2Al=3V O + Al O 2 5 2 4 2 3 3V2O4 +2Al=3V 2O3+ Al 2O3 3V 2O3+2Al=6VO+ Al 2O3 3VO+2Al=3V+ Al 2O3 由以上四式可得如下总反应式： 3V2O5+10Al=6V+5 Al 2O3 上述总反应式反应的焓变为每 6molV 为 -3735kJ 或每 1gV 与 Al 2O3 渣为 -4.579kJ ，属于 高放热反应。另外， V 、Al 2O3 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： 2 3 2 3 V O +2Al=2V+ Al O 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 KClO 3 ，反应如下： KClO 3+2Al=KCl+ Al 2O3 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 V 2O5 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 Al 2O3 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 HNO 3 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 V 2O5 2 5 2 500g 、铝屑 400g ，混匀压紧；上部添加启动料 V O 90g 、高纯铝粉 50g 、I 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 VCl 2 配成的电解液，以 KCl -LiCl – VCl 2 ，CaCl2 - NaCl – VCl 2 为 最好。 熔盐电解钒的反应如下： 阳极反应： V （粗）+2Cl -= VCl