本发明属于金属钒制备领域，具体涉及一种金属热还原法制备钒粉的方法。

背景技术：

1、钒为元素周期表第vb族过渡金属元素，与铌、钽元素性质相似，具有硬度高、耐腐蚀性强、快中子横截面积小等特点，广泛应用于冶金、化工、航空、核能等领域。由于钒的存在可脱除钢中氧氮杂质、有效抑制晶粒长大和显著改善合金钢的综合力学性能，有约85％的钒被用于钢铁行业。

2、新兴技术的发展对金属钒粉制备提出了更高要求，为制备金属钒粉，需对钒的氧化物或氯化物进行还原。

3、常见的钒氧化物有v2o5和v2o3，其对应的还原剂可分为金属还原剂与非金属还原剂，前者包括mg、ca、al等，后者包括c和si等。金属钒实际生产中，铝热还原五氧化二钒法为主流还原方法，该方法得到产物为v-al中间合金，需经电子束精炼方可得到纯钒。镁、钙和非金属还原剂还原钒氧化物制备金属钒的相关研究受限于生产成本高、产品一致性差和产物纯度低等问题，仍停留于实验室阶段。

4、钒为多价态金属，常见的钒氯化物有vcl2和vcl3等，还原钒氯化物常采用金属还原剂，以镁居多。传统的镁还原钒氯化物制备金属钒的步骤如下：v2o5直接氯化得到vocl3-vcl4混合物，经再氯化得到单一氯化物相，由单一氯化物相还原得到金属钒粉。由于原料中不含氧元素，钒粉纯度较高。

5、现有的钒的氧化物或氯化物还原制备金属钒粉的方法存在以下缺陷：

6、(1)铝热还原法制备时，铝和钒易形成中间合金，制得的粗钒纯度一般仅为85～90％，需进一步采用电子束精炼提纯。若要制备钒粉，需对电子束精炼后的钒锭进行氢化破碎和脱氢处理。铝热还原-真空电子束熔炼法完整工艺路线复杂，且电子束精炼环节往往伴随钒及其氧化物的蒸发损失，同时收率较低。

7、(2)镁热还原钒氯化物法可制得高纯钒粉，但由于钒氯化物有多种存在形式，不同存在形式间可互相反应转化，且不同前驱体对应反应热效应、收率各有差异，反应调控较为困难。另一方面，钒的氯化物容易吸潮，稳定性不如氧化物，且对存放环境有一定要求。

8、(3)镁热还原钒氧化物法的相关研究目前主要以三氧化二钒作为还原原料，相较五氧化二钒，前者获取困难、成本高，不适合作为工业化大规模生产的原料。

9、如公开号为cn110205651a的专利申请公开了一种低温电化学还原钒氧化物制备金属钒的方法。其将钒氧化物加入电解液中，在温度60～100℃、电压2.0～4.5v条件下进行电沉积。沉积结束后，阴极上可得到产物金属钒。相较其他还原方法，该电化学还原方法在较低温度下实现了钒氧化物到金属钒的还原，适合用于钒薄膜的电镀，但对于金属钒的制备提取本身，则面临效率较低等问题。

技术实现思路

1、基于上述技术背景，本发明的主要目的在于提供一种金属热还原法制备钒粉的方法，以克服现有技术中的不足。

2、为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括：

3、本发明第一方面在于提供一种金属热还原法制备钒粉的方法，所述方法包括以下步骤：

4、步骤1、将五氧化二钒粉末、还原剂和稀释剂混匀，然后升温进行反应，冷却至室温得到中间产物；

5、步骤2、将中间产物进行钝化处理，然后向松散多孔状物料中加酸进行酸洗，随后经过滤、冷冻干燥，得到产物钒粉。

6、步骤1中，

7、优选地，所述还原剂选自镁粉、镁屑中的一种或几种。

8、优选地，所述稀释剂为粉末状，选自氯化钾、氯化钠、氯化镁、氟化钾、氟化钠和氟化镁中的一种或几种。

9、优选地，所述五氧化二钒粉末、还原剂和稀释剂的质量比为(4.5～5.5)：(8.5～9.5)：1.402。

10、优选地，在氩气的保护气氛下，以2～5℃/min的升温速度从室温升温至400～500℃，抽真空，随后充氩气至常压，然后以8～12℃/min的升温速度升温至850～1100℃，在850～1100℃保温1～3h进行反应。

11、优选地，反应结束后，以8～12℃/min的降温速度从850～1100℃降温至600～700℃保温4～7h，保温过程中抽真空，随后充氩气至常压，而后自然冷却至室温。

12、步骤2中，

13、优选地，所述酸选自盐酸、稀硫酸和硝酸中的一种或几种。

14、优选地，酸洗后经0.2μm水系滤膜过滤，然后于-80℃冷冻干燥120min，即得产物钒粉。

15、本发明所具有的有益效果：

16、(1)本发明所述制备方法以五氧化二钒粉末为主要原料，相较于三氧化二钒或钒的氯化物，更易获得，大大降低了原料成本和获取难度；此外，采用五氧化二钒为主要原料在镁热还原过程中，还可避免生成中间合金，简化工艺流程，从而实现了生产成本和生产效率的双重提高。

17、(2)本发明通过采用镁粉作为还原剂，实现了钒粉的一步制备，大大简化了工艺流程，降低了生产成本；若采用常用的铝粉作为还原剂，需先进行铝热还原五氧化二钒工艺，得到含铝量较高的钒锭，而后通过电子束精炼得到纯钒锭，再通过氢化破碎、脱氢处理和研磨才能得到最终产物，工艺过程过于繁杂。

18、(3)本发明所述制备方法通过添加稀释剂，可降低反应体系绝热温度并抑制副产物中间合金等的产生，在降低能耗的同时，还能规避副产物的除杂过程，进一步简化工艺流程。

19、(4)本发明所述升温、保温和降温阶段均在氩气保护下进行，可防止还原得到的钒粉与空气中的氧再次反应生成钒的氧化物；在升温至400～500℃时，打开真空泵，可使原料中的杂质成分去除，在降温至600～700℃，再次开启真空泵，可使绝大部分的镁和氯化钾从产物中排出，便于后续处理。

20、(5)本发明所述方法制得的钒粉粒径小，为纳米级，氧、氮等杂元素含量几乎为0，钒元素含量高达99.3％及以上。

技术特征：1.一种金属热还原法制备钒粉的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1中，

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1中，

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1中，

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1中，

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1中，

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤2中，

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤2中，

技术总结本发明属于金属钒制备领域，具体涉及一种金属热还原法制备钒粉的方法。所述方法将五氧化二钒、还原剂和稀释剂混匀，然后升温进行反应，冷却至室温得到中间产物，随后将中间产物进行钝化处理，然后向松散多孔状物料中加酸进行酸洗，最后经过滤、冷冻干燥，得到产物钒粉。所述方法以五氧化二钒为原料进行钒粉的制备，大大降低了原料成本和获取难度，同时通过还原剂和稀释剂的添加，可避免中间合金和其他杂质的生成，实现了钒粉的一步制备，大大简化了工艺流程，降低了生产成本。技术研发人员：车玉思,王瑞芳,韩正豪,何季麟受保护的技术使用者：中原关键金属实验室技术研发日：技术公布日：2024/9/9