一種高純釩鋁合金及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種高純釩鋁合金及其制備方法，化學(xué)組分及質(zhì)量百分比為：C≤0.01%；O≤0.15%；N≤0.03%；Si≤0.03%；Fe≤0.04%；P≤0.005%；S≤0.005%；B≤0.001%；H≤0.005%；V≥80%；余量為Al以及不可避免雜質(zhì)；且C、Si、Fe、P、S、B以及不可避免雜質(zhì)的質(zhì)量百分數(shù)之和≤0.1%。制備方法步驟為：稱取高純五氧化二釩和高純氧化鋁后混合造粒，加入高純鋁粉與造粒后的粒料進行混合；混合物料裝入高純氧化鋁制成的反應(yīng)器中后抽真空；點火進行鋁熱還原反應(yīng)，完成后自然冷卻，分離金屬層與氧化鋁渣即得高純釩鋁合金。本發(fā)明的生產(chǎn)成本低、直收率高且所得釩鋁合金純度高。
【專利說明】一種高純釩錯合金及其制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及釩鋁合金制備【技術(shù)領(lǐng)域】，具體地說是一種用于生產(chǎn)高純釩的釩鋁合金 及其制備方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 釩鋁合金不僅是一種用于鈦合金的基礎(chǔ)原料，而且也是生產(chǎn)金屬釩的原料之一。 一般生產(chǎn)金屬釩采用的原料均為釩含量較高的釩鋁合金，一般是含釩量超過80%以上的釩 鋁合金，且雜質(zhì)含量要低。目前，釩鋁合金生產(chǎn)工藝一般是以五氧化二釩為原料，采用鋁熱 法生產(chǎn)釩鋁合金。需要說明的是，鋁熱法是一種利用鋁的還原性獲得高熔點金屬單質(zhì)的方 法。一般將鋁粉和一定量的高熔點金屬氧化物混合后，引燃，可以看到反應(yīng)物料在較高的 溫度下劇烈反應(yīng)，反應(yīng)放出大量的熱，鋁熱反應(yīng)十分激烈，所以點燃后難以熄滅，點燃之后 很難控制反應(yīng)過程。該反應(yīng)是將爐料裝入，并在點火后迅速產(chǎn)生高溫（170(TC?3000°C) 使得爐料處于熔融狀態(tài)，渣相與金屬分離，進而進行合金提煉。這種冶煉方式的優(yōu)點在于 不需輸入電熱，能耗低，比電弧爐冶煉法生產(chǎn)成本低。申請?zhí)枮镃N200910117560. 4的中 國專利公開了一種制備釩鋁合金的方法，即采用球磨機混合后對物料壓制后再反應(yīng)的方 式生產(chǎn)釩鋁合金，申請?zhí)枮镃N201110066037. 0的中國專利公開了一種制備釩鋁合金的方 法，所采用的技術(shù)方案是：以五氧化二釩和金屬鋁為原料，于反應(yīng)裝置中點火還原制得釩 鋁合金和爐渣；反應(yīng)裝置進料時采用連續(xù)給料的方式，進料速度5?40kg/min。申請?zhí)枮?CN201210407720. 0的專利公開了一種釩鋁合金的生產(chǎn)方法，以五氧化二釩、金屬鋁和冷卻 劑為爐料在反應(yīng)裝置中點火冶煉得到釩鋁合金和爐渣，其中，為了保證反應(yīng)的平穩(wěn)，添加了 冷卻劑為與所生產(chǎn)的釩鋁合金的牌號相同的釩鋁合金的殘次品。申請?zhí)朇N201410062416. 6 所述生產(chǎn)方法包括將作為爐料的五氧化二釩、金屬鋁和冷卻劑混勻后裝入敞開式反應(yīng) 爐中，點火冶煉得到釩鋁合金和爐渣，其中，五氧化二釩和金屬鋁的重量配比為1. 15? 1. 8:1，冷卻劑為粒度小于0. 25mm的釩鋁合金顆粒，并且冷卻劑的加入量能夠保證將單位 爐料發(fā)熱量控制為3300?3500kJ/kg，單位爐料發(fā)熱量等于五氧化二釩和金屬鋁反應(yīng)產(chǎn)生 的熱量與五氧化二釩、金屬鋁和冷卻劑的加入總量之比。以上公開的專利均是采用鋁熱還 原的方式進行釩鋁合金的生產(chǎn)，由于五氧化二釩與金屬鋁反應(yīng)放出大量的熱量，熱量大幅 過剩、使反應(yīng)呈現(xiàn)爆炸性，在絕熱的情況下足以使體系的溫度升高到3000°C以上。因此，爐 料中通常要配入一定量的惰性物質(zhì)（俗稱冷卻劑，例如，石灰)來控制反應(yīng)速度和反應(yīng)產(chǎn)物 的溫升。由于冷卻劑總是含有一定量的Fe、Si、P和重金屬元素，因此生產(chǎn)出的釩鋁合金中 雜質(zhì)含量較高，或者采用如上專利所述改變進料方式、添加同級別的釩鋁合金等方式降低 反應(yīng)熱量，但以上方法降低了合金的直收率，增加了釩鋁合金的制造成本。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供一種用于生產(chǎn)高純釩的釩鋁合金 及其制備方法。
[0004] 本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案解決的： 一種高純釩鋁合金，其特征在于：該高純釩鋁合金中的化學(xué)組分及質(zhì)量百分數(shù)為： C ^ 0. 01% ；0 ^ 0. 15% ；N ^ 0. 03% ；Si ^ 0. 03% ；Fe ^ 0. 04% ；P ^ 0. 005% ；S ^ 0. 005% ； 8彡0.001%;!1彡0.005%;￥彡80%;余量為六1以及不可避免雜質(zhì) ；且(：、51、卩6、？、5、8以及 不可避免雜質(zhì)的質(zhì)量百分數(shù)之和< 0. 1%。
[0005] -種高純釩鋁合金的制備方法，其特征在于：所述制備方法按下述步驟進行： 1) 、稱取原料高純五氧化二釩和冷卻劑高純氧化鋁，將兩種物料充分混合后造粒，加入 原料1?純錯粉與造粒后的粒料進行混合； 2) 、混合物料裝入高純氧化鋁制成的反應(yīng)器中，裝料過程中將混合物料壓實，之后對反 應(yīng)器進行抽真空使得反應(yīng)器內(nèi)的壓力< 〇. IPa ; 3) 、采用電阻加熱方式將混合物料點燃進行鋁熱還原反應(yīng)，持續(xù)1?3分鐘完成鋁熱還 原反應(yīng)，待自然冷卻后，將金屬層與氧化鋁渣進行分離，即得到高純釩鋁合金。
[0006] 所述步驟1)中的原料高純五氧化二釩、冷卻劑高純氧化鋁、原料高純鋁粉的純度 皆不小于99. 9%，且原料高純鋁粉中雜質(zhì)Si、Fe的質(zhì)量百分比之和< 0. 015%。
[0007] 所述步驟1)中的冷卻劑高純氧化鋁采用α -氧化鋁；且原料高純鋁粉的粒度為 20?40目。
[0008] 所述步驟1)中的原料高純五氧化二釩和冷卻劑高純氧化鋁的質(zhì)量比為2. 95? 3. 20 :1，且冷卻劑高純氧化鋁和原料高純鋁粉的質(zhì)量之和小于原料高純五氧化二釩的質(zhì) 量。
[0009] 所述步驟1)中的原料高純五氧化二釩和冷卻劑高純氧化鋁充分混合后采用圓盤 造粒機進行造粒，使物料形成粒度為3mm?15mm的顆粒；且原料高純錯粉與造粒后的粒料 進行混料0. 5?1小時。
[0010] 所述步驟3)中采用遠程通電加熱的方式點燃氯酸鉀與鋁粉組成的混合點火劑。
[0011] 所述步驟1)中的高純氧化鋁采用步驟3)中的氧化鋁渣破碎得到。
[0012] 所述步驟1)中的冷卻劑高純氧化鋁的加入量能夠保證將單位爐料發(fā)熱量控制為 3000kJ/Kg ?3200kJ/Kg。
[0013] 所述的單位爐料發(fā)熱量等于五氧化二釩和金屬鋁粉反應(yīng)產(chǎn)生的熱量與五氧化二 釩、金屬鋁粉和冷卻劑的加入總量之比。
[0014] 本發(fā)明相比現(xiàn)有技術(shù)有如下優(yōu)點： 本發(fā)明通過控制高純五氧化二釩和冷卻劑共同造粒的的粒度以及冷卻劑的添加量來 控制單位爐料發(fā)熱量，降低反應(yīng)放熱量，且高純氧化鋁可以采用反應(yīng)后得到的氧化鋁渣破 碎得到，降低了生產(chǎn)成本，可以減少雜質(zhì)的引入，有利于進一步減少釩鋁合金中雜質(zhì)的含 量；并有效避免了添加釩鋁降低熱量的缺陷，不影響釩鋁合金的直收率，點火方式安全高 效，且生產(chǎn)所得的釩鋁合金純度較高，能夠完全滿足生產(chǎn)高純釩的需要。

【具體實施方式】
[0015] 下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作進一步的說明。
[0016] 一種高純釩鋁合金，該高純釩鋁合金中的化學(xué)組分及質(zhì)量百分數(shù)為：C < 0. 01% ; 0^0. 15% ；N ^ 0. 03% ；Si ^ 0. 03% ；Fe ^ 0. 04% ；P ^ 0. 005% ；S ^ 0. 005% ；B ^ 0. 001% ； Η彡0. 005% ;V彡80% ;余量為A1以及不可避免雜質(zhì)；且C、Si、Fe、P、S、B以及不可避免雜 質(zhì)的質(zhì)量百分數(shù)之和< 〇. 1%。
[0017] 上述高純釩鋁合金的制備方法按下述步驟進行：1)、選用原料高純五氧化二釩、冷 卻劑高純氧化鋁、原料高純鋁粉，其中冷卻劑高純氧化鋁采用α -氧化鋁，原料高純五氧化 二釩和冷卻劑高純氧化鋁的質(zhì)量比為2. 95?3. 20 :1，且冷卻劑高純氧化鋁和原料高純鋁 粉的質(zhì)量之和小于原料高純五氧化二釩的質(zhì)量，冷卻劑高純氧化鋁的加入量能夠保證將單 位爐料發(fā)熱量控制為3000kJ/Kg?3200kJ/Kg，且單位爐料發(fā)熱量等于五氧化二釩和金屬 鋁粉反應(yīng)產(chǎn)生的熱量與五氧化二釩、金屬鋁粉和冷卻劑的加入總量之比，另外原料高純五 氧化二釩、冷卻劑高純氧化鋁、原料高純鋁粉的純度皆不小于99. 9%，且原料高純鋁粉中雜 質(zhì)Si、Fe的質(zhì)量百分比之和< 0. 015%，稱取原料高純五氧化二釩和冷卻劑高純氧化鋁，將 兩種物料充分混合后采用圓盤造粒機進行造粒，使物料形成粒度為3mm?15mm的顆粒，之 后將粒度為20?40目的原料1?純錯粉與造粒后的粒料進彳丁混合，混料時間0. 5?1小時； 2) 、混合物料裝入高純氧化鋁制成的反應(yīng)器中，采用高純的氧化鋁材料制成的反應(yīng)爐，使得 鋁熱反應(yīng)后其雜質(zhì)未進入反應(yīng)體系，對產(chǎn)品質(zhì)量無影響，能夠有效控制制得的高純釩鋁合 金的碳含量在〇. 01%以下，裝料過程中將混合物料壓實，之后對反應(yīng)器進行抽真空使得反 應(yīng)器內(nèi)的壓力< 〇. IPa，以防止反應(yīng)后的物料0、N含量較高；3)、采用遠程通電加熱的方式 點燃氯酸鉀與鋁粉組成的混合點火劑，從而將混合物料點燃進行鋁熱還原反應(yīng)，持續(xù)1?3 分鐘完成鋁熱還原反應(yīng)，待自然冷卻后，將金屬層與氧化鋁渣進行分離，即得到高純釩鋁合 金同時將反應(yīng)后得到的氧化鋁渣破碎待用。
[0018] 實施例一 采用純度為99. 93%的高純五氧化二釩為原料、純度為99. 9%的高純鋁粉為原料、純度 為99. 96%的高純氧化鋁為冷卻劑制備高純釩鋁合金。制備過程如下：1)、首先稱取lOOKg的 高純氧化釩、33. 3Kg的高純氧化鋁（α -氧化鋁)，將兩種物料充分混合后，采用圓盤造粒機 進行造粒，使物料形成5mm左右的顆粒，之后將粒度為40目、60. 6Kg的1?純錯粉與造粒后的 混合粒料進行混合，混料時間0. 5小時；2)、將混合物料裝入高純氧化鋁制成的反應(yīng)器中， 裝料過程中將混合物料壓實，然后對反應(yīng)容器進行抽真空使得反應(yīng)器內(nèi)的壓力< 〇. IPa ; 3) 、采用電阻加熱方式通過氯酸鉀與鋁粉組成的混合點火劑將混合物料點燃進行鋁熱還原 反應(yīng)，至此鋁熱還原反應(yīng)依靠自身放出的熱量開始自動進行，反應(yīng)在1?3分鐘之內(nèi)完成， 待自然冷卻后，將金屬層與氧化鋁渣進行分離，即得到高純釩鋁合金(具體分析結(jié)果見表 1)，同時將反應(yīng)后得到的氧化鋁渣破碎待用。
[0019] 表1實施例一制備的高純釩鋁分析結(jié)果。

【權(quán)利要求】
1. 一種高純釩鋁合金，其特征在于：該高純釩鋁合金中的化學(xué)組分及質(zhì)量百分數(shù)為： C ^ 0. 01% ；0 ^ 0. 15% ；N ^ 0. 03% ；Si ^ 0. 03% ；Fe ^ 0. 04% ；P ^ 0. 005% ；S ^ 0. 005% ； B彡(λ 001% ;H彡(λ 005% ;V彡80% ;余量為A1以及不可避免雜質(zhì)；且C、Si、Fe、P、S、B以及 不可避免雜質(zhì)的質(zhì)量百分數(shù)之和< 0. 1%。
2. -種如權(quán)利要求1所述的高純釩鋁合金的制備方法，其特征在于：所述制備方法按 下述步驟進行： 1) 、稱取原料高純五氧化二釩和冷卻劑高純氧化鋁，將兩種物料充分混合后造粒，加入 原料1?純錯粉與造粒后的粒料進行混合； 2) 、混合物料裝入高純氧化鋁制成的反應(yīng)器中，裝料過程中將混合物料壓實，之后對反 應(yīng)器進行抽真空使得反應(yīng)器內(nèi)的壓力< 〇. IPa ; 3) 、采用電阻加熱方式將混合物料點燃進行鋁熱還原反應(yīng)，持續(xù)1?3分鐘完成鋁熱還 原反應(yīng)，待自然冷卻后，將金屬層與氧化鋁渣進行分離，即得到高純釩鋁合金。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的高純釩鋁合金的制備方法，其特征在于：所述步驟1)中的原 料高純五氧化二釩、冷卻劑高純氧化鋁、原料高純鋁粉的純度皆不小于99. 9%，且原料高純 鋁粉中雜質(zhì)Si、Fe的質(zhì)量百分比之和< 0. 015%。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的高純釩鋁合金的制備方法，其特征在于：所述步驟1)中 的冷卻劑高純氧化鋁采用α -氧化鋁；且原料高純鋁粉的粒度為20?40目。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的高純釩鋁合金的制備方法，其特征在于：所述步驟1)中的原 料高純五氧化二釩和冷卻劑高純氧化鋁的質(zhì)量比為2. 95?3. 20 :1，且冷卻劑高純氧化鋁 和原料高純鋁粉的質(zhì)量之和小于原料高純五氧化二釩的質(zhì)量。
6. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的高純釩鋁合金的制備方法，其特征在于：所述步驟1)中的原 料高純五氧化二釩和冷卻劑高純氧化鋁充分混合后采用圓盤造粒機進行造粒，使物料形成 粒度為3mm?15mm的顆粒；且原料高純鋁粉與造粒后的粒料進行混料0· 5?1小時。
7. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的高純釩鋁合金的制備方法，其特征在于：所述步驟3)中采用 遠程通電加熱的方式點燃氯酸鉀與鋁粉組成的混合點火劑。
8. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的高純釩鋁合金的制備方法，其特征在于：所述步驟1)中的高 純氧化鋁采用步驟3)中的氧化鋁渣破碎得到。
9. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的高純釩鋁合金的制備方法，其特征在于：所述步驟1)中的冷 卻劑高純氧化鋁的加入量能夠保證將單位爐料發(fā)熱量控制為3000kJ/Kg?3200kJ/Kg。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的高純釩鋁合金的制備方法，其特征在于：所述的單位爐料發(fā) 熱量等于五氧化二釩和金屬鋁粉反應(yīng)產(chǎn)生的熱量與五氧化二釩、金屬鋁粉和冷卻劑的加入 總量之比。
【文檔編號】C22B5/04GK104195399SQ201410462462
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年9月12日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月12日
【發(fā)明者】李明陽 申請人:江蘇圣亞有色金屬材料有限公司