本發(fā)明屬于冶金領(lǐng)域，具體涉及一種釩鋁合金的制備方法。

背景技術(shù)：

釩鋁合金是一種用于鈦合金的基礎(chǔ)原料，當(dāng)前是繼釩在鋼中應(yīng)用之后的第二大應(yīng)用領(lǐng)域。ti-6al-4v(含4％v)和ti-8al-1mo-1v，這兩種鈦合金總共占鈦合金市場(chǎng)的50％，主要用于生產(chǎn)噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)、高速飛行器骨架和火箭發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)殼。鈦合金生產(chǎn)所用的釩是以釩鋁合金形式加入。日本、美國(guó)、英國(guó)等國(guó)家還在進(jìn)一步加大含釩鈦合金在民用工業(yè)中的應(yīng)用研究等。

國(guó)際上生產(chǎn)釩鋁合金的企業(yè)主要有德國(guó)電冶金公司、美國(guó)雷丁(reading)合金公司、美國(guó)戰(zhàn)略礦物公司子公司-美國(guó)釩公司、俄羅斯上薩爾達(dá)冶金生產(chǎn)聯(lián)合公司。國(guó)內(nèi)生產(chǎn)釩鋁合金的企業(yè)有寶雞有色金屬加工廠、錦州鐵合金廠等幾家。這些企業(yè)均以五氧化二釩為原料、采用鋁熱法生產(chǎn)釩鋁合金。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(guò)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℃以上。因此，爐料中通常要配入一定量的惰性物資(俗稱消熱劑)來(lái)控制反應(yīng)速度和反應(yīng)產(chǎn)物的溫升。由于消熱劑總是含有一定量的fe、si、p和重金屬元素，這樣就給產(chǎn)品的雜質(zhì)控制帶來(lái)更多的麻煩。

cn200910117560.4公開了“一種釩鋁合金材料的制備方法”，該方法按質(zhì)量百分比計(jì)，稱取粉末狀的al20％～33.1％，v2o550％～66.9％，在球磨機(jī)中混合8～16小時(shí)后，置于銅模具中用壓力機(jī)在60～80mpa的壓力下壓實(shí)，將裝有壓好的反應(yīng)物料的模具放于鋁熱反應(yīng)容器中，物料上放置引燃劑，用惰性氣體吹出殘余的空氣，在2～7mpa氬氣保護(hù)下，加熱到300℃左右進(jìn)行反應(yīng)，獲得釩的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為75％～95％，al為5.0％～25.0％的釩鋁合金，si含量約0.15％，fe含量約0.50％。顯然通過(guò)該方法所獲得的產(chǎn)品fe雜質(zhì)偏高，因?yàn)樵谇蚰C(jī)中混合8～16小時(shí)本身就會(huì)增加fe污染的機(jī)會(huì)；在密閉的壓力容器中進(jìn)行鋁熱反應(yīng)導(dǎo)致產(chǎn)量低，同時(shí)要求設(shè)備的耐壓強(qiáng)；該方法操作復(fù)雜，成本高。

目前，中國(guó)空軍已開始從單純防空型向攻防兼?zhèn)涞摹按罂哲姟蹦Ｊ睫D(zhuǎn)變，未來(lái)將大量生產(chǎn)新型換代戰(zhàn)機(jī)列裝部隊(duì)。這些項(xiàng)目的啟動(dòng)和民用工業(yè)中鈦鋁合金市場(chǎng)的增加將給釩鋁合金帶來(lái)井噴式的發(fā)展和巨大的市場(chǎng)需求，因此急需一種成本低廉、工藝簡(jiǎn)單、可操作性強(qiáng)，原料來(lái)源廣泛，能夠適合大規(guī)模生產(chǎn)的釩鋁合金的制備方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種工藝簡(jiǎn)單、成本低廉、雜質(zhì)易于控制、適用于大規(guī)模生產(chǎn)的釩鋁合金的制備方法。

本發(fā)明解決上述技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是提供了一種釩鋁合金的制備方法。該方法包括以下步驟：

取含釩氧化物和鋁粉，置于反應(yīng)爐內(nèi)，點(diǎn)火劑點(diǎn)火，經(jīng)鋁熱還原反應(yīng)，得到釩鋁合金；所述的含釩氧化物的氧釩摩爾比為：1.65～2.35。

進(jìn)一步的，上述方法中所述的含釩氧化物為v2o3、v3o5、v4o7，v2o4或v2o5中的至少一種。

進(jìn)一步的，上述方法中所述的含釩氧化物的氧釩摩爾比為1.70～2.30。

進(jìn)一步的，上述方法中所述的含釩氧化物的純度要求均不低于99.50％。

進(jìn)一步的，上述方法中所述的鋁粉的純度要求不低于99.70％。

進(jìn)一步的，上述方法中所述的鋁粉的加入量為理論反應(yīng)用量的1.20～1.50倍。

進(jìn)一步的，上述方法中所述的反應(yīng)爐為以反應(yīng)自產(chǎn)爐渣為爐襯的反應(yīng)爐。

進(jìn)一步的，上述方法中所述的點(diǎn)火劑為鎂和過(guò)氧化鋇。

進(jìn)一步的，上述方法中所述的釩鋁合金的v含量為75wt％～85wt％，al含量為15wt％～25wt％，fe含量為0.05wt％～0.30wt％，si含量為0.05wt％～0.30wt％,其余為不可避免的雜質(zhì)。

本發(fā)明的有益效果是：

本發(fā)明創(chuàng)造性的提出了一種新的釩鋁合金的制備方法，使用適當(dāng)氧釩摩爾比的含釩氧化物，無(wú)需額外加入消熱劑或助熱劑，以系統(tǒng)內(nèi)自產(chǎn)爐渣為爐襯，無(wú)需額外加入爐襯材料，易于控制雜質(zhì)含量，所得釩鋁合金fe、si雜質(zhì)含量均可輕松控制在釩鋁合金行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中要求的0.30％以下，v含量為75wt％～85wt％，al含量為15wt％～25wt％，釩鋁合金符合下游工序繼續(xù)加工的質(zhì)量要求；本發(fā)明方法工藝簡(jiǎn)單，反應(yīng)平穩(wěn)易控，生產(chǎn)時(shí)間短，原料來(lái)源廣泛，成本低廉，釩鋁合金生產(chǎn)效率高，可操作性強(qiáng)，適合釩鋁合金大規(guī)模生產(chǎn)，具有推廣價(jià)值，前景良好。

具體實(shí)施方式

現(xiàn)有技術(shù)一般采用三氧化二釩或五氧化二釩為原料，然而由于三氧化二釩與金屬鋁反應(yīng)放出的熱量不足維持反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行，需另外加助熱劑以提供熱量促使反應(yīng)的進(jìn)行；以五氧化二釩為原料放出的熱量太大造成大量物料噴濺收率降低，需加入消熱劑緩解反應(yīng)的進(jìn)行；這樣兩種情況都容易造成污染反應(yīng)物，影響合金的純度，難以滿足釩鋁合金的發(fā)展和需求。

本發(fā)明為提高釩鋁合金的純度和收率，避免加入助熱劑或消熱劑等引入雜質(zhì)，將反應(yīng)熱量控制到了一個(gè)足以維持反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行、熱量又不大量過(guò)剩的平衡點(diǎn)。然而，不同價(jià)態(tài)的不同含釩氧化物單獨(dú)反應(yīng)的熱量、速率及反應(yīng)現(xiàn)象相差較大，配比方式也多種多樣，因此需要綜合考慮配比找到平衡點(diǎn)。

本發(fā)明經(jīng)過(guò)對(duì)不同含釩氧化物的多種配比方式的大量嘗試，通過(guò)對(duì)多種含釩氧化物配比熱量的計(jì)算控制整個(gè)熱量釋放的速率，尋找到了一個(gè)足以維持反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行、熱量又不大量過(guò)剩的平衡點(diǎn)，即使用本發(fā)明的氧釩摩爾比的含釩氧化物為原料，使反應(yīng)放出的熱量介于三氧化二釩和五氧化二釩單獨(dú)與鋁反應(yīng)的熱量之間，同時(shí)爐襯又采用自身反應(yīng)的高al2o3含量的爐渣，避免了加入消熱劑、助熱劑或額外爐襯材料引入雜質(zhì)，創(chuàng)造性的提出了一種新的釩鋁合金的制備方法，同時(shí)提高了釩鋁合金的質(zhì)量。

具體的，本發(fā)明方法可以按照以下方式實(shí)施：

一種釩鋁合金的制備方法，包括以下步驟：

取含釩氧化物和鋁粉，置于反應(yīng)爐內(nèi)，點(diǎn)火劑點(diǎn)火，經(jīng)鋁熱還原反應(yīng)，得到釩鋁合金；所述的含釩氧化物的氧釩摩爾比為：1.65～2.35。

本領(lǐng)域常用的含釩氧化物，如v2o3、v3o5、v4o7、v2o4、v2o5等，均適用于本發(fā)明方法。

為使鋁熱還原反應(yīng)放出的熱量足以維持反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行、又不大量過(guò)剩，優(yōu)化的，含釩氧化物的氧釩摩爾比為：1.70～2.30。

為了提高釩鋁合金的質(zhì)量，降低釩鋁合金中fe、si等雜質(zhì)含量，含釩氧化物的純度要求均不低于99.50％，鋁粉的純度要求不低于99.70％。

為使鋁熱還原反應(yīng)充分進(jìn)行，控制釩鋁合金中鋁含量，鋁粉加入量為理論反應(yīng)用量的1.20～1.50倍。

為了提高釩鋁合金的質(zhì)量，降低釩鋁合金中fe、si等雜質(zhì)含量，反應(yīng)爐為以反應(yīng)自產(chǎn)爐渣為爐襯的反應(yīng)爐。

點(diǎn)火劑可選用本領(lǐng)域的常規(guī)點(diǎn)火劑；實(shí)際操作中，可選用以鎂和過(guò)氧化鋇為點(diǎn)火劑，使用時(shí)點(diǎn)燃鎂引發(fā)鋁熱還原反應(yīng)進(jìn)行。

由于本發(fā)明方法不需要加入消熱劑、助熱劑或額外爐襯材料，降低了引入雜質(zhì)的幾率，上述方法所得釩鋁合金的v含量為75wt％～85wt％，al含量為15wt％～25wt％、fe含量為0.05wt％～0.30wt％，si含量為0.05wt％～0.30wt％，其余為不可避免的雜質(zhì)。

優(yōu)化的，本發(fā)明方法可以按照以下方式實(shí)施：

取含釩氧化物(純度≧99.50wt％)，其氧釩摩爾比為1.70～2.30，理論反應(yīng)用量1.20～1.50倍的鋁粉(純度≧99.70％)，置于以反應(yīng)自產(chǎn)爐渣為爐襯的反應(yīng)爐內(nèi)，以鎂和過(guò)氧化鋇為點(diǎn)火劑，點(diǎn)火進(jìn)行鋁熱還原反應(yīng)，鋁熱反應(yīng)完成后，得到釩鋁合金產(chǎn)品。

下面通過(guò)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，但并不因此將本發(fā)明保護(hù)范圍限制在所述的實(shí)施例范圍之中。

實(shí)施例1

取100kg含釩氧化物(純度≧99.50wt％)，其氧釩摩爾比為2.0，理論反應(yīng)用量1.30倍的鋁粉(純度≧99.70％)，置于以反應(yīng)自產(chǎn)爐渣為爐襯的反應(yīng)爐內(nèi)，以鎂和過(guò)氧化鋇為點(diǎn)火劑，點(diǎn)火進(jìn)行鋁熱還原反應(yīng)，反應(yīng)平穩(wěn)易控，出現(xiàn)白色火焰，有少量合金液滴噴濺，102秒鐘反應(yīng)結(jié)束。鋁熱反應(yīng)完成后，渣金分離明顯，合金表面平整，得到74kg釩鋁合金產(chǎn)品，其中含v80.1wt％、al19.5wt％、fe0.05wt％、si0.20wt％。

實(shí)施例2

取100kg含釩氧化物(純度≧99.50wt％)，其氧釩摩爾比為2.3，理論反應(yīng)用量1.43倍的鋁粉(純度≧99.70％)，置于以反應(yīng)自產(chǎn)爐渣為爐襯的反應(yīng)爐內(nèi)，以過(guò)鎂和氧化鋇為點(diǎn)火劑，點(diǎn)火進(jìn)行鋁熱還原反應(yīng)，反應(yīng)較平穩(wěn)易控，反應(yīng)較劇烈，出現(xiàn)蒼白色火焰，有少量合金液滴噴濺，90秒鐘反應(yīng)結(jié)束。鋁熱反應(yīng)完成后，渣金分離明顯，合金表面平整，得到71kg釩鋁合金產(chǎn)品，其中含v75.6wt％、al24.1wt％、fe0.23wt％、si0.05wt％。

實(shí)施例3

取100kg含釩氧化物(純度≧99.50wt％)，其氧釩摩爾比為1.7，理論反應(yīng)用量1.26倍的鋁粉(純度≧99.70％)，置于以反應(yīng)自產(chǎn)爐渣為爐襯的反應(yīng)爐內(nèi)，以鎂和過(guò)氧化鋇為點(diǎn)火劑，點(diǎn)火進(jìn)行鋁熱還原反應(yīng)，反應(yīng)平穩(wěn)易控，出現(xiàn)黃白色火焰，無(wú)合金液滴噴濺，98秒鐘反應(yīng)結(jié)束。鋁熱反應(yīng)完成后，渣金分離明顯，合金表面平整，得到76kg釩鋁合金產(chǎn)品，其中含v83.9wt％、al15.3wt％、fe0.26wt％、si0.23wt％。

通過(guò)以上實(shí)施例1～3可知，本發(fā)明所獲得釩鋁合金產(chǎn)品v含量為75wt％～85wt％，al含量為15wt％～25wt％，fe≤0.3％、si≤0.3％，均符合下游工序繼續(xù)加工的質(zhì)量要求。該方法具有工藝簡(jiǎn)單、生產(chǎn)時(shí)間短、原料來(lái)源廣泛、生產(chǎn)成本低、雜質(zhì)含量低等優(yōu)點(diǎn)，適合批量大規(guī)模生產(chǎn)，具有推廣前景。

對(duì)比例1

取100kg含釩氧化物(純度≧99.50wt％)，其氧釩摩爾比為1.55，理論反應(yīng)用量1.26倍的鋁粉(純度≧99.70％)，置于以反應(yīng)自產(chǎn)爐渣為爐襯的反應(yīng)爐內(nèi)，以鎂和過(guò)氧化鋇為點(diǎn)火劑，以kclo3為助熱劑，點(diǎn)火進(jìn)行鋁熱還原反應(yīng)，135秒鐘反應(yīng)結(jié)束。鋁熱反應(yīng)完成后，渣金分離不清晰，得到75kg釩鋁合金產(chǎn)品，其中含v84.16wt％、al15.3wt％、fe0.32wt％、si0.31wt％。

通過(guò)對(duì)比例1可知，當(dāng)含釩氧化物的氧釩摩爾比為1.55時(shí)，由于需要加入助熱劑，反應(yīng)過(guò)程不穩(wěn)定，渣金分離不清晰，且反應(yīng)熱量難以適量控制，易造成合金成分偏析，fe、si含量超標(biāo)，產(chǎn)品質(zhì)量不合格。

對(duì)比例2

取100kg含釩氧化物(純度≧99.50wt％)，其氧釩摩爾比為2.45，理論反應(yīng)用量1.44倍的鋁粉(純度≧99.70％)，置于以反應(yīng)自產(chǎn)爐渣為爐襯的反應(yīng)爐內(nèi)，以鎂和過(guò)氧化鋇為點(diǎn)火劑，點(diǎn)火進(jìn)行鋁熱還原反應(yīng)，反應(yīng)劇烈、噴濺嚴(yán)重，95秒鐘反應(yīng)結(jié)束。鋁熱反應(yīng)完成后，合金表面不平整，得到68kg釩鋁合金產(chǎn)品，其中含v82.4wt％、al16.7wt％、fe0.41wt％、si0.42wt％。

通過(guò)對(duì)比例2可知，當(dāng)含釩氧化物的氧釩摩爾比為2.45，不加入消熱劑釋放熱量緩解反應(yīng)，會(huì)導(dǎo)致反應(yīng)劇烈、噴濺嚴(yán)重，容易造成安全生產(chǎn)事故，且合金釩收率會(huì)降低，所得合金表面不平整，fe、si雜質(zhì)成分含量超標(biāo)，產(chǎn)品質(zhì)量不合格，同時(shí)會(huì)嚴(yán)重影響釩鋁合金的產(chǎn)量。