一种高纯钒提纯工艺的制作方法

1.本发明涉及钒提纯领域，尤其涉及一种高纯钒提纯工艺。


背景技术：

2.钒是一种金属，同时也是生产合金的重要添加剂，微量的钒就能够改善合金的性能，因此钒是一种重要资源，虽然钒在地球地壳中的含量十分丰富，但是却存在较大的分散性，在可提取钒的钒矿中，需要处理大量的矿物才能够得到少量的钒，现有的钒主要是还原五氧化二钒来制备的，粗金属钒中的氧、氮、碳等非金属杂质含量较高，塑性差。金属钒精炼是指脱除粗金属钒中的杂质，产出高纯金属钒的过程，为钒冶金流程的组成部分。精炼除去杂质后，可使金属钒的塑性提高。但现有的钒精炼所得钒的纯度仍然不能满足要求。


技术实现要素：

3.本发明要解决的技术问题是，克服现有技术的不足，提供一种高纯钒提纯工艺，所得钒的纯度高。
4.本发明解决其技术问题采用的技术方案是，一种高纯钒提纯工艺，包括以下步骤：s1、将五氧化二钒粉末、钠盐粉末以及还原剂进行称重配料；s2、将五氧化二钒粉末、钠盐粉末以及还原剂投入球磨机进行进一步细磨和混合，得到混合原料；s3、将混合后的原料投入密封加热炉内，在惰性气体保护下进行加热，使得混合原料进行还原反应，得到还原材料；s4、将所得还原材料再次投入球磨机进行球磨，将烧结的块状部分磨成粉状，得粉状材料；s5、将活性炭浸泡在酸洗溶液中，再将步骤s4所得粉状材料加入到酸洗溶液中进行酸洗去除杂质，再将酸洗后的粉状材料加入到碱洗溶液中进行碱洗，进一步去除杂质，然后将碱洗后的粉状材料依次用水、乙醇洗净干燥（晾干或烘干均可），得除杂后的混合物；s6、将步骤s5所得除杂后的混合物在紫外光照射的同时，在加热条件下进行脱氢，得钒的粉末。
5.优选的，步骤s1中，五氧化二钒粉末、钠盐粉末以及还原剂的重量比为1：0.1~0.3：3~4。所述还原剂为氢化钙。所述钠盐粉末优选碳酸钠、碳酸氢钠中的至少一种。研究表明，加入少量钠盐，有利于还原剂对五氧化二钒的还原。而且碳酸钠、碳酸氢钠在后续碱洗和酸洗的过程中易被除去。
6.优选的，步骤s2中，将五氧化二钒粉末、钠盐粉末以及还原剂细磨至颗粒直径200目以下，每克重量下颗粒的总面积不得小于600平方米。研究表明，控制原料的粒径，有利于后续反应的进行。
7.优选的，步骤s3中，所述惰性气体为氮气。对混合原料进行还原反应时，加热炉内采用氮气增压，并保持氮气压力为1.2~1.5个大气压，加热温度为700~800℃，加热时间为3~
5小时。
8.优选的，步骤s3中，加热还原反应之前，先将混合原料加热至400℃进行预热，预热时间为15~20分钟。先对原料进行预热，有利于温度的均匀升高，可以充分活化原料，有利于还原反应的充分进行，有利于提高所得钒的纯度。
9.优选的，步骤s3中，还原反应结束后，氮气压力需要保持到炉内温度下降至400℃以下。此时撤除氮气保护，炉内材料也不会与空气发生反应，避免了材料在加热最终阶段遭到污染。
10.优选的，步骤s4中，球磨时采用干磨的方式，磨至颗粒直径200目以下，每克重量下颗粒的总面积不得小于600平方米。研究表明，控制粒径，有利于后续反应的进行。
11.优选的，步骤s5中，活性炭的用量为相当于原料五氧化二钒粉末重量的0.3
‑
0.5倍。在碱洗和酸洗的过程中进行搅拌，以提高活性炭对杂质的吸附效果。酸洗溶液为盐酸水溶液。盐酸水溶液的浓度优选0.1
‑
0.5mol/l。酸洗溶液的用量为相当于粉状材料质量的1
‑
5倍。碱洗溶液为氢氧化钠水溶液。氢氧化钠水溶液的浓度为0.1
‑
0.5 mol/l。碱洗溶液的用量为相当于粉状材料质量的1
‑
5倍。酸洗溶液或碱洗溶液的用量不够，不利于除杂；过量太多，除杂效果提升有限，造成原料的浪费，不符合经济的目的。
12.优选的，步骤s6中，可添加催化剂氧化铁或脱氢剂硫。催化剂氧化铁或脱氢剂硫的加入量为相当于原料五氧化二钒粉末质量的10
‑
20%。加热至600~650℃，保温加热时间1~1.5小时。
13.优选的，步骤s6中，脱氢加热时，加热至300℃进行预热，预热时间为10~15分钟。
14.优选的，步骤s6中，紫外光照射时所采用的紫外光源功率为200
‑
500w。紫外光照射的时间即为脱氢反应的时间，优选1
‑
1.5小时。研究表明，采用紫外光照射辅助脱氢，能提高材料进行脱氢反应的活性，能加快反应速度，也不会引入外来杂质，使得反应更完全，提纯后钒中杂质含量低，钒的纯度较高。
15.本发明的有益效果为：1、本发明对五氧化二钒以及其他原材料进行球磨后再还原反应，并在还原反应后再次进行球磨，有利于后续反应的进行，使得还原过程和后续反应过程稳定可靠，使得后续酸洗碱洗去除杂质更加充分；2、本发明在还原加热步骤和脱氢加热步骤中，均设有预热步骤，通过预热使得被加热的材料内外温升的差异减小，有利于温度的均匀升高，可以充分活化原料，有利于还原反应的充分进行，有利于提高所得钒的纯度；3、本发明在酸洗和碱洗的步骤中使用活性炭，使得洗涤剂中的杂质、球磨后的材料中的杂质以及被酸洗和碱洗出的杂质得以被活性炭吸附，从而使得杂质与材料之间易于分离处理，进一步减少杂质残留；4、本发明在氮气氛围保护加热的步骤中，氮气压力保持到炉内温度下降至400℃以下，此时撤除氮气保护，炉内材料也不会与空气发生反应，避免了材料在加热最终阶段遭到污染；5、采用紫外光照射辅助脱氢，能提高材料进行脱氢反应的活性，能加快反应速度，也不会引入外来杂质，使得反应更完全，提纯后钒中杂质含量低，钒的纯度较高。
16.6、本发明所得金属钒的纯度≥99.9%，甚至可达99.99%。
具体实施方式
17.下面将结合本发明的实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
18.实施例1本实施例之高纯钒提纯工艺，包括以下步骤：s1、将五氧化二钒粉末、钠盐粉末以及还原剂进行称重配料；s2、将五氧化二钒粉末、钠盐粉末以及还原剂投入球磨机进行进一步细磨和混合，得到混合原料；s3、将混合后的原料投入密封加热炉内，在惰性气体保护下进行加热，使得混合原料进行还原反应，得到还原材料；s4、将所得还原材料再次投入球磨机进行球磨，将烧结的块状部分磨成粉状，得粉状材料；s5、将活性炭浸泡在酸洗溶液中，再将步骤s4所得粉状材料加入到酸洗溶液中进行酸洗去除杂质，再将酸洗后的粉状材料加入到碱洗溶液中进行碱洗，进一步去除杂质，然后将碱洗后的粉状材料依次用水、乙醇洗净晾干，得除杂后的混合物；s6、将步骤s5所得除杂后的混合物在紫外光照射的同时，在加热条件下进行脱氢，得钒的粉末。
19.步骤s1中，五氧化二钒粉末、钠盐粉末以及还原剂的重量比为1：0.1：3。所述还原剂为氢化钙。所述钠盐粉末为碳酸钠。
20.步骤s2中，将五氧化二钒粉末、钠盐粉末以及还原剂细磨至颗粒直径200目以下，每克重量下颗粒的总面积不得小于600平方米。
21.步骤s3中，所述惰性气体为氮气。对混合原料进行还原反应时，加热炉内采用氮气增压，并保持氮气压力为1.2个大气压，加热温度为700℃，加热时间为3小时。
22.步骤s3中，加热还原反应之前，先将混合原料加热至400℃进行预热，预热时间为15分钟。先对原料进行预热，有利于温度的均匀升高，可以充分活化原料，有利于还原反应的充分进行，有利于提高所得钒的纯度。
23.步骤s3中，还原反应结束后，氮气压力需要保持到炉内温度下降至400℃以下。此时撤除氮气保护，炉内材料也不会与空气发生反应，避免了材料在加热最终阶段遭到污染。
24.步骤s4中，球磨时采用干磨的方式，磨至颗粒直径200目以下，每克重量下颗粒的总面积不得小于600平方米。研究表明，控制粒径，有利于后续反应的进行。
25.步骤s5中，活性炭的用量为相当于原料五氧化二钒粉末重量的0.3倍。在碱洗和酸洗的过程中进行搅拌，以提高活性炭对杂质的吸附效果。酸洗溶液为盐酸水溶液。盐酸水溶液的浓度0.1mol/l。酸洗溶液的用量为相当于粉状材料质量的1倍。碱洗溶液为氢氧化钠水溶液。氢氧化钠水溶液的浓度为0.1mol/l。碱洗溶液的用量为相当于粉状材料质量的1倍。
26.步骤s6中，加热至600℃，保温加热时间1小时。
27.步骤s6中，脱氢加热时，加热至300℃进行预热，预热时间为10分钟。
28.步骤s6中，紫外光照射时所采用的紫外光源功率为200w。紫外光照射的时间即为脱氢反应的时间，1小时。研究表明，采用紫外光照射辅助脱氢，能提高材料进行脱氢反应的活性，能加快反应速度，也不会引入外来杂质，使得反应更完全，提纯后钒中杂质含量低，钒
的纯度较高。
29.本实施例所得金属钒的纯度为99.92%。
30.实施例2本实施例之高纯钒提纯工艺，包括以下步骤：s1、将五氧化二钒粉末、钠盐粉末以及还原剂进行称重配料；s2、将五氧化二钒粉末、钠盐粉末以及还原剂投入球磨机进行进一步细磨和混合，得到混合原料；s3、将混合后的原料投入密封加热炉内，在惰性气体保护下进行加热，使得混合原料进行还原反应，得到还原材料；s4、将所得还原材料再次投入球磨机进行球磨，将烧结的块状部分磨成粉状，得粉状材料；s5、将活性炭浸泡在酸洗溶液中，再将步骤s4所得粉状材料加入到酸洗溶液中进行酸洗去除杂质，再将酸洗后的粉状材料加入到碱洗溶液中进行碱洗，进一步去除杂质，然后将碱洗后的粉状材料依次用水、乙醇洗净晾干，得除杂后的混合物；s6、将步骤s5所得除杂后的混合物在紫外光照射的同时，在加热条件下进行脱氢，得钒的粉末。
31.步骤s1中，五氧化二钒粉末、钠盐粉末以及还原剂的重量比为1：0.3：4。所述还原剂为氢化钙。所述钠盐粉末为碳酸氢钠。
32.步骤s2中，将五氧化二钒粉末、钠盐粉末以及还原剂细磨至颗粒直径200目以下，每克重量下颗粒的总面积不得小于600平方米。研究表明，控制原料的粒径，有利于后续反应的进行。
33.步骤s3中，所述惰性气体为氮气。对混合原料进行还原反应时，加热炉内采用氮气增压，并保持氮气压力为1.2个大气压，加热温度为800℃，加热时间为3小时。
34.步骤s3中，加热还原反应之前，先将混合原料加热至400℃进行预热，预热时间为15分钟。先对原料进行预热，有利于温度的均匀升高，可以充分活化原料，有利于还原反应的充分进行，有利于提高所得钒的纯度。
35.步骤s3中，还原反应结束后，氮气压力需要保持到炉内温度下降至400℃以下。此时撤除氮气保护，炉内材料也不会与空气发生反应，避免了材料在加热最终阶段遭到污染。
36.步骤s4中，球磨时采用干磨的方式，磨至颗粒直径200目以下，每克重量下颗粒的总面积不得小于600平方米。研究表明，控制粒径，有利于后续反应的进行。
37.步骤s5中，活性炭的用量为相当于原料五氧化二钒粉末重量的0.5倍。在碱洗和酸洗的过程中进行搅拌，以提高活性炭对杂质的吸附效果。酸洗溶液为盐酸水溶液。盐酸水溶液的浓度0.5mol/l。酸洗溶液的用量为相当于粉状材料质量的5倍。碱洗溶液为氢氧化钠水溶液。氢氧化钠水溶液的浓度为0.5 mol/l。碱洗溶液的用量为相当于粉状材料质量的5倍。酸洗溶液或碱洗溶液的用量不够，不利于除杂；过量太多，除杂效果提升有限，造成原料的浪费，不符合经济的目的。
38.步骤s6中，加热至600℃，保温加热时间1.2小时。
39.步骤s6中，脱氢加热时，加热至300℃进行预热，预热时间为15分钟。
40.步骤s6中，紫外光照射时所采用的紫外光源功率为300w。紫外光照射的时间即为
脱氢反应的时间，1.2小时。研究表明，采用紫外光照射辅助脱氢，能提高材料进行脱氢反应的活性，能加快反应速度，也不会引入外来杂质，使得反应更完全，提纯后钒中杂质含量低，钒的纯度较高。
41.本实施例所得金属钒的纯度为99.95%。
42.实施例3本实施例之高纯钒提纯工艺，包括以下步骤：s1、将五氧化二钒粉末、钠盐粉末以及还原剂进行称重配料；s2、将五氧化二钒粉末、钠盐粉末以及还原剂投入球磨机进行进一步细磨和混合，得到混合原料；s3、将混合后的原料投入密封加热炉内，在惰性气体保护下进行加热，使得混合原料进行还原反应，得到还原材料；s4、将所得还原材料再次投入球磨机进行球磨，将烧结的块状部分磨成粉状，得粉状材料；s5、将活性炭浸泡在酸洗溶液中，再将步骤s4所得粉状材料加入到酸洗溶液中进行酸洗去除杂质，再将酸洗后的粉状材料加入到碱洗溶液中进行碱洗，进一步去除杂质，然后将碱洗后的粉状材料依次用水、乙醇洗净烘干，得除杂后的混合物；s6、将步骤s5所得除杂后的混合物在紫外光照射的同时，在加热条件下进行脱氢，得钒的粉末。
43.步骤s1中，五氧化二钒粉末、钠盐粉末以及还原剂的重量比为1：0.2：3。所述还原剂为氢化钙。所述钠盐粉末为碳酸氢钠。
44.步骤s2中，将五氧化二钒粉末、钠盐粉末以及还原剂细磨至颗粒直径200目以下，每克重量下颗粒的总面积不得小于600平方米。研究表明，控制原料的粒径，有利于后续反应的进行。
45.步骤s3中，所述惰性气体为氮气。对混合原料进行还原反应时，加热炉内采用氮气增压，并保持氮气压力为1.3个大气压，加热温度为800℃，加热时间为3小时。
46.步骤s3中，加热还原反应之前，先将混合原料加热至400℃进行预热，预热时间为20分钟。先对原料进行预热，有利于温度的均匀升高，可以充分活化原料，有利于还原反应的充分进行，有利于提高所得钒的纯度。
47.步骤s3中，还原反应结束后，氮气压力需要保持到炉内温度下降至400℃以下。此时撤除氮气保护，炉内材料也不会与空气发生反应，避免了材料在加热最终阶段遭到污染。
48.步骤s4中，球磨时采用干磨的方式，磨至颗粒直径200目以下，每克重量下颗粒的总面积不得小于600平方米。研究表明，控制粒径，有利于后续反应的进行。
49.步骤s5中，活性炭的用量为相当于原料五氧化二钒粉末重量的0.4倍。在碱洗和酸洗的过程中进行搅拌，以提高活性炭对杂质的吸附效果。酸洗溶液为盐酸水溶液。盐酸水溶液的浓度0.3mol/l。酸洗溶液的用量为相当于粉状材料质量的2倍。碱洗溶液为氢氧化钠水溶液。氢氧化钠水溶液的浓度为0.2 mol/l。碱洗溶液的用量为相当于粉状材料质量的3倍。酸洗溶液或碱洗溶液的用量不够，不利于除杂；过量太多，除杂效果提升有限，造成原料的浪费，不符合经济的目的。
50.步骤s6中，添加催化剂氧化铁。催化剂氧化铁的加入量为相当于原料五氧化二钒
粉末质量的10%。加热至620℃，保温加热时间1.5小时。
51.步骤s6中，脱氢加热时，加热至300℃进行预热，预热时间为12分钟。
52.步骤s6中，紫外光照射时所采用的紫外光源功率为400w。紫外光照射的时间即为脱氢反应的时间，1.5小时。研究表明，采用紫外光照射辅助脱氢，能提高材料进行脱氢反应的活性，能加快反应速度，也不会引入外来杂质，使得反应更完全，提纯后钒中杂质含量低，钒的纯度较高。
53.本实施例所得金属钒的纯度为99.98%。
54.实施例4本实施例之高纯钒提纯工艺，包括以下步骤：s1、将五氧化二钒粉末、钠盐粉末以及还原剂进行称重配料；s2、将五氧化二钒粉末、钠盐粉末以及还原剂投入球磨机进行进一步细磨和混合，得到混合原料；s3、将混合后的原料投入密封加热炉内，在惰性气体保护下进行加热，使得混合原料进行还原反应，得到还原材料；s4、将所得还原材料再次投入球磨机进行球磨，将烧结的块状部分磨成粉状，得粉状材料；s5、将活性炭浸泡在酸洗溶液中，再将步骤s4所得粉状材料加入到酸洗溶液中进行酸洗去除杂质，再将酸洗后的粉状材料加入到碱洗溶液中进行碱洗，进一步去除杂质，然后将碱洗后的粉状材料依次用水、乙醇洗净烘干，得除杂后的混合物；s6、将步骤s5所得除杂后的混合物在紫外光照射的同时，在加热条件下进行脱氢，得钒的粉末。
55.步骤s1中，五氧化二钒粉末、钠盐粉末以及还原剂的重量比为1：0.3：4。所述还原剂为氢化钙。所述钠盐粉末优选碳酸钠、碳酸氢钠中的至少一种。研究表明，加入少量钠盐，有利于还原剂对五氧化二钒的还原。而且碳酸钠、碳酸氢钠在后续碱洗和酸洗的过程中易被除去。
56.步骤s2中，将五氧化二钒粉末、钠盐粉末以及还原剂细磨至颗粒直径200目以下，每克重量下颗粒的总面积不得小于600平方米。研究表明，控制原料的粒径，有利于后续反应的进行。
57.步骤s3中，所述惰性气体为氮气。对混合原料进行还原反应时，加热炉内采用氮气增压，并保持氮气压力为1.5个大气压，加热温度为800℃，加热时间为5小时。
58.步骤s3中，加热还原反应之前，先将混合原料加热至400℃进行预热，预热时间为15分钟。先对原料进行预热，有利于温度的均匀升高，可以充分活化原料，有利于还原反应的充分进行，有利于提高所得钒的纯度。
59.步骤s3中，还原反应结束后，氮气压力需要保持到炉内温度下降至400℃以下。此时撤除氮气保护，炉内材料也不会与空气发生反应，避免了材料在加热最终阶段遭到污染。
60.步骤s4中，球磨时采用干磨的方式，磨至颗粒直径200目以下，每克重量下颗粒的总面积不得小于600平方米。研究表明，控制粒径，有利于后续反应的进行。
61.步骤s5中，活性炭的用量为相当于原料五氧化二钒粉末重量的0.5倍。在碱洗和酸洗的过程中进行搅拌，以提高活性炭对杂质的吸附效果。酸洗溶液为盐酸水溶液。盐酸水溶
液的浓度0.5mol/l。酸洗溶液的用量为相当于粉状材料质量的5倍。碱洗溶液为氢氧化钠水溶液。氢氧化钠水溶液的浓度为0.5 mol/l。碱洗溶液的用量为相当于粉状材料质量的5倍。酸洗溶液或碱洗溶液的用量不够，不利于除杂；过量太多，除杂效果提升有限，造成原料的浪费，不符合经济的目的。
62.步骤s6中，添加脱氢剂硫。脱氢剂硫的加入量为相当于原料五氧化二钒粉末质量的20%。加热至650℃，保温加热时间1.5小时。
63.步骤s6中，脱氢加热时，加热至300℃进行预热，预热时间为10分钟。
64.步骤s6中，紫外光照射时所采用的紫外光源功率为500w。紫外光照射的时间即为脱氢反应的时间，1.5小时。研究表明，采用紫外光照射辅助脱氢，能提高材料进行脱氢反应的活性，能加快反应速度，也不会引入外来杂质，使得反应更完全，提纯后钒中杂质含量低，钒的纯度较高。
65.本实施例所得金属钒的纯度为99.99%。
66.对比例1本对比例，除步骤s6中不采用紫外光照射，其他操作与实施例4相同。本实施例所得金属钒的纯度为99.20%。
67.对比例2本对比例，除步骤s2不进行球磨，其他操作与实施例4相同。本实施例所得金属钒的纯度为99.50%。
68.对比例3本对比例，除步骤s5不添加活性炭，其他操作与实施例4相同。本实施例所得金属钒的纯度为99.32%。
69.对比例4本对比例，除步骤s5不进行酸洗和碱洗，其他操作与实施例4相同。本实施例所得金属钒的纯度为99.35%。