五氧化二钒制备氮化钒的过程研究_徐先锋

五氧化二钒制备氮化钒的过程研究康鑫磊发表时间：2017-12-01T17:30:14.960Z 来源：《建筑科技》2017年第11期作者：康鑫磊[导读] 在还原氮化五氧化二钒制备氮化钒的过程中, 还原程度直接影响氮化程度, 为了寻求一种经济、高效的制取氮化钒的方法。

本文分析了五氧化二钒制备氮化钒的过程。

河钢股份有限公司承德分公司钒钛事业部河北省承德市 067000 摘要：随着转炉冶炼高强度低合金钢技术的飞速发展, 氮化钒的应用不断增加。

在还原氮化五氧化二钒制备氮化钒的过程中, 还原程度直接影响氮化程度, 为了寻求一种经济、高效的制取氮化钒的方法。

本文分析了五氧化二钒制备氮化钒的过程。

关键词：五氧化二钒；制备；氮化钒；钒是一种重要的金属元素, 具有许多可贵的理化特性和机械特性, 能细化晶粒, 提高钢的硬度和耐磨性, 在冶金和化工部门有着广泛的用途。

中国生产五氧化二钒的原料主要有3种:石煤、矾渣和废钒催化剂，国外还有少数国家如美国、日本等从石油渣中提取钒。

一、简述由热力学分析可知，在一定温度和氮气气氛下，碳还原五氧化二钒制备氮化钒在热力学上是可行的，还原过程存在间接还原和直接还原2 种方式，何种方式占主导地位取决于V2O5 和C 的初始混合态。

为了减少钒的挥化损失，应在五氧化二钒的熔点下进行一级还原反应，同时为了避免生成的氮化钒重新转变为碳化钒，反应温度应控制在1546K 以下。

碳还原五氧化二钒制备氮气钒的反应过程动力学速率方程可通过氮气条件下氮化钒的曲线确定。

曲线显示氧化钒的碳热氮化还原过程是多个反应并存的复合反应过程，存在2 个明显的质量损失阶段和3 个不同的吸热反应峰，说明有不同类型的化学反应发生，并且前一个吸热峰未结束，后一吸热峰即开始，表明不同的反应交错在一起同时进行。

根据氧化钒的碳热还原氮化复合反应可分为2 个阶段，即低温反应阶段和高温反应阶段。

低温反应阶段的活化能较低，反应容易进行，反应机理为一级化学反应；高温反应阶段的活化能很高，是整个反应的控制环节，反应机理为二级化学反应。

第50卷第6期2019年6月中南大学学报(自然科学版)Journal of Central South University (Science and Technology)V ol.50No.6Jun e 2019利用V 2O 5制备氮化钒铁的反应过程及动力学研究王斌1,2，李冬1，杜金晶1，朱军1,2，刘漫博1，王欢1(1.西安建筑科技大学冶金工程学院，陕西西安，710055；2.陕西省先进储能与钒新材料工程技术研究中心，陕西安康，725000)摘要：采用TG −DSC 技术对V 2O 5直接制备氮化钒铁的反应过程进行研究，并采用Coats-Redfern 积分法对相关反应的动力学参数进行计算。

研究结果表明：碳还原V 2O 5的反应在670℃左右开始显著发生，随温度升高，反应速度加快。

在1000℃以上时，碳化反应开始进行，在1200℃左右，氮化反应可以显著发生，试样中可检测到氮化产物。

在1150～1350℃反应的活化能要比970～1100℃时的高，说明随着反应的进行，生成的碳化钒铁和氮化钒铁产物产生了一定的包覆作用，扩散过程阻碍了反应的进一步进行。

高温还原氮化后的试样，碳、氮元素在四周分布密集，而在中间区域分布较少，这也印证了碳化产物和氮化产物存在着明显包覆作用的推论。

关键词：氮化钒铁；V 2O 5；反应过程；动力学中图分类号：TF841.3；TF125文献标志码：A文章编号：1672-7207（2019）06−1278−06Reaction processes and kinetic study on preparation of nitridedferrovanadium by V 2O 5WANG Bin 1,2,LI Dong 1,DU Jinjing 1,ZHU Jun 1,2,LIU Manbo 1,WANG Huan 1(1.School of Metallurgy Engineering,Xi'an University of Architecture and Technology,Xi'an 710055,China;2.Shaanxi Advanced Energy Storage and Vanadium New Material Engineering Technology Research Center,Ankang 725000,China)Abstract:The TG −DSC curves were tested to study the nitrided ferrovanadium preparation reaction processes,and the kinetic parameters of the relevant reactions were calculated using Coats-Redfern method.The results show that C can react with V 2O 5obviously at around 670℃.However,the carbonation reactions occurs when the temperature is higher than 1000℃and the nitridation reactions occurs at higher than 1200℃.The activated energy of reaction at 1150−1350℃is higher than that at 970−1100℃.With the increase of the reactions time,the carbonized products and nitrided products hinder the preparation reactions,and increase the apparent activation energy of the reactions.The carbon and nitrogen elements distribute more densely on the surface of the prepared sample than the interior region,which proves the conclusion that carbonation products and nitrided products have obvious covering effect.Key words:nitrided ferrovanadium;V 2O 5;reactions processes;kinetic添加钒可显著提高钢材的强度和韧性[1−2]，主要应用于炼钢领域，其添加形式主要包括钒铁、氮化钒和氮化钒铁等。

一种快速高纯五氧化二钒制备技术
1.成果简介
本成果以红钒为原料，采用共沉淀法除杂生产纯度为99.5%、99.7%和99.9%的高纯五氧化二钒的方法。

2.背景：
钒是高熔点稀有金属，具有许多优良的性能，随着我国现代化建设的高速发展，高纯五氧化二钒在有机合成催化剂、航天航空和新型能源钒电池领域的需求越来越大。

近年来，西北有色地质研究院开始高纯五氧化二钒的制备研究，经过两年的技术攻关，项目取得了较大突破，现已生产出99.9%的五氧化二钒。

3.成果内容：
以钒矿企业生产的96~98%的中间产品红钒（通常为六聚钒酸钠Na2H2V6O17）为原料，通过自主研究的净化剂V-NWG-1对其中的杂质元素铁、铝、钙、镁、磷、硫和砷进行分离，从而达到红钒原料中杂质元素的快速有效分离。

用氨法沉钒工艺得到偏钒酸铵，经脱水干燥，煅烧脱氨得到粉状高纯五氧化二钒。

4.成果特点：
1、为解决杂质分离难的问题，项目中加入自主创新V-NWG-1净化剂对其杂质元素进行分离，提高五氧化二钒纯度。

2、产品质量稳定、纯度高，经过分析，产品满足标准YB/T 5304-2011中不同规格五氧化二钒要求。

(国内第三方检测机构检测) 。

3、该技术成果工艺流程简化、生产直接成本4000元/吨（其中试剂2500元/吨，其它消耗1500元/吨），整个提纯过程用时24小时可完成，具有成本低、快速高效的特点。

五氧化二钒直接还原制备碳氮化钒试验研究五氧化二钒直接还原制备碳氮化钒试验研究引言碳氮化钒是一种重要的过渡金属碳化物材料，具有优异的力学性能、高温稳定性和化学惰性等特点，在催化剂、涂层、电子器件等领域有着广泛的应用前景。

目前，碳氮化钒的制备方法较多，包括静电喷雾法、化学气相沉积法、等离子体工艺等。

然而，这些方法往往存在成本高、工艺复杂等问题。

因此，不断寻求一种简单、高效、低成本的碳氮化钒制备方法是迫切需要解决的问题。

实验方法本实验采用五氧化二钒(V2O5)直接还原制备碳氮化钒。

首先，将一定比例的尿素和五氧化二钒粉末混合均匀，然后放入石英瓶中，并真空干燥预处理。

接着，将石英瓶放入炉中，在氮气保护气氛下进行加热处理。

加热过程中，通过控制加热速率和保温时间来控制反应过程中生成的碳氮化钒的形貌和结构。

最后，将样品从炉中取出，冷却至室温。

实验结果与分析通过扫描电子显微镜(SEM)观察样品的表面形貌，发现制备的碳氮化钒呈现出颗粒状的结构，颗粒大小分布均匀，表面光滑。

同时，利用X射线衍射(XRD)分析样品的结晶性，结果显示制备的碳氮化钒呈现出多晶结构，并且与标准碳氮化钒的衍射峰相吻合，表明制备的碳氮化钒具有良好的结晶性。

另外，通过比较不同尿素添加量的样品，发现随着尿素添加量的增加，制备得到的碳氮化钒的颗粒大小逐渐减小。

实验讨论五氧化二钒直接还原制备碳氮化钒的实验结果显示，该方法可以制备出具有良好结晶性和颗粒状结构的碳氮化钒。

尿素在还原过程中起到了可控形成碳氮化钒的作用，同时尿素的添加量可以调控碳氮化钒的颗粒大小。

此外，研究还发现反应温度和保温时间对反应结果也有一定影响。

结论本实验通过五氧化二钒的直接还原制备了碳氮化钒，实验结果表明该方法可以制备出具有优异结晶性和均匀颗粒形状的碳氮化钒。

进一步的实验研究可以探究其他因素对碳氮化钒制备过程的影响，提高制备方法的效率和控制性。

这项研究为碳氮化钒的制备提供了一种简单、高效、低成本的方法，并为碳氮化钒的应用领域提供了重要的实验数据本实验通过直接还原法成功制备了具有良好结晶性和均匀颗粒形状的碳氮化钒。

五氧化二钒的提取和氮化王雄;陈白珍;肖文丁;孙锡良【摘要】根据广西某石煤矿的特点,采用氧化焙烧、酸性浸出、溶剂萃取、铵盐沉钒工艺得到了V2O5含量为99.3%的粉末状V2O5产品,为了进一步提高五氧化二钒的性价比,该试验以五氧化二钒为原料,炭黑为还原剂,采用微波法研究了氮化钒的制备工艺,产物氮含量为12.6%,经过XRD分析为纯相氮化钒.【期刊名称】《湖南有色金属》【年(卷),期】2009(025)001【总页数】3页(P20-22)【关键词】石煤提钒;湿法冶金;氮化【作者】王雄;陈白珍;肖文丁;孙锡良【作者单位】中南大学冶金科学与工程学院,湖南,长沙,410083;中南大学冶金科学与工程学院,湖南,长沙,410083;上海中电绿科集团公司,上海,201204;中南大学冶金科学与工程学院,湖南,长沙,410083【正文语种】中文【中图分类】TF841.3含钒黑色页岩（也称石煤）是我国主要的钒矿资源之一。

一般认为，钒品位达到0.7%［1］以上就具有工业开采价值。

从黑色岩中提取钒的研究较多［2～4］，但多采用平窑焙烧、静态浸出、清液离子交换及精钒制取等工艺，生产流程比较简单，投资少，但也存在很多不足：（1）有害气体较多，且无序排放不便集中处理，对环境污染严重；（2）焙烧转化率仅50%～60%，综合利用率 40%～50%；（3）只能间歇操作，无法实现机械化、连续化及规模化；（4）产品质量不稳定。

根据广西某石煤钒矿勘探结果和选冶试验资料，对钒的赋存状态、浸出、萃取、沉钒等方法进行了较为系统的研究，取得了较好的试验结果。

同时结合当前五氧化二钒价格下跌，进一步用微波加工制备了氮化钒，它与传统的电阻炉加热方式相比，微波加热缩短了反应和冷却时间，节省了能耗，简化了工艺，降低了成本。

石煤矿样经 XRF（X荧光）分析，其主要成分列于表1。

由表 1可以看出，石煤中钒含量为0.703%，相当于含 V2O51.27%。

为了了解钒在矿样中的赋存状态，进行了钒的价态分析，结果列于表2。

V_2O_5还原氮化制备VN过程中的化学反应动力学
徐先锋;王玺堂
【期刊名称】《钢铁钒钛》
【年(卷),期】2004(25)1
【摘要】研究以碳作为还原剂,还原氮化五氧化二钒制备氮化钒过程中的还原氮化反应动力学。

在分别通入高纯氮气和氩气所得热重曲线的基础上,通过数据处理和回归分析得出了各步还原反应和氮化反应的反应活化能和频率因子,进而提出了各反应的速度常数(K)和反应温度(T)的经验公式。

【总页数】6页(P13-18)
【关键词】氮化钒;动力学;反应速度常数;反应温度
【作者】徐先锋;王玺堂
【作者单位】华东交通大学;武汉科技大学
【正文语种】中文
【中图分类】TF841.3;O643.1
【相关文献】
1.关于电厂化学反应还原过程中的危险性分析——以氧化和还原为例 [J], 付萌
2.多孔氮化钒（VN）纳米带气凝胶的制备及其电化学性能 [J], 王桂强;阎超;候硕;
3.Si、Al还原渣中V_2O_5反应动力学研究 [J], 周勇;李正邦
4.金属钒(V)、碳化钒(VC)和氮化钒(VN)制备过程的热力学分析 [J], 梁连科
5.冶炼钒钛磁铁矿时铁液中钒的扩散及V_2O_5还原动力学 [J], 刘清才;林静
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(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201510801398.3(22)申请日 2015.11.19C01G 31/02(2006.01)(71)申请人攀钢集团西昌钢钒有限公司地址615032 四川省凉山彝族自治州西昌市经久工业园区攀钢集团西昌钢钒有限公司申请人攀钢集团研究院有限公司(72)发明人叶露 彭毅 王绍东 陈燕何文艺 张林 申彪 陈相全(74)专利代理机构成都希盛知识产权代理有限公司 51226代理人柯海军 武森涛(54)发明名称一种五氧化二钒的制备方法(57)摘要本发明属于湿法冶金领域，具体涉及一种五氧化二钒的制备方法。

该制备方法，包括以下步骤：a、沉钒工序预加热过程使用静态混合器管道，利用蒸汽换热使酸性钒液温度由常温升至65～75℃；b、将换热后的酸性钒液加入到加铵罐中，加入硫酸铵，搅拌，得到混合液；c、将混合液加入到沉淀罐中，搅拌，调节pH 值至1.5～2，蒸汽加热至90℃～沸腾，得到多钒酸铵溶液；d、取多钒酸铵沉降后的沉淀，洗涤、烘干、煅烧，得到五氧化二钒。

利用固定在静态混合器管道内的混合单元体改变酸性钒液在管内的流动状态，抑制层流底层的形成，使酸性钒液在管内快速分散，各部分溶液温度分布趋于均匀，减缓垢层的形成，提高五氧化二钒的生产效率。

(51)Int.Cl.(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请权利要求书1页 说明书5页 附图1页CN 105314678 A 2016.02.10C N 105314678A1.一种五氧化二钒的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：a、将沉钒工序预加热过程的管式换热器内管用静态混合器管道替换，利用蒸汽换热使酸性钒液温度由常温升至65～75℃；+:TV＝0.6～0.9:1，b、将a步骤换热后的酸性钒液加入到加铵罐中，按照摩尔比，NH4加入硫酸铵，搅拌，得到混合液；c、将b步骤得到的混合液加入到沉淀罐中，搅拌，调节pH值为1.5～2，蒸汽加热至90℃～沸腾，得到多钒酸铵溶液；d、将c步骤得到的多钒酸铵溶液沉降，取多钒酸铵沉淀，洗涤、烘干、煅烧，得到五氧化二钒。