电热还原法制备V-Ti-Fe系储氢合金的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于储氢合金制备领域，特别涉及一种V-T1-Fe系储氢合金的电热还原制备方法。
【背景技术】
[0002]环境问题日益紧张的今天，积极发展清洁动力能源已显得格外重要。氢能作为干净、高效的清洁能源，受到了人们的广泛关注，而储氢材料作为氢能利用的关键技术，一直是研宄人员关注的焦点。
[0003]V-T1-Fe系储氢合金理论储氢量大，室温吸放氢动力学性能好，具有良好的应用前景。目前其制备方法普遍采用兑掺法，即以钒、钛等纯金属为原料，采用感应炉或电弧炉反复熔炼获得。因为纯钒价格昂贵，加之钒、钛等金属熔点过高，导致了合金的制备成本过高，限制了它的大规模应用。
[0004]以VFe合金替代纯V，进行合金制备，虽然可以降低V-T1-Fe合金的制备成本，但工业VFe中较多的Al、S1、0等杂质，会对合金的储氢性能产生较大负面影响。此外，因为工业钒铁多为FeV50和FeV80，其含Fe量分别为50wt%* 20wt%左右，即V与Fe之比相对固定，这就给配制特定成分的储氢合金带来了困难。
[0005]在降低V-T1-Fe合金制备的成本方面，还有以金属热还原法进行合金制备的尝试。该方法具有成分灵活可调和生产效率高的优点，加之可以用较廉价的金属氧化物为原料，所以生产成本较低。但由于熔炼时间短，反应不充分，渣金分离效果不好，合金中存在一定量的夹渣和铝、氧等杂质。另外金属的收得率也颇低，钒的回收率将近80%，钛的收得率只有30%左右。因此，金属热还原方法还需进一步改进。
【发明内容】
[0006]为克服现有技术中金属热还原法的缺陷或不足，本发明的目的在于，提供一种以金属氧化物为原料通过电热还原法制备V-T1-Fe系储氢合金，该方法能够提高金属的收得率，降低合金中的杂质。
[0007]为了实现上述任务，本发明采取如下的技术解决方案:
[0008]一种电热还原法制备V-T1-Fe系储氢合金，其特征在于，步骤如下:
[0009]A、配制反应料；所述的反应料为铝粉、铝合金粉、钒氧化物、钛氧化物、铁肩、氧化钙、氟化钙和氯酸钾；
[0010]B、将部分反应料放入电弧炉内，利用镁肩点燃，进行金属热还原反应；
[0011]C、金属热还原反应平稳后，逐渐加入剩余的反应料；
[0012]D、反应料加完后，电弧炉通电引弧加热，并通过喷粉装置，向熔体底部喷吹精炼粉进行精炼，精炼粉由氩气负载，精炼时间1min?20min ;
[0013]E、精炼结束后，氩气保护下出炉，得到V-T1-Fe系储氢合金。
[0014]其中，钒氧化物为V2O5片钒或粉钒的一种，铝合金粉为铝镁合金粉或铝钙合金粉的一种。
[0015]铝合金粉为铝镁合金粉或铝钙合金粉。
[0016]步骤D喷粉精炼采用精炼粉为CaO-CaF2-V2O5渣系，其成分按质量百分比计，CaO:50%?65%、CaF2:20%? 50%、V 205:0.1 %?15%。
[0017]铝粉加入总量为还原钒氧化物和钛氧化物所必需理论值的70 %?95 %。
[0018]铝镁合金粉或铝钙合金粉的加入量为铝粉总质量的10%?40%。
[0019]铝镁合金粉的化学成分按质量百分比计为:Mg:45%?50%、Al:50%?55%，所述的铝钙合金粉的化学成分按质量百分比计为:Ca:65%?80%、A1:20%?35%。
[0020]与已有技术相比，本发明具有如下明显的优点:
[0021]采用较廉价的金属氧化物为原料进行V-T1-Fe系储氢合金制备，有助于降低合金的制备成本，容易实现大规模生产。
【具体实施方式】
[0022]以下通过实施例对本发明作进一步的详细说明，需要说明的是，本发明不限于以下的实施例。
[0023]实施例1:
[0024]将5kg含五氧化二钒99%的粉钒、5kg含二氧化钛为96%的高钛渣、3.15kg铝粉、0.95kg销妈合金、1.5kg氯酸钾、3.0kg氧化妈、Ikg氟化妈和0.45kg铁肩混合均勾。
[0025]取1/3的混合料为底料，放到电弧炉内，表面加镁肩点火，进行金属热还原反应，反应平稳后，逐渐加入剩余物料，反应料加完后，电弧炉通电埋弧加热，并开始喷精炼粉精炼，精炼粉成分为Ca0(60wt% )-CaF2 (35wt% )-V2O5 (5wt% )，用量0.8kg，精炼渣由氩气负载吹入熔池底部，精炼15min后，静置，在氩气保护下出炉。
[0026]出炉得到V5atlTi4UFk9合金5.2kg，钒和钛的收得率分别为92.1%和71.3%，合金中含销I.Iwt %,氧0.6wt%。
[0027]实施例2:
[0028]将5kg含五氧化二钒99%的粉钒、5kg含二氧化钛为96%的高钛渣、3.15kg铝粉、
0.95kg销妈合金、1.5kg氯酸钾、3.0kg氧化妈、Ikg氟化妈和0.45kg铁肩混合均勾。
[0029]熔炼与精炼工艺与实施例1基本相同，所不同的是精炼渣为Ca0(55wt% )-CaF2 (43wt % ) -V2O5 (2wt % )。
[0030]出炉后，得到V48.9Ti42.5Fe8.6合金5.2kg，钒和钛的收得率分别为88.9%和70.9%，合金中含销2.3wt%,氧0.7wt%。
[0031]实施例3:
[0032]将5kg含五氧化二钒99%的粉钒、5kg含二氧化钛为98%的钛白粉、3.15kg铝粉、
0.95kg销妈合金、1.5kg氯酸钾、3.0kg氧化妈、Ikg氟化妈和0.45kg铁肩混合均勾。
[0033]熔炼与精炼工艺与实施例1相同。
[0034]出炉后，得到V52.6Ti39.8Fe7.6合金5.0kg，钒和钛的收得率分别为92.6%和64.1%,合金中含销1.3wt%,氧0.8wt%。
[0035]比较例:
[0036]采用传统的金属热还原法进行合金制备。
[0037]镁砖砌炉，作为合金制备的金属热还原反应炉。反应原料为:5kg含五氧化二钒99%的粉钒、5kg含二氧化钛为96%的高钛渣、3.15kg铝粉、0.95kg铝钙合金、1.5kg氯酸钾、3.0kg氧化钙、Ikg氟化钙和0.45kg铁肩。
[0038]将反应原料混合均匀，放入铝热反应炉内，然后在原料表面加镁肩点火，反应完成3h后，拆除炉体，得到的V64.3Ti24.9Feia8合金3.9kg，钒和钛的收得率分别为85.1 %和30.4%,合金中含销 3.4wt%,氧 1.1wt % ο
[0039]与实施例1、2和3相比，比较例中仅有金属热还原反应自放热的熔炼过程，没有后期的加热熔炼和精炼过程，钒和钛的收得率较低，铝和氧的杂质也较高。
【主权项】
1.一种电热还原法制备V-T1-Fe系储氢合金，其特征在于，步骤如下: A、配制反应料；所述的反应料为铝粉、铝合金粉、钒氧化物、钛氧化物、铁肩、氧化钙、氟化钙和氯酸钾； B、将部分反应料放入电弧炉内，利用镁肩点燃，进行金属热还原反应； C、金属热还原反应平稳后，逐渐加入剩余的反应料； D、反应料加完后，电弧炉通电引弧加热，并通过喷粉装置，向熔体底部喷吹精炼粉进行精炼，精炼粉由氩气负载，精炼时间1min?20min ； E、精炼结束后，氩气保护下出炉，得到V-T1-Fe系储氢合金。2.如权利要求1所述的电热还原法制备V-T1-Fe系储氢合金，其特征在于，所述的钒氧化物为V2O5片钒或粉钒，所述钛氧化物为高钛渣或钛白粉。3.如权利要求1所述的电热还原法制备V-T1-Fe系储氢合金，其特征在于，所述的铝合金粉为铝镁合金粉或铝钙合金粉。4.如权利要求1所述的电热还原法制备V-T1-Fe系储氢合金，其特征在于，所述精炼粉为CaO-CaF2-V2O5渣系，其成分按质量百分比计，CaO: 50 %?65 %、CaF 2:20 %?50 %、V 205:0.1% ?15%。5.如权利要求1所述的电热还原法制备V-T1-Fe系储氢合金，其特征在于，所述铝粉加入总量为还原钒氧化物和钛氧化物所必需理论值的70%?95%。6.如权利要求3所述的电热还原法制备V-T1-Fe系储氢合金，其特征在于，所述的铝镁合金粉或销妈合金粉的加入量为销粉总质量的10%?40%。7.如权利要求3所述的电热还原法制备V-T1-Fe系储氢合金，其特征在于:所述的铝镁合金粉的化学成分按质量百分比计为:Mg:45%?50%、Al:50%?55%，所述的铝钙合金粉的化学成分按质量百分比计为:Ca:65%?80%、A1:20%?35%。8.如权利要求1所述的电热还原法制备V-T1-Fe系储氢合金，其特征在于，所述的V-T1-Fe系储氢合金，按摩尔百分比含V:45%?65%、T1:25%?45%、Fe:5%?15%。
【专利摘要】本发明公开了一种V-Ti-Fe系储氢合金的电热还原制备方法，具体步骤如下：A、配制反应料，反应料为铝粉、铝钙合金粉、钒氧化物、钛氧化物、铁屑、氧化钙、氟化钙和氯酸钾；B、将部分反应料放入电弧炉内，利用镁屑点燃，进行金属热还原反应；C、反应平稳后，逐渐加入剩余的反应料；D、电弧炉埋弧加热，喷粉精炼；E、出炉。与传统的纯金属兑掺熔炼法相比，本发明具有原料成本低、生产迅速的优点，适合V-Ti-Fe系储氢合金的大规模生产，具有良好的应用前景。
【IPC分类】C22C27/02, C22B4/06, C22C30/00
【公开号】CN104894376
【申请号】CN201510338166
【发明人】王斌, 杜金晶, 俞娟, 方钊, 武小雷
【申请人】西安建筑科技大学
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年6月17日