氮化钒的制备方法
【专利摘要】本发明涉及氮化钒的制备方法，属于有色金属冶炼【技术领域】。本发明解决的技术问题是提供氮化钒的制备方法。该方法将钒氧化物和碳质还原剂混合作为阳极，碳钢棒为阴极，在含低价氯化钒的碱金属/碱土金属氯化物熔盐体系中实施电解，并在阴极下方通入氮气，阴极析出的钒金属与氮气反应生成氮化钒。本发明氮化钒的制备方法，通过电解方法获得氮化钒，可有效降低氮化制备的温度，降低生产成本，同时由于电解的精炼及保护作用使得其产品质量较好，氧和碳等杂质元素含量较低，此外，还能通过控制电流密度等参数调节产品粒径，其产品粒径可控，适合做粉末冶金添加剂，具备较强应用前景。
【专利说明】氮化钒的制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及氮化钒的制备方法，属于有色金属冶炼【技术领域】。
【背景技术】
[0002] 氮化钒是一种新型合金添加剂，可以替代钒铁用于微合金化钢的生产。氮化钒添 加于钢中能提高钢的强度、韧性、延展性及抗热疲劳性等综合机械性能，并使钢具有良好的 可焊性。在达到相同强度下，添加氮化钒节约钒加入量30-40%，进而降低了成本。由于钢 强度提高后，可有效节约钢材用量，即节约了原料和冶炼成本，收到资源节约和环境保护的 双重效益。
[0003] 氮化钒可由五氧化二钒、碳粉、活性剂等原材料制成的坯件，在常压、氮气氛保护 下，经1500?180(TC高温状态下，反应生成钒氮合金。其关键工艺设备为连续式气氛推板 高温炉，采用硅钥棒等电热元件获取热源。
[0004] 申请号为201010548528. 4的发明专利公开了一种氮化钒的制备方法，将氧化钒 与有机氮化物混合经过热处理制得钒氮螯合物，结晶、过滤，然后在保护气体中煅烧，得到 氮化钒，其煅烧的温度为500?600°C。
[0005] 申请号为01139886. 8的发明专利公开了氮化钒的生产方法，先将粉末状的钒氧 化物、碳质粉剂和粘结剂混合均匀后压块、成型，再将成型后的物料加入制备炉中，同时制 备炉通入保护和反应气体，制备炉需加热到一定的温度区域，物料在该温度区域发生碳化 和氮化反应，最终生成氮化钒，该方法需要将物料加热到1000?1800°C，物料在此温度区 域反应的持续时间为2?6h。
[0006] 申请号为201110000961. 9的发明专利公开了一种简易的氮化钒生产方法，将V205 粉和石墨粉按4:1的重量比在干混机上充分混合，按100 :15的重量比在上述混合粉中加入 含量为4%的聚乙烯醇水溶液，并在湿混机混合10分钟，将湿混好的混合粉压球，干燥后分 层装入料车、入炉、密封炉门，抽真空至？ 〇. 〇2MPa，通入氮气压力至0. 04MPa，加温至800°C 并在此温度下进行预还原5小时左右，然后继续升温到1350°C持续不少于6小时的深度还 原和碳化，在过程中不断充入纯度99. 99%以上的氮气，升温至1600°C进行6?10小时的 氮化烧结，此过程压力控制在0. 〇2Mpa，总时间在20小时内，反应完成，停电冷却至150°C出 炉。
[0007] 以上方法均需在高温下制备，生产成本较高，且获得的产品中杂质元素含量偏高， 尤其碳含量，大大限制了其用于领域。
【发明内容】
[0008] 本发明解决的技术问题是提供氮化钒的制备方法。
[0009] 本发明氮化钒的制备方法，将钒氧化物和碳质还原剂混合作为阳极，碳钢棒为阴 极，在含低价氯化钒的碱金属/碱土金属氯化物熔盐体系中实施电解，并在阴极下方通入 氮气，阴极析出的钒金属与氮气反应生成氮化钒。
[0010] 其中，钒氧化物为三氧化二钒和五氧化二钒中的至少一种，碳质还原剂为石墨、石 油焦或炭黑，碳质还原剂和钒氧化物按C/0摩尔比为1:1进行混合。碳钢棒可采用市售。
[0011] 在熔盐体系中，低价氯化钒为VCly，2彡y彡4,低价氯化钒的浓度为4. 5? 6. 5wt%，碱金属/碱土金属氯化物为NaCl、KCl、CaCl2、MgCl2和LiCl中的至少一种。
[0012] 电解过程电压为2. 8?3. 2V，阴极电流密度为0. 1?0. 5A/cm2,阳极电流密度为 0. 05 ?0. 35A/cm2。
[0013] 氮气为高纯氮气,氮气的流量为1?5L/min。
[0014] 电解温度优选为700?850°C。
[0015] 本发明氮化钒的制备方法，通过电解方法获得氮化钒，可有效降低氮化制备的温 度，降低生产成本，同时由于电解的精炼及保护作用使得其产品质量较好，氧和碳等杂质元 素含量较低，此外，还能通过控制电流密度等参数调节产品粒径，其产品粒径可控，适合做 粉末冶金添加剂，具备较强应用前景。
【具体实施方式】
[0016] 本发明氮化钒的制备方法，以钒氧化物和碳质还原剂混合为阳极，碳钢棒为阴极， 在含低价氯化钒的碱金属/碱土金属氯化物熔盐体系中实施电解，并在阴极下方通入氮 气，阴极析出的钒金属与氮气反应生成氮化钒。将电解质和氮化钒进行分离，即得氮化钒产 品。
[0017] 其中，钒氧化物为三氧化二钒、五氧化二钒中的至少一种，碳质还原剂为石墨、石 油焦或炭黑，碳质还原剂和钒氧化物按C/0摩尔比为1:1进行混合，即按摩尔比，碳质还原 剂中的C:钒氧化物中的0= 1:1。为了保证阳极的质量，优选的混合方法如下：在混合过 程中添加一定量的有机或无极粘结剂，在球磨机上压制为所需的料块，并在120°c条件下干 燥12h以上。
[0018] 本发明氮化钒的制备方法，以钒氧化物和碳质还原剂混合为阳极，碳钢棒为阴极， 在含低价氯化钒的碱金属/碱土金属氯化物熔盐体系中实施电解，并在阴极下方通入氮 气，此过程将发生下式的反应，（其中1. 5 < X < 2. 5)。通过湿法冶金洗去电解质便可获得 氮化钒产品。
[0019] V0x+C = V+C0 ? (1)
[0020] 2V+N2 = 2VN (2)
[0021] 在熔盐体系中，低价氯化钒为VCly，2彡y彡4,即低价氯化钒为二氯化钒、三氯化 钥;和四氯化钥;中的至少一种。低价氯化钥;的浓度为4. 5?6. 5wt%,碱金属/碱土金属氯化 物为碱金属氯化物和碱土金属氯化物中的至少一种，优选为NaCl、KCl、CaCl2、MgCl 2和LiCl 中的至少一种。
[0022] 由于钒氧化物中添加了一定量的碳质还原剂，使得其自身导电可作为阳极，且碳 在电化学作用下失去电子并与氧化钒中的氧结合，阳极以钒离子形式溶入电解质中，并在 阴极析出，使得这样反应得以进行，电解过程电压控制在2. 8?3. 2V，阴极电流密度控制在 0. 1?0. 5A/cm2,阳极电流密度控制在0. 05?0. 35A/cm2,以保证阳极的正常溶解。
[0023] 电解的温度优选为700?850°C，这是由于钒在阴极以粉末固相物形式生成，其主 要以三维核模型进行生长，其表面活性较高，在电解的700?850°C温度下，能用氮气较好
【权利要求】
1. 氮化钒的制备方法，其特征在于：将钒氧化物和碳质还原剂混合作为阳极，碳钢棒 为阴极，在含低价氯化钒的碱金属/碱土金属氯化物熔盐体系中实施电解，并在阴极下方 通入氮气，阴极析出的钒金属与氮气反应生成氮化钒。
2. 根据权利要求1所述的氮化钒的制备方法，其特征在于：所述钒氧化物为三氧化二 钒和五氧化二钒中的至少一种；所述碳质还原剂为石墨、石油焦或炭黑；碳质还原剂和钒 氧化物按C/0摩尔比为1:1进行混合。
3. 根据权利要求1所述的氮化钒的制备方法，其特征在于：所述熔盐体系中，低价氯化 钥;为VCly，2 < y < 4,低价氯化f凡的浓度为4. 5?6. 5wt%，碱金属/碱土金属氯化物为 NaCl、KCl、CaCl2、MgCl2 和 LiCl 中的至少一种。
4. 根据权利要求1所述的氮化钒的制备方法，其特征在于：所述电解的电压为2. 8? 3. 2V，阴极电流密度为0. 1?0. 5A/cm2,阳极电流密度为0. 05?0. 35A/cm2。
5. 根据权利要求1所述的氮化钒的制备方法，其特征在于：所述氮气为高纯氮气，氮气 的流量为1?5L/min。
6. 根据权利要求1所述的氮化钒的制备方法，其特征在于：电解温度为700?850°C。
【文档编号】C25B1/00GK104099634SQ201410385472
【公开日】2014年10月15日 申请日期:2014年8月7日 优先权日:2014年8月7日
【发明者】朱福兴, 穆天柱, 邓斌, 何安西, 程晓哲, 马尚润, 陈兵, 郑权, 张瑶 申请人:攀钢集团攀枝花钢铁研究院有限公司