专利名称：一种钒铝合金的生产方法
技术领域：
本发明涉及冶金技术领域，具体为一种钒铝合金的生产方法。
背景技术：
钒铝合金是生产钛合金和不含铁含钒特殊合金的元素添加剂，在钛合金中钒是一种强的稳定剂。钒铝合金能改善合金的耐热性能与冷加工性能，使合金具有好的焊接性能和相当高的机械强度。目前生产钒铝合金的主要工艺是以纯净的五氧化二钒为主原料，以铝粉为还原剂、氯酸钾为发热剂补偿反应热，再配以造渣材料，采用铝热法工艺，依据金属热还原原理炉外法生产不同牌号的钒铝合金。但是，以五氧化二钒为原料生产钒铝合金所面临的主要问题是由于五氧化二钒生产过程中要产生大量含氨氮废水，而该废水处理成本高，进而提高了五氧化二钒的生产成本。并且由于现有工艺冶炼钒铝合金的回收率低，对原料要求苛刻，这样很大程度上限制了钒铝合金的发展。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种钒铝合金的生产方法，能够不使用五氧化二钒，而直接采用钒渣作为冶炼钒铝合金的原料，降低生产成本。为解决以上技术问题，本发明的技术方案是，一种钒铝合金的生产方法，其具体步骤是(1)酸浸将粒度为100目士 10目的钒渣中加入稀硫酸进行酸浸得到酸解液；(2)除杂向酸解液中加入调整PH值的溶剂，使PH = 4士0. 5，形成钒酸钙的沉淀， 过滤后得到含钒滤渣，将含钒滤渣做干燥和破磨处理；(3)铝热还原将处理后的含钒滤渣与铝粉以2. 0 2. 4 1.0进行配比，并加入助热剂，均勻混合，经过冶炼得到钒铝合金。所述(1)中钒渣进行磁选去铁处理。所述(1)中稀硫酸的浓度为25% 士2%，所需温度为100°C 士5°C。所述⑵中调整PH值的溶剂为稀氢氧化钠。所述(3)中处理后的含钒滤渣粒度彡5mm,所述铝粉的粒度为Imm 3mm，且铝粉的含铝量> 98%。所述(3)中助热剂的加入量为炉料总量的5% 士0. 5%。所述(3)中助热剂为工业用氯酸钾。所述氯酸钾的粒度彡5mm。所述(3)中进行重量配比所得到的铝粉，在冶炼过程中至少分为两次添加，具体为a、在冶炼过程中，加入的铝粉量占铝粉总重量的84% 86%，该部分铝粉与含钒滤渣、 助热剂充分混合作为主炉料；b、在冶炼过程靠近终点处，将剩余的铝粉至少分为一次添加入炉料中，使得熔渣中含钒量< 0. 8%。
所述(3)中得到钒铝合金后，先将上部熔渣倒出，其次倒出炉底熔融状态的钒铝合金，最后将钒铝合金冷却，并去除附在钒铝合金表面的残渣。与现有技术相比，本发明采用钒渣作为原料，降低了冶炼钒铝合金的生产成本。并且在冶炼过程中，由于含钒滤渣和铝粉混料均勻，炉料无偏析，反应平稳，使冶炼过后熔渣中含钒率降低，有效地提高了钒的回收率。另一方面，采用钒渣作为冶炼原料，能够从原料上避免在生产五氧化二钒过程中，大量含氨氮废水所带来的环境问题，可以看出，本发明所采用的工艺更加环保。
图1是本发明的生产工艺流程图。
具体实施例方式本发明的工艺流程是，首先将钒渣预处理，包括破磨和除铁，将除铁后的钒渣用稀硫酸进行酸浸处理，去除钒渣中的铁、镁、铬、锰、硅、磷、硫等杂质，分离酸解液和含钒滤渣， 再将干燥后的含钒滤渣与铝粉按一定比例混合，同时在混合炉料中配加一定量的氯酸钾做助热剂，将炉料点然启动铝热反应，在冶炼结束前需再加入一定量的铝粉以降低炉料中的残钒。冶炼结束后先将上部熔渣分离出来，再倒出熔融状的钒铝合金，将钒铝合金冷却至室温，人工除去金属表面的残余渣子，得到较纯净的钒铝合金。为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。参见图1，本发明所采用的工艺具体如下实施例一一种钒铝合金的生产方法，其具体步骤包括S1-1、酸浸首先将钒查预处理，包括破磨和磁选除铁，使钒渣的粒度达到100目士 10目；在温度为100°C 士5°C的条件下，向处理好的钒渣中加入浓度为25% 士2%的稀硫酸，在这一过程中，钒渣中的钒以及其他物质，比如含铁、镁、铬、锰、硅、磷、硫的杂质溶于酸解液中。S1-2、除杂将Sl-I中的酸解液的PH值调至PH = 4士0.5，此时酸解液中的钒形成钒酸钙的沉淀，而大部分的铁、镁、铬、锰、硅、磷、硫等杂质被浸出，以离子的状态进入上清液，例如大部分的铁以硫酸亚铁形式存在上清液中，铬在硫酸亚铁的还原作用下主要以六价铬存在于上清液中，通过过滤实现固液分离。其中，钒酸钙的形成是由于钒渣中本身就含有钙物质，这是由于钒渣是通过转炉冶炼生产出来的，而铁水在进入转炉冶炼之前需通过预处理脱硫，而所以脱硫剂为钙系脱硫剂即CaO，所以含有钙，同时转炉炉衬也会带入钙物质。为了保证后续工序金属热的还原热量，分离得到的含钒滤渣必须经干燥预热处理，同时，还应进行破磨处理，破磨处理可采用颚式破碎机来完成。S1-3、铝热还原将S1-2中得到的干燥并破磨的含钒滤渣与铝粉以2. 0 2.4 1.0的质量比进行配比，工业用氯酸钾作为助热剂以炉料总重量5% 士 0.5%的质量加入其中，用以支撑还原反应的进行，经过冶炼最终得到钒铝合金。其中，含钒滤渣通过破磨处理后的粒度彡5mm，铝粉的含铝量> 98%、铝粉的粒度为Imm 3mm，氯酸钾的粒度<5mm，该原料粒度的控制是为了防止原料由于粒度过大而混合不均勻、炉料偏析，影响钒铝合金的冶炼标。加入铝粉时应注意，将铝粉进行分阶段添加，该添加次数不少于两次，具体为a、在冶炼过程中加入的铝粉量占铝粉总重量的84% 86%，该部分铝粉与含钒滤渣、助热剂充分混合作为主炉料；b、在冶炼过程靠近终点时，将剩余的铝粉至少分为一次添加入炉料中。经过分阶段不同量添加铝粉，使得熔渣中含钒量< 0. 8%。S1-4、分离在整个冶炼过程结束后，先将位于炼炉上部的熔渣倒出，其次倒出位于炉底熔融状态的钒铝合金，最后将钒铝合金冷却，人工分离去除附在钒铝合金表面的残渣。实旋例二本实施例与实施一所采用的生产工艺流程相同，区别在于各工艺流程所采用的参数，具体如下S2-1、酸浸预处理钒渣的粒度为100目；在100°C的条件下，向处理好的钒渣中加入浓度为25%的稀硫酸。S2-2、除杂将酸浸液的PH值调至PH = 4。S2-3、铝热还原将干燥的含钒滤渣与铝粉以2. 2 1. 0进行配比，以炉料总重量 5%的质量加入工业用氯酸钾。其中，3mm彡含钒滤渣的粒度彡4mm, 98. 5%彡铝粉的含铝量彡99%、铝粉的粒度为2mm，3mm彡氯酸钾的粒度彡4mm。分阶段添加铝粉时，a、在冶炼过程中，加入的铝粉量占铝粉总量的85% ；b、在冶炼过程靠近终点时，将剩下的铝粉一次全部加入炉料中。实旋例三本实施例与实施一所采用的生产工艺流程相同，区别在于各工艺流程所采用的参数，具体如下S3-1、酸浸预处理钒渣的粒度为90目；在95°C的条件下，向处理好的钒渣中加入浓度为23%的稀硫酸。S3-2、除杂将酸浸液的PH值调至PH = 3. 5。S3-3、铝热还原将干燥的含钒滤渣与铝粉以2. 0 1. 0进行配比，以炉料总重量4. 5%的质量加入工业用氯酸钾。其中，含钒滤渣的粒度< 3^11,98^4铝粉的含铝量
<98. 5%、铝粉的粒度为1mm，氯酸钾的粒度< 3mm。分阶段添加铝粉时，a、在冶炼过程中， 加入的铝粉量占铝粉总量的84% ；b、在冶炼过程靠近终点时，将剩下的铝粉分为两次加入炉料中。实施例四本实施例与实施一所采用的生产工艺流程相同，区别在于各工艺流程所采用的参数，具体如下S4-1、酸浸预处理钒渣的粒度为110目；在105°C的条件下，向处理好的钒渣中加入浓度为27%的稀硫酸。S3-2、除杂将酸浸液的PH值调至PH = 4. 5。S3-3、铝热还原将干燥的含钒滤渣与铝粉以2. 4 1. 0进行配比，以炉料总重量 5. 5%的质量加入工业用氯酸钾。其中，4mm <含钒滤渣的粒度< 5mm，99% <铝粉的含铝量
<99. 5%、铝粉的粒度为3mm，4mm <氯酸钾的粒度< 5mm。分阶段添加铝粉时，a、在冶炼过程中，加入的铝粉量占铝粉总量的86% ；b、在冶炼过程靠近终点时，将剩下的铝粉分为三次加入炉料中。本发明的工作原理是根据钒渣中各组分对稀硫酸的特性，通过酸浸将铁、镁、铬、 锰、硅、磷、硫等杂质除去。三氧化二铝的自由能比五氧化二钒的自由能低，所以选择铝作为还原金属置换五氧化二钒中的钒，置换出来的钒与过量的铝结合为钒铝合金。铝热反应是一个强放热过程，利用它放出的热量外加氯酸钾作为助热剂放出的热量足以为主体反应提供热量。在生产中最好能够将参加反应的炉料在点火前预热，以保证足够的热量支撑还原反应。其主体反应的化学方程式为nCaO · V205+mAl — AlV(m_2n)+nCaO ‘ Al2O3以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本发明的限制，本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
权利要求
1.一种钒铝合金的生产方法，其具体步骤是(1)酸浸将粒度为100目士10目的钒渣中加入稀硫酸进行酸浸得到酸解液；(2)除杂向酸解液中加入调整PH值的溶剂，使PH= 4士0. 5，形成钒酸钙的沉淀，过滤后得到含钒滤渣，将含钒滤渣做干燥和破磨处理；(3)铝热还原将处理后的含钒滤渣与铝粉以2.0 2. 4 1.0进行配比，并加入助热剂，均勻混合，经过冶炼得到钒铝合金。
2.如权利要求1所述的钒铝合金的生产方法，其特征在于，所述(1)中钒渣进行磁选去铁处理。
3.如权利要求1所述的钒铝合金的生产方法，其特征在于，所述(1)中稀硫酸的浓度为 25% 士2%，所需温度为 100°C 士5°C。
4.如权利要求1所述的钒铝合金的生产方法，其特征在于，所述(2)中调整PH值的溶剂为稀氢氧化内。
5.如权利要求1所述的钒铝合金的生产方法，其特征在于，所述(3)中处理后的含钒滤渣粒度彡5mm，所述铝粉的粒度为Imm 3mm，且铝粉的含铝量> 98%。
6.如权利要求1所述的钒铝合金的生产方法，其特征在于，所述(3)中助热剂的加入量为炉料总量的5% 士0. 5%。
7.如权利要求1所述的钒铝合金的生产方法，其特征在于，所述(3)中助热剂为工业用氯酸钾。
8.如权利要求7所述的钒铝合金的生产方法，其特征在于，所述氯酸钾的粒度<5mm。
9.如权利要求1所述的钒铝合金的生产方法，其特征在于，所述(3)中进行重量配比所得到的铝粉，在冶炼过程中至少分为两次添加，具体为a、在冶炼过程中，加入的铝粉量占铝粉总重量的84% 86%，该部分铝粉与含钒滤渣、助热剂充分混合作为主炉料； b、在冶炼过程靠近终点处，将剩余的铝粉至少分为一次添加入炉料中，使得熔渣中含钒量 < 0. 8%。
10.如权利要求1-9中任意一项所述的钒铝合金的生产方法，其特征在于，所述(3)中得到钒铝合金后，先将上部熔渣倒出，其次倒出炉底熔融状态的钒铝合金，最后将钒铝合金冷却，并去除附在钒铝合金表面的残渣。
全文摘要
本发明公开一种钒铝合金的生产方法，其具体步骤是(1)酸浸将粒度为100目±10目的钒渣中加入稀硫酸进行酸浸得到酸解液；(2)除杂向酸解液中加入调整pH值的溶剂，使pH＝4±0.5，形成钒酸钙的沉淀，过滤后得到含钒滤渣，将含钒滤渣做干燥和破磨处理；(3)铝热还原将处理后的含钒滤渣与铝粉以2.0～2.4∶1.0进行配比，并加入助热剂，均匀混合，经过冶炼得到钒铝合金。本发明采用钒渣作为原料，降低了冶炼钒铝合金的生产成本。另一方面，采用钒渣作为冶炼原料，能够从原料上避免在生产五氧化二钒过程中，大量含氨氮废水所带来的环境问题，可以看出，本发明所采用的工艺更加环保。
文档编号C22C27/02GK102534271SQ20121003977
公开日2012年7月4日 申请日期2012年2月21日 优先权日2012年2月21日
发明者喻春亮, 张琦, 杨海波, 王皎月, 龚波 申请人:四川省达州钢铁集团有限责任公司