专利名称：三氧化二钒的生产方法
技术领域：
本发明属于化工领域，具体涉及一种生产三氧化二钒的方法。
背景技术：
三氧化二钒是冶炼钒铁合金或其它钒合金的还原剂，如钒氮合金与高钒铁。用其 冶炼钒铁时可以降低生产本，提高钒回收率。用其制备钒氮合金可以提高反应速度，提高钒 氮合金产品质量。三氧化二钒的制取方法大致可归纳为两种一种是不外加还原剂的钒酸 铵热分解裂解法；另一种是外加还原剂的直接还原法。主要制取方法如下
(a)不外加还原剂的钒酸铵热分解裂解法 日本专利申请72/7447294公开了用偏钒酸铵在氢气中加热到200 40(TC条件 下，在石英管容器内还原制取三氧化二钒，其缺点是还原设备制造成本高。
美国美国联合碳化物公司于1968年在美国获得了制取三氧化二钒的专利。该发 明方法以偏钒酸铵作为原料，在不外加任何还原剂的条件下，通过加热偏钒酸铵释放出的 氨的热裂解产生的初生氢来还原偏钒酸铵，从而可连续高效制取纯度极高的三氧化二钒。
法国联合碳化物公司在法国获得的一项专利也是利用钒酸铵来制取三氧化二 钒，其工艺过程是，在水蒸气、NH3和NH3热分解产生氢的条件下，将NH4V03或NH4V03热分解 产物，例如(NH4)2V6016 (NH4)20 2V204 5V205和(NH4) 6V16028还原，连续制取纯V203。
(b)外加还原剂的直接还原剂法 日本专利86/141， 622公开的制取三氧化二钒的技术方案以五氧化二钒为原料， 用氨气作为还原剂，热分解还原过程是在不锈钢管中高压下进行的，该技术方案存在的缺 点是，还原时间长达4小时之久，制作耐高压还原容器成本高。 日本专利申请88/01320228公开了一种制取三氧化二钒的技术方案是以粒度 为-150目的偏钒酸铵为原料，用氢为还原剂，将其热分解并还原为三氧化二钒。该技术方 案的缺点是还原时间长达10-20小时。 日本专利申请84/61141622公开了用高价钒氧化物在氨气氛下，在0. 1-1. 5大气 压于450—65(TC条件下，还原l-6小时，制取三氧化二钒，其方法的缺点是高温高压，反应 时间长，还原设备成本高。 美国专利公布了用五氧化二钒制取三氧化二钒的生产工艺，其方法是在流化床反 应器内装入以五氧化二钒为主的钒氧化物颗粒混合料(、05占98%以上)，在通入氢气条件 下，加热钒氧化物至593t:左右进行还原，时间为数小时，经还原后的固体颗粒主要由三氧 化二钒组成，但是有些颗粒被还原的程度较小，因而形成四氧化二钒。此外，有些颗粒只是 外壳被还原，因而颗粒内部仍为五氧化二钒。 一般来说，那些部分还原了的颗粒，其含钒量 为65% 68%，至于那些基本上是纯三氧化二钒的颗粒，含钒量则为68%。
俄罗斯制取V203的原料几乎全部采用五氧化二钒。还原剂有朋3和金属钒等。 Yankelevich等人于1974年公布了他们用NH3还原V205制取V203的方法。该工艺最佳条件 为温度450°C ， NH3流量4L/h，还原时间3h。 1976年在前苏联科学院无机和普通化学研究所工Yankelevich等人获得了用五氧化二钒制取三氧化二钒的前苏联专利。专利公报中所 使用的还原剂为NH3，加热温度仍选择450°C 。 综上，现有生产三氧化二钒生产工艺具有以下缺点反应时间长、还原温度高、生 产工艺复杂、高温高压和回收率低等。本发明欲通过改进现有技术，实现提高反应速度、简 化生产工艺、提高三氧化二钒纯度、减小用气量和节约成本等目的。
发明内容
本发明为了提高三氧化二钒生产方法的反应速度，提供如下解决方案
三氧化二钒的生产方法，包括如下步骤
A、配制原料； B、将配制的原料采用还原性气体还原；
C、还原即得三氧化二钒。 本发明方法的改进之处在于步骤A所述原料是由粘结剂、碳粉、含钒物料组成；其 中所述含钒物料为钒酸铵或五氧化二钒。其用量关系为粘结剂加入量为含钒物料重量的 0. 5% _2%，碳粉加入量为含钒物料重量的0. 5-3%。 将上述原料混合，制成球团后与还原性气体反应，反应条件可采用常规温度、时 间、还原得到的三氧化二钒也采用常用隔绝空气或惰性气体保护冷却处理，最终得到三氧 化二钒产品。 本发明方法针对原料采用配碳及制备球团的工艺，使得原料在固体碳粉和还原性 气体组成的气_固两相混合还原剂中反应，提高了还原反应速度。本发明方法的有益效果 如下 1、固体碳粉与还原性气体组成气_固两相混合还原剂，既提高了还原反应速度， 又减少了还原性气体的消耗。 2、采用球团还原技术，增大了气_固两相还原反应比表面积，实现了快速反应。
3、球团技术可以减少含钒粉尘挥发，既可以提高钒的回收率，使回收率可达 99.7% ;又可以减少环境污染，并有利于劳动保护。 4、以本发明方法得到三氧化二钒用于生产高、中钒铁和钒氮合金等产品，属于优 质原料。生产高、中钒铁可提高钒的回收率。生产钒氮合金既提高钒氮合金的合成速度，又 可以提高产品质量。
具体实施例方式
以下通过对本发明具体实施方式
的描述说明但不限制本发明。
本发明三氧化二钒的生产方法，包括如下步骤
A、配制原料； B、将配制的原料采用还原性气体还原；
C、还原即得三氧化二钒； 其特征在于步骤A所述原料是由粘结剂、碳粉，与钒酸铵或五氧化二钒等含钒物 料组成。其重量配比为粘结剂加入量为钒酸铵或五氧化二钒重量的O. 5% _2%，碳粉加入 量为钒酸铵或五氧化二钒重量的0. 5-3%。
应用时，需将原料混合，制成球团后，再与还原性气体反应。原料在固体碳粉和还 原性气体组成的气-固两相混合还原剂中反应，提高了还原反应速度，还可以提高钒的回 收率，减少还原气体消耗。制成球团不仅可以提高反应速度，还可以避免减少含钒粉状物料 的挥发，既保护环境，又有利于劳动保护。 进一步地，控制球团粒度为4-8mm，粒度若超出该范围，球团还原反应速度减慢。 球团若不干燥，在还原过程中易破碎，影响还原效果，故与还原性气体反应前应先
干燥。球团干燥后，球团强度增加，保证在还原过程中，球团不破碎。为保证干燥效率，干燥
温度> 10(TC，干燥时间〉4h以上，通过上述强制干燥条件，可保证球团强度。 本发明方法中，粘结剂为糊精、淀粉、膨润土、水玻璃、氯化镁或水的一种或多种；
碳粉为工业碳粉或石墨粉。 步骤B还原时采用的还原气体为高炉煤气、焦炉煤气、转炉煤气、电炉煤气、发生 炉煤气、氢气、氨气的一种或多种。具体应用时可根据成本及安全性方面考虑，选择适宜的 气体。 进一步地，还原温度条件为500-650°C。还原反应可在回转窑、沸腾炉、流态化炉、
竖炉或推板窑进行。还原反应大概进行10-30分钟即可得到三氧化二钒。 将还原得到三氧化二钒后，在隔绝空气或惰性气体保护的条件下冷却到IO(TC出炉。 实施例1 将多钒酸铵粉体、碳粉及糊精在混料筒中混合(糊精加入量为多钒酸铵重量的 2%，碳粉加入量为多钒酸铵重量的1. 5% )，然后造球。球团的粒度分布在4 8毫米之间。 生球干燥条件为干燥温度120 14(TC;干燥时间〉6h。将含碳多钒酸铵球团连续加入到 外热式回转窑中，将工业煤气与球团运动方向逆向通入回转窑。通过外加热使回转窑内高 温区达到500 650°C ，在高温区保温并维持还原时间约15分钟，球团分解并被还原为三氧 化二钒。三氧化二钒球团在氩气保护下冷却到IO(TC以下出炉，得到三氧化二钒球团。
三氧化二钒球团E V = 67. 86%，钒的回收率99. 7%。
实施例2 将多钒酸铵粉体、石墨粉、糊精及淀粉在混料筒中混合(糊精及淀粉加入量分别 为多钒酸铵重量的1%，石墨粉加入量为多钒酸铵重量的1. 5% )，然后造球。球团的粒度分 布在4 8毫米之间。生球干燥条件为干燥温度120 14(TC;干燥时间〉6h。将含碳多 钒酸铵球团从流态化炉管中上部连续加入到流态化炉管内，从流态化炉管下部通入工业煤 气。通过外加热使流态化炉管内高温区达到500 650°C ，在高温区保温并维持还原时间约 IO分钟，球团分解并被还原为三氧化二钒。三氧化二钒球团在氩气保护下冷却到IO(TC以 下出炉，得到三氧化二钒球团。 三氧化二钒球团E V = 67. 59%，钒的回收率99. 5%。
实施例3 将多钒酸铵粉体、石墨粉、糊精及淀粉在混料筒中混合(糊精及淀粉加入量分别 为多钒酸铵重量1%，石墨粉加入量为多钒酸铵重量的1. 5% )，然后造球。球团的粒度分布 在4 8毫米之间。生球干燥条件为干燥温度120 14(TC;干燥时间〉6h。将含碳多钒 酸铵球团从竖炉上部连续加入到竖炉内，从竖炉下部通入工业煤气。通过感应加热使竖炉
5内高温区达到500 650°C ，在高温区保温并维持还原时间约30分钟，球团分解并被还原为 三氧化二钒。三氧化二钒球团在氩气保护下冷却到IO(TC以下出炉，得到三氧化二钒球团。
三氧化二钒球团E V = 67. 70%，钒的回收率99. 6%。
实施例4 将五氧化二钒粉体、石墨粉、糊精及淀粉在混料筒中混合(糊精及淀粉加入量分 别为五氧化二钒重量的1%，石墨粉加入量为五氧化二钒重量的1.5% )，然后造球。球团 的粒度分布在4 8毫米之间。生球干燥条件为干燥温度120 140°C ;干燥时间> 6h。 将含碳多钒酸铵球团从竖炉上部连续加入到竖炉内，从竖炉下部通入天然气。通过外加热 使竖炉内高温区达到500 650°C ，在高温区保温并维持还原时间约25分钟，球团分解并被 还原为三氧化二钒。三氧化二钒球团在氩气保护下冷却到10(TC以下出炉，得到三氧化二钒 球团。 三氧化二钒球团E V = 67. 73%，钒的回收率99. 7%。
实施例5 将多钒酸铵粉体、碳粉及膨润土在混料筒中混合(膨润土加入量为多钒酸铵重量
的1%，碳粉加入量为多钒酸铵重量1. 5% )，然后造球。球团的粒度分布在4 8毫米之
间。生球干燥条件为干燥温度120 14(TC;干燥时间〉6h。将含碳多钒酸铵球团连续加
入到外热式回转窑中，将工业煤气与球团运动方向逆向通入回转窑。通过外加热使回转窑
内高温区达到500 650°C ，在高温区保温并维持还原时间约20分钟，球团分解并被还原为
三氧化二钒。三氧化二钒球团在氩气保护下冷却到IO(TC以下出炉，得到三氧化二钒球团。 三氧化二钒球团E V = 67. 62%，钒的回收率99. 6%。 上述实施例中E V表示三氧化二钒球团中全钒的质量百分含量。 综上，本发明方法与现有技术相比还原速度更快，更高效，成本更低，环境更友好。
权利要求
三氧化二钒的生产方法，包括如下步骤A、配制原料；B、将配制的原料采用还原性气体还原；C、还原即得三氧化二钒；其特征在于步骤A所述原料是由粘结剂、碳粉、含钒物料组成；其中所述含钒物料为钒酸铵或五氧化二钒。
2. 根据权利要求1所述的三氧化二钒的生产方法，其特征在于步骤A中原料的用 量关系为粘结剂加入量为含钒物料重量的0. 5% _2%，碳粉加入量为含钒物料重量的0. 5-3%。
3. 根据权利要求1或2所述的三氧化二钒的生产方法，其特征在于将步骤A所述原 料混合，制成球团后，再与还原性气体反应。
4. 根据权利要求3所述的三氧化二钒的生产方法，其特征在于所述球团干燥后再与 还原性气体反应。
5. 根据权利要求3所述的三氧化二钒的生产方法，其特征在于所述球团粒度为4-8mm。
6. 根据权利要求1-5任一项所述的三氧化二钒的生产方法，其特征在于所述粘结剂 为糊精、淀粉、膨润土、水玻璃、氯化镁或水的一种或多种。
7. 根据权利要求l-5任一项所述的三氧化二钒的生产方法，其特征在于所述碳粉为 工业碳粉或石墨粉。
8. 根据权利要求l-5任一项所述的三氧化二钒的生产方法，其特征在于所述还原气体为高炉煤气、焦炉煤气、转炉煤气、电炉煤气、发生炉煤气、氢气、氨气的一种或多种。
9. 根据权利要求l-5任一项所述的三氧化二钒的生产方法，其特征在于所述还原温度条件为500-650°C。
10. 根据权利要求l-5任一项所述的三氧化二钒的生产方法，其特征在于步骤C还原得到三氧化二钒后，在隔绝空气或惰性气体保护的条件下冷却到IO(TC出炉。
全文摘要
本发明属于化工领域，具体涉及一种三氧化二钒的生产方法。本发明为了提高三氧化二钒生产方法的反应速度，提供如下解决方案，步骤如下A、配制原料；B、将配制的原料采用还原性气体还原；C、还原即得三氧化二钒。本发明方法的改进之处在于步骤A所述原料是由粘结剂、碳粉、含钒物料组成；其中所述含钒物料为钒酸铵或五氧化二钒。本发明方法针对原料采用配碳及制备球团的工艺，使得原料在固体碳粉和还原性气体组成的气-固两相混合还原剂中反应，提高了还原反应速度，还可以提高钒的回收率，减少还原气体消耗。制成球团不仅可以提高反应速度，还可以避免减少含钒粉状物料的挥发，既保护环境，又有利于劳动保护。
文档编号C01G31/00GK101717117SQ20091031250
公开日2010年6月2日 申请日期2009年12月29日 优先权日2009年12月29日
发明者吴文东, 帅兴国, 张力, 张鹏, 蒲年文, 谢建国, 韩庆, 黄斌 申请人:四川省川威集团有限公司;东北大学