一種釩氮合金的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及化工材料的制備領(lǐng)域，尤其是設(shè)計(jì)利用鐵粉作為催化劑制備釩氮合金的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]釩氮合金是一種新型鋼鐵添加劑，目前生產(chǎn)釩氮合金的方法為氧化釩(五氧化二釩、四氧化二釩、三氧化二釩或者三種的混合物)加還原劑石墨壓制成塊，利用粉末冶金的放在高溫氮?dú)夥諊鷥?nèi)，通過還原、氮化反應(yīng)生成釩氮合金。由釩的性質(zhì)決定了其還原、氮化反應(yīng)理論溫度必須高于1250°C，生產(chǎn)中一般為了生產(chǎn)效率，一般溫度在1600°C以上，過高的溫度導(dǎo)致了較高的能耗、耐火材料損耗，對(duì)設(shè)備要求也高。如中國(guó)專利(CN103243254A)提供的一種釩氮合金的生產(chǎn)方法中，首先將五氧化二釩還原成是四氧化二釩，然后加入碳粉進(jìn)行再次分段進(jìn)行反應(yīng)，但是要求氮?dú)馔ㄈ牒蟊３忠欢ㄕ龎?，同時(shí)溫度升至1500~160(TC，該生產(chǎn)方法對(duì)設(shè)備要求也較高。
[0003]目前國(guó)內(nèi)外的學(xué)者低釩氮合金的制備工藝進(jìn)行了提升，其中，中國(guó)專利(CN2102277522A)提供了一種生產(chǎn)釩氮合金的方法，采用釩原料、添加劑、C質(zhì)還原劑和粘結(jié)劑作為反應(yīng)原料，其中添加劑為三氧化二鐵、四氧化三鐵等鐵元素物質(zhì)，釩原料選用偏釩酸銨、多聚釩酸銨和五氧化二釩等，但是本生產(chǎn)方法中，采用五氧化二釩、四氧化二釩、三氧化二釩或三者混合物時(shí)，反應(yīng)產(chǎn)物的得率較低，同時(shí)添加粘結(jié)劑后，得率有所上升但是最終產(chǎn)物中的出現(xiàn)來自粘結(jié)劑的雜質(zhì)，影響最終純度；另外，直接將成型后的干燥物料直接進(jìn)行時(shí)的高溫?zé)Y(jié)時(shí)，會(huì)出現(xiàn)產(chǎn)物結(jié)塊或過度反應(yīng)的問題。綜上所述，目前技術(shù)生產(chǎn)釩氮合金的方法中，存在合成技術(shù)中合金純度或得率較差的問題，還包括生產(chǎn)方法較高的反應(yīng)溫度和時(shí)間對(duì)反應(yīng)設(shè)備要求高的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明提出一種釩氮合金的制備方法，采用鐵粉作為催化劑并逐步升溫的反應(yīng)方式，解決了現(xiàn)有技術(shù)中對(duì)氧化釩為原料制備釩氮合金時(shí)生產(chǎn)得率和純度較低的問題。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的:
一種釩氮合金的制備方法，步驟如下:將氧化釩、石墨粉和催化劑混合均勻，將混合料壓制成球狀或橢圓狀生料；隨后，將生料的置入充滿氮?dú)獾臒Y(jié)爐中進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)結(jié)束后即得產(chǎn)品；所述催化劑為鐵粉；所述的燒結(jié)爐的燒結(jié)工藝為:溫度6小時(shí)升到最高溫度1300~1500°C ;所述的氧化釩為五氧化二釩、四氧化二釩、三氧化二釩中的至少一種。
[0006]其中，優(yōu)選地，所述鐵粉占總重量的比例為:0.3%~1.5%ο進(jìn)一步優(yōu)選地，所述的鐵粉占總重量的比例為1.2%。
[0007]進(jìn)一步優(yōu)選地，所述的燒結(jié)爐的進(jìn)行燒結(jié)時(shí)，于最高溫度下保溫2~4小時(shí)。
[0008]本申請(qǐng)中，以氧化釩(五氧化二釩、四氧化二釩、三氧化二釩)作為主要的釩元素的提供原料，反應(yīng)時(shí)首先對(duì)氧化釩進(jìn)行還原，進(jìn)行氧元素的替換，采用鐵粉作為催化劑，正因?yàn)殍F粉在燒結(jié)或反應(yīng)過程中會(huì)形成氧化鐵，可以提高整個(gè)反應(yīng)時(shí)氧化釩被還原的速率，同時(shí)也降低了還原溫度；另外鐵元素對(duì)氮的親和能力高于釩元素，有效降低了燒結(jié)過程中整體還原和氮化的溫度，也相應(yīng)提高了還原和氮化的速率。還原溫度降低到1400°C ;同時(shí)高溫反應(yīng)時(shí)，采用逐步提溫反應(yīng)的方式，初步還原時(shí)，可以保證鐵粉在形成氧化鐵的過程中，減少過度反應(yīng)的問題和其他催化劑的選用，提高釩氮合金的純度。本制備方法中將還原氮化溫度從1600°C降低到1400°C ;高溫保溫時(shí)間從6小時(shí)降到4小時(shí)以內(nèi)。
【具體實(shí)施方式】
[0009]下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0010]本發(fā)明生產(chǎn)的釩氮合金方法中，步驟如下:將氧化釩、石墨粉和催化劑混合均勻，將混合料壓制成球狀或橢圓狀生料；隨后，將生料的置入充滿氮?dú)獾臒Y(jié)爐中進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)結(jié)束后即得產(chǎn)品；所述催化劑為鐵粉；所述的燒結(jié)爐的燒結(jié)工藝為:溫度6小時(shí)升到最高溫度1300~1500°C ;所述的氧化I凡為五氧化二I凡、四氧化二I凡、三氧化二I凡中的至少一種。
[0011]其中，作為還原劑不限于石墨粉，也可選自活性炭、木炭粉、石油焦和焦炭等；鐵粉為尺寸小于Imm的鐵的顆粒集合體，顏色為黑色，即為純金屬鐵。推板窯是一種連續(xù)式加熱燒結(jié)設(shè)備，可以根據(jù)燒結(jié)產(chǎn)品的工藝要求，布置所需的連續(xù)的溫區(qū)及功率；由于采用石墨粉作為還原劑，石墨粉具有靈敏的化學(xué)反應(yīng)活性，同時(shí)具有良好的導(dǎo)熱性，并選用鐵粉作為催化劑，燒結(jié)時(shí)利用推板窯進(jìn)行溫度控制，提高整個(gè)反應(yīng)終產(chǎn)物的得率和純度，并有效的降低了工序溫度，降低了能耗，節(jié)約了成本。
[0012]實(shí)施例1
將氧化釩(五氧化二釩、四氧化二釩、三氧化二釩或者三者的混合物)、石墨粉和鐵粉按照混勻均勻，其中鐵粉占總質(zhì)量的0.3%。在壓球機(jī)中對(duì)上述混合料進(jìn)行壓制處理，得球狀生料。將生料放入燒結(jié)爐中，燒結(jié)爐燒結(jié)工藝為:6小時(shí)由常溫升到1300°C，并在最高溫保溫4小時(shí)；燒結(jié)過程中保證爐內(nèi)充滿氮?dú)狻Y(jié)結(jié)束，爐子自然冷卻后，產(chǎn)品即燒結(jié)完成。其中，最終得到的釩氮合金中，釩元素和氮元素的比重為98.9%，其他元素含量較少。
[0013]實(shí)施例2
將氧化釩(五氧化二釩、四氧化二釩、三氧化二釩或者三者的混合物)、石墨粉和鐵粉按照混勻均勻，其中鐵粉占總質(zhì)量的1%。在壓球機(jī)中對(duì)上述混合料進(jìn)行壓制處理，得球狀生料。將生料放入燒結(jié)爐中，燒結(jié)爐燒結(jié)工藝為:6小時(shí)由常溫升到1400°C，并在最高溫保溫2小時(shí)；燒結(jié)過程中保證爐內(nèi)充滿氮?dú)?。燒結(jié)結(jié)束，爐子自然冷卻后，產(chǎn)品即燒結(jié)完成。其中，最終得到的釩氮合金中，釩元素和氮元素的比重為98.8%，其他元素含量較少。
[0014]實(shí)施例3
將氧化釩(五氧化二釩、四氧化二釩、三氧化二釩或者三者的混合物)、石墨粉和鐵粉按照混勻均勻，其中鐵粉占總質(zhì)量的0.8%。在壓球機(jī)中對(duì)上述混合料進(jìn)行壓制處理，得球狀生料。將生料放入燒結(jié)爐中，燒結(jié)爐燒結(jié)工藝為:6小時(shí)由常溫升到1500°C，并在最高溫保溫3小時(shí)；燒結(jié)過程中保證爐內(nèi)充滿氮?dú)?。燒結(jié)結(jié)束，爐子自然冷卻后，產(chǎn)品即燒結(jié)完成。其中，最終得到的釩氮合金中，釩元素和氮元素的比重為99.0%，其他元素含量較少。
[0015]實(shí)施例4
將氧化釩(五氧化二釩、四氧化二釩、三氧化二釩或者三者的混合物)、石墨粉和鐵粉按照混勻均勻，其中鐵粉占總質(zhì)量的1.5%。在壓球機(jī)中對(duì)上述混合料進(jìn)行壓制處理，得球狀生料。將生料放入燒結(jié)爐中，燒結(jié)爐燒結(jié)工藝為:6小時(shí)由常溫升到1500°C，并在最高溫保溫4小時(shí)；燒結(jié)過程中保證爐內(nèi)充滿氮?dú)狻Y(jié)結(jié)束，爐子自然冷卻后，產(chǎn)品即燒結(jié)完成。其中，最終得到的釩氮合金中，釩元素和氮元素的比重為99.1%，其他元素含量較少。
[0016]實(shí)施例5
將氧化釩(五氧化二釩、四氧化二釩、三氧化二釩或者三者的混合物)、石墨粉和鐵粉按照混勻均勻，其中鐵粉占總質(zhì)量的1.4%。在壓球機(jī)中對(duì)上述混合料進(jìn)行壓制處理，得球狀生料。將生料放入燒結(jié)爐中，燒結(jié)爐燒結(jié)工藝為:6小時(shí)由常溫升到1250°C，并在最高溫保溫3小時(shí)；燒結(jié)過程中保證爐內(nèi)充滿氮?dú)狻Y(jié)結(jié)束，爐子自然冷卻后，產(chǎn)品即燒結(jié)完成。其中，最終得到的釩氮合金中，釩元素和氮元素的比重為99.0%，其他元素含量較少。
[0017]實(shí)施例46
將氧化釩(五氧化二釩、四氧化二釩、三氧化二釩或者三者的混合物)、石墨粉和鐵粉按照混勻均勻，其中鐵粉占總質(zhì)量的0.8%。在壓球機(jī)中對(duì)上述混合料進(jìn)行壓制處理，得球狀生料。將生料放入燒結(jié)爐中，燒結(jié)爐燒結(jié)工藝為:6小時(shí)由常溫升到1400°C，并在最高溫保溫3小時(shí)；燒結(jié)過程中保證爐內(nèi)充滿氮?dú)?。燒結(jié)結(jié)束，爐子自然冷卻后，產(chǎn)品即燒結(jié)完成。其中，最終得到的釩氮合金中，釩元素和氮元素的比重為98.8%，其他元素含量較少。
[0018]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種釩氮合金的制備方法，其特征是，步驟如下:將氧化釩、石墨粉和催化劑混合均勻，將混合料壓制成球狀或橢圓狀的生料；隨后，將生料置入充滿氮?dú)獾臒Y(jié)爐中進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)結(jié)束后即得產(chǎn)品；其特征是，所述催化劑為鐵粉；所述的燒結(jié)爐的燒結(jié)工藝為:溫度6小時(shí)升到最高溫度1300~1500°C ;所述的氧化釩為五氧化二釩、四氧化二釩、三氧化二釩中的至少一種。
2.如權(quán)利要求1所述的釩氮合金的制備方法，其特征是，所述鐵粉占總重量的比例為:0.3%~1.5%。
3.如權(quán)利要求1所述的釩氮合金的制備方法，其特征是，所述的鐵粉占總重量的比例為 1.2%ο
4.如權(quán)利要求1所述的釩氮合金的制備方法，其特征是，所述的燒結(jié)爐的進(jìn)行燒結(jié)時(shí)，于最高溫度下保溫2~4小時(shí)。
【專利摘要】本發(fā)明提出了一種釩氮合金的制備方法，步驟如下：將氧化釩、石墨粉和催化劑混合均勻，將混合料壓制成球狀或橢圓狀生料；隨后，將生料的置入充滿氮?dú)獾臒Y(jié)爐中進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)結(jié)束后即得產(chǎn)品；所述催化劑為鐵粉；所述的燒結(jié)爐的燒結(jié)工藝為：溫度6小時(shí)升到最高溫度1300~1500℃；所述的氧化釩為五氧化二釩、四氧化二釩、三氧化二釩中的至少一種。
【IPC分類】C22B34-22, C22B5-10
【公開號(hào)】CN104531999
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510001232
【發(fā)明人】葛廣凱, 戴紅梅
【申請(qǐng)人】南通漢瑞新材料科技有限公司
【公開日】2015年4月22日
【申請(qǐng)日】2015年1月5日