金属钒制取和用途
2019-03-07 10:03:00
金属钒制取(preparation of vanaciilam metal)用金属或碳将钒氧化物复原成金属钒的进程,为钒冶金流程的重要组成部分。首要有钙热复原、真空碳热复原、氯化物镁热复原和铝热复原四种办法。 钙热复原一种工业规划出产金属钒的办法。以V2O5或V2O3为质料,屑为复原剂。钙用量为理论量的60%。钙屑和V2O5或V2O3混合后,参加到放置在用惰性气体清洗过的钢质反响罐的氧化镁坩埚(朴昌林)中,再加碘(也可用硫)作发热剂,碘参加量按生成1mol钒增加0.2mol碘计量,充氩气密封后,用高频感应器加热,温度达973K时便开端反响:V2O5+5Ca≈ 2V+5CaO+1620.07kJ V2O3+3Ca≈ 2V+3CaO+683.24kJ因系放热反响,反响开端后便中止加热。中止加热后温度会主动上升到2173K。生成的塑性金属钒块或钒粒用水洗去附着物,钒收率约74%。若在炉料中加铝时,钒收率可提高到82%~97.5%,但因钒含铝高而变脆。真空碳热复原将V2O5粉与高纯碳粉混合均匀,加10%樟脑溶液或酒精,压块后放入真空碳阻炉或感应炉内。炉内真空压力到6.66×10-1Pa后,升温至1573K,保温2h。冷却后将反响产品破碎。依据第一次复原产品的组分再配入适量碳化钒或氧化钒进行二次复原。二次复原炉内的真空压力为2.66×10-2Pa,温度控制在1973~2023K之间,并保温一段时间。真空碳复原法所得金属钒的成分(质量分数m/%)为:钒99.5,氧0.05,氮0.01,碳0.1。
钒收率可达98%~99%。 镁热复原金属镁的纯度高,报价比钙低,反响生成的氯化镁比氯化钙易挥发,所以用镁复原比用钙复原更为合理。其复原进程如下:(1)用含钒80%的钒铁氯化制取粗;(2)用蒸馏法脱除粗四氧化钒中的;(3)在圆柱形镁回流器中将转化为VCl3;(4)用蒸馏法去除VCl3中的VOC13;(5)将冷却后的破碎后放置在复原反响罐中,在氩气维护下参加镁将VCl3复原成金属钒;(6)用真空蒸馏法除掉金属钒中的镁和氯化镁;(7)用水洗去金属钒中残留的氯化镁,枯燥后取得产品钒粉。复原作业在软钢坩埚中进行。软钢坩埚放在软钢罐内,用煤气加热。先将酸洗后的镁锭参加坩埚,再参加3倍于镁锭量的。复原温度控制在1023~1073K。依据温度指示器判别反响的快慢,如反响缓慢则补加镁,保温约7h后冷却到室温。每批可出产18~20kg金属钒。然后取出坩埚放在蒸馏炉中缓慢加热至573K温度,并在573K下保温。当指示压力达0.1333~0.6666Pa时再升温到1173~1223K保温8h,快速冷却到室温,所得海绵钒的纯度为99.5%~99.6%,钒收率为96%。铝热复原法德国选用铝热复原法出产粗金属钒。这种办法是将五氧化二钒和纯铝放在反响弹进行反响,生成钒铝合金。钒合金在2063K的高温文真空中脱铝,可制得含钒94%~97%的粗金属钒。金属钒用处:用处:首要用于制造合金钢和有色金属合金,还用于制造电子工业中的电子管阴极、栅极、射线靶及吸气剂、电极管的荧光体等,或许用作钛基合金的增加元素和高强度耐热特种合金的增加元素。可制造高速增殖堆、核燃料包套。
钒的性质及用途
2019-03-07 10:03:00
钒是一种银灰色的金属。熔点1919±2℃,归于高熔点稀有金属之列。它的沸点3000--3400℃,钒的密度为6.11克每立方厘米纯钒具有展性,可是若含有少数的杂质,尤其是氮,氧,氢等,也能明显的下降其可塑性。一般来历:以矿藏绿硫钒石vs4 钒铝矿 钒紒铀矿 为主 元素用处:
如果说钢是虎,那么钒就是翼,钢含钒犹如虎添翼。只需在钢中参加百分之几的钒,就能使钢的弹性、强度大增,抗磨损和抗爆裂性极好,既耐高温又抗奇寒,难怪在轿车、航空、铁路、电子技术、国防工业等部分,处处可见到钒的踪影。此外,钒的氧化物已成为化学工业中最佳催化剂之一,有“化学面包”之称。首要用于制作高速切削钢及其他合金钢和催化剂。把钒掺进钢里,能够制成钒钢。钒钢比普通钢结构更严密,耐性、弹性与机械强度更高。钒钢制的,能够射穿40厘米厚的钢板。可是,在钢铁工业上,并不是把纯的金属钒加到钢铁中制成钒钢,而是直接选用含钒的铁矿炼成钒钢。钒的盐类的色彩真是五颜六色,有绿的、红的、黑的、黄的,绿的碧如翡翠,黑的犹如浓墨。如二价钒盐常呈紫色;三价钒盐呈绿色,四价钒盐呈浅蓝色,四价钒的碱性衍生物常是棕色或黑色,而五氧化二钒则是赤色的。这些色彩缤纷的钒的化合物,被制成艳丽的颜料:把它们加到玻璃中,制成彩色玻璃,也能够用来制作各种墨水。我国是钒资源比较丰富的国家,钒矿首要散布在四川的攀枝花和河北的承德,大多数是以石煤的方式存在。 钒的运用规模
运用领域 占总量份额(%) 首要用处 运用产品
碳素钢 25 钢筋 FeV
HSLA钢 25 建筑,石油管道 FeV
高合金钢 20 铸件,石油管配件 FeV
工具钢 15 高速工具钢,耐磨件 FeV(80%V)
钛合金 10 喷气式发动机零件,飞行器机 V-Al基合金
化学制品 5 硫酸和顺丁烯二酸酐出产 V2O5和其它钒化合物
钒的主要用途
2019-02-18 10:47:01
钒的主要用处用 途 钒的添加量(%)钒的用处添加方式终究制品用处高强度钢0.02~0.06使晶粒细化,添加强度钒铁输油(气)管,压力容器,船,桥梁高速东西钢1.00~5.00耐磨,强度大钒铁切削东西合金东西钢0.10~0.20可替代钼钒铁切削东西(包含轴承钢)耐热钢0.15~0.25高温强度增大钒铁汽轮机叶片耐热合金1.00~5.10高温强度增大钒汽轮机喷嘴、叶片(N系)(J系)4 V(50)-Al(50)合金发电机用材料、部件钒合金V-Ti,V-Nb 电解钒高速增殖炉超电导材料V3Ga发作强磁场金属钒超电导磁石触 媒 V2O5~7%SO2→SO3V2O598%触摸法制硫酸(催化剂)、磷肥(净化剂)光材料YVO4:Eu 灯
钒与非铁的合金具很强的搞疲劳强度。钛基合金中参加6%的铝和4%的钒,可明显提高稳定性、焊接性与搞疲劳强度,广泛用作铸造合金和铸造合金。加有钒的钛合金已广泛用于制作飞机发动机的外壳与机翼。钒基合金可作核质料的包套。钒镓合金是重要的超导材料。
五氧化二钒是硫酸工业、石油裂解工业和组成某些高分子化合物的催化剂,可作为催化剂和玻璃、陶瓷的上色顔料。钒酸钠是防腐剂与照相药剂。其他一些钒的化合物,如、、钒酸钇已广泛用于化工和电子工业部门(潭若斌,1994)
钒产品分为初级、二级和三级。初级产品有钒矿藏、钒精矿、含钒炉渣、作废的粹催化剂和其他含钒残渣(如含钒钢渣)。含钒炉渣含V2O525%左右。二级产品(或称中间产品)即为五氧化二钒,多用作出产硫酸的催化剂。三级产品(或称耗费产品)包含钒铁、钒铝合金及钒的化合物。钒铁是最重要的钒产品,其消费量占钒总消费量的99/100。按V2O5含量可分为含50%~60%和含70%~85%两类钒铁。
钒的特征和主要用途
2019-03-07 10:03:00
作为一种重要的战略性资源,钒在高科技尖端科学与军工范畴有着广泛的用处。钒是一种高熔点稀有金属,作为十分名贵的战略性资源,广泛应用于机械制造、轿车、航空航天、铁路、桥梁等范畴,如输油管、海底管道、造船、聚变反响堆容器、喷气机和火箭、空气压缩机、金属模具、高速钢、工具钢等。钒是一种可锻金属,但含有氧、氮或氢的钒则变脆。钒是电的不良导体,其电导率仅为铜的十分之一。室温时,细密的钒对氧、氮和氢都是安稳的。钒在空气中加热时,氧化成棕黑色的,蓝黑色的四氧化二钒,或桔红色的五氧化二钒。在较低的温度(180℃)下,钒与氯效果生成。高温下与碳及氮生成碳化钒及氮化钒。钒本领、稀硫酸、碱溶液和海水腐蚀,但能被硝酸、或浓硫酸腐蚀。钒首要制成钒铁用作钢铁的合金组分,它具有能细化钢铁基体晶粒的效果,故广泛用于各类钢种。钒在非铁合金中首要用于制造钛合金。
钒能够操控铜基合金中的气体含量,并改进其微观结构,在内燃机活塞的铝基合金中参加少数钒,能够增强合金的强度,并下降其热胀系数。钒的快中子吸收截面小,对液态钠有杰出的耐蚀性,并有抗高温蠕变的效果,可作快中子增殖堆燃料棒的包覆材料和释热元件。钒的金属间化合物是超导材料。广泛用作有机和无机氧化反响的催化剂,用于出产硫酸、精粹石油;用来制造吸收紫外线和热射线的玻璃以及玻璃、陶瓷的着色剂。钒的氧化物和偏钒酸盐用于出产印刷油墨和黑色染料。 二、资源储量散布及在国际上的位置钒是我国优势矿产,资源储量在国际上也占有重要位置。截止2007年年末,全国保有钒的资源储量为3825万吨( ,下同)。此外,还有猜测资源量139.4万吨。全国有21个省具有钒的查明资源储量,但首要会集散布在以下省区:四川1906万吨,占全国资源总量的49.8%;陕西400万吨,占10.5%;湖南391万吨,占10.2%;湖北256万吨,占6.7 %;安徽231万吨,占6%;广西203万吨,占5.3%;甘肃139万吨,占3.6%。以上7省区查明资源储量占全国的92.2%。国际钒的储量为1300万吨(金属量),我国储量约占全球的38.5%。
钒铝合金的牌号及用途
2018-12-27 16:26:15
外观呈银灰色金属光泽块状,随合金中钒 含量的增高,其金属光泽增强,硬度增大 ,氧含量提高。钒含量>85%时,产品不易 破碎,长期存放表面易产生氧化膜。VAl55 -VAl65牌号粒度范围为0.25-50.0mm; VAl75-VAl85牌号粒度范围为1.0-100.0mm。
一、钒铝合金的牌号及化学成分有如下表: 二、钒铝合金的用途
作为中间合金的钒铝合金,它主要作为制作钛合金、高温合金的中间合金及某些特殊合金的元素添加剂。
钒铝合金是一种广泛用于航空航天领域的高级合金材料,具有很高的硬度、弹性,耐海水、轻盈,用来制造水上飞机和水上滑翔机。目前世界上只有美国和德国等少数国家才实现了工业化生产。攀钢科技人员在开发钒铝合金的过程,突破了国外的生产工艺和分析检测,通过大量的试验研究,建立起了完备、精密度好、检测范围宽、简便快速和易于实际操作的钒铝合金化学成分的分析测试方法规程,能够精确地测定出钒铝合金中主体元素钒、铝以及碳、硫、硅、锰等10多个微量杂质元素,很好地满足了工艺研究、生产和产品质量控制的需要。
美开发出合金制氢新工艺
2019-03-13 10:03:59
美国普度大学的研究人员最近开宣布一种运用铝镓合金加水制作的新工艺。将水添加到铝镓合金时,铝经过吸收氧气分化水,在此进程中发作。合金中的镓是要害成分,由于铝和氧结合后在铝的表面构成一层氧化铝膜,而镓能阻挠这个膜的构成,使反响继续下去,直到一切的铝都被用来发作。专家以为,运用此项技能制氢,将战胜氢贮存和运送两大妨碍,因而具有广泛的运用远景。 收回质料降低本钱 铝镓合金与水反响,铝变成氧化铝,废氧化铝可收回再处理成铝。再生铝要比挖掘铝土矿出产铝廉价得多。研究人员发现,运用标准工业技能设备收回氧化铝的本钱远低于原先的估量,将纯氧化铝收回成铝的本钱为每公斤44美分,这与汽油比较极具竞争力。 例如,一辆装备标准内燃发动机的中型轿车跑完350英里的旅程,假如运用汽油,将花费66美元(汽油报价以0.73美元/升计),而运用铝镓合金反响器时,则只需花费70美元。假如在运用铝镓合金反响器时,再装备一个50%%效能的燃料电池,其本钱能够下降到28美元。 合金中的镓是慵懒金属,这意味着它也能够被收回和重复运用。这一点特别重要,由于现在镓比铝要贵得多。此外,在用铝土矿出产铝的一起,镓一般作为废弃物被浪费了,因而低本钱的镓能够作为铝土矿废品来购买。反响进程能够运用低纯度的镓,低纯度镓的本钱要比用于电子职业的高纯度的镓低好多倍。 别的,改动合金制成工艺可使合金中的金属成分的份额发作改动,也可大大降低本钱。研究人员发现,经过缓慢冷却熔体合金而制成的颗粒中,含有80%%的铝和20%%的镓,而原先运用快速冷却的办法制成的颗粒中铝和镓的份额简直正好相反。这种颗粒在枯燥的空气中具有很好的稳定性,能和水快速反响发作氢。用这样的合金颗粒分化水,具有很好的商业可行性。 按此工艺,美国现存的铝可发作100亿瓦的能量,能满意美国35年的电力需求。假如运用报价低于22美元/公斤的不纯镓来制氢,已知镓的储量也满足10亿辆轿车的运转需求。.
从含钒钢渣中提钒
2019-01-03 15:20:48
含钒钢渣是含钒铁水直接在转炉里按一般碱性单渣法炼钢而得到的钢渣。该种渣成分复杂,又经常波动。含钒钢渣的特点是氧化钙含量高,钒含量较低。研究结果表明,硅酸三钙(Ca3SiO5),其形状受空间限制,自行性差,一般呈不规则粒状填充于其他矿物格架之间,并包裹其他矿物。硅酸三钙相中V2O5的含量较低,约1.47%,但由于该相在渣中占得比例大,仍有17.88%的V2O5夹杂其中。镁--方铁石系方镁石、方锰石构成的固溶体系列,其分子为(Mg0.58,Fe0.36,Mn0.06)1.00O,该矿物中含钒很少。
钙钛氧化物是一种新矿物,分子式为(Ca3.02,Mn0.013.03(Ti1.36,V0.37,Fe0.23,Mg0.01,Si0.09)2.12O7,可简写成Ca3(Ti,V)2O7。该矿物是一种黑色厚薄不等的长板状矿物,并与其他矿物连生,钒置换钛进入晶格中。该矿物中V2O5含量为9.78%,其钒量占渣中总钒量的78%,是提钒的主要对象。含钒钢渣返回高炉处理是我国首创的一种提钒工艺。它是把含钒钢渣再烧结后返回小高炉,练出含钒2~3%的铁水,再兑入氧气底吹转炉内吹炼,得到V2O5含量高于35~40%的高钒渣。此渣在电炉内直接还原,制取含钒大于35%的钒铁合金。含钒钢渣的特点是氧化钙含量高。用传统的钠盐焙烧--水浸提钒工艺,钒浸出率很低。目前研究出的钠盐焙烧--碳酸化浸出工艺较好的解决了氧化钙的危害。
在含钒钢渣中,钒主要赋存在钒钙钛氧化物中,焙烧时钒钙钛氧化物与碳酸钠反应:2Ca3V2O7+Na2CO3+O2=3CaO+2NaVO3+Ca3(VO4)2+CO2硅钒酸钙与碳酸钠也发生类似反应:2[Ca2SiO4·Ca(VO4)2]+Na2CO3+O2 =2Ca2SiO4+2NaVO3+Ca3(VO4)2+5CaO+CO3烧结后水溶性钒约20%,碳酸化浸出的钒约60%。
焙烧主要技术条件:渣碱比100:18,钢渣的磨细度-200目大于60%,制粒后的粒度直径5~10mm,焙烧温度1100℃,物料停留时间3.7小时。技术指标是:生产能力1.58T·m-2·d-1,烟尘率0.5%,熟料转浸率85%。
钒知识
2019-03-08 09:05:26
钒是高熔点稀有金属,密度5.96,熔点1890℃,沸点3380℃,有耐性,在中加热变脆,含氧和氮的钒也有脆性。钒是电的不良导体,其电导率仅为铜的十分之一。室温下,钒不与氧效果,在加热条件下被氧化成VO、V2O3、VO2、V2O5,高温下与大都非金属元素(如氮、碳、硫)发作反响。钒还能与铝、钴、铜、铁、锰、钼、镍、钯、锡、硅构成合金。钒的氧化态为-1、+1、+2、+3、+4、+5,一般+2和+3价钒的氢氧化物呈碱性,+4和+5价钒的氢氧化物呈,+5价钒在不同酸度的水溶液中构成不同组成的钒酸盐。在常温下,钒有较好的抗蚀性,本领、稀硫酸、碱溶液和海水腐蚀,但能被硝酸、或浓硫酸腐蚀。
钒在地壳中常与其他元素伴生,富集成工业矿床的很少。首要涣散于钒钛磁铁矿、铀矿、磷矿、铝钒土及煤炭中。钒的矿藏首要有绿硫钒矿(V2S+nS)、钒云母〔K2(Mg,Fe)(Al,V)4Si12O32•4H2O〕、钒铅矿〔PbCl2•3Pb3VO4〕2〕、钒钾铀矿(K2O•2V2O3•V2O5•3H2O)等。
钒矿的分化办法有:①酸法,用硫酸或处理后得到(VO2)2SO4或VO2Cl。②碱法,用或碳酸钠与矿石熔融后得到NaVO3或Na3VO4。③氯化物焙烧法,用食盐和矿石一同焙烧得到NaVO3。
金属钒的制取:含钒的矿藏经处理后得到五氧化二钒,再将五氧化二钒用碳、硅、铝复原得到金属钒;或用、镁复原的办法制取金属钒。
钒是冶金工业的重要质料。在钢铁中,钒首要是以钒铁的方式参加,首要起脱氧和脱氮的效果,一起可进步钢的强度、耐性、淬透性和回火稳定性。现在,90%的钒用作钢铁增加成分出产高强度低合金钢、高速钢、工具钢、轴承钢、耐热钢、不锈钢和铸铁等。钒还用于钛合金、钴和镍基高温合金的增加剂。
V2O5广泛用作有机和无机氧化反响的催化剂,用于出产硫酸、精粹石油。钒在电子工业中可用作电子管的阴极、栅极、X射线靶、真空管加热灯丝。硅化钒和镓化钒是杰出的金属间化合物超导材料。在玻璃工业,钒可用于制作吸收紫外线的玻璃,以及用于制作护目玻璃和防护屏等。
铝合金使氢燃料走向实用
2019-02-28 11:46:07
氢包括巨大潜力,可用作可再生能源。它惊人地丰厚,是世界中最丰厚的元素,并且环保,用于燃料电池,只排放水。不幸的是,贮存和运送氢供个人运用,是一个严重的工程应战。
现在,达拉斯(Dallas)得克萨斯大学(University of Texas)和华盛顿州普尔曼(Pullman)华盛顿州立大学(Washington State University)的一组研讨人员,做出了违背直觉的发现,他们发现,铝稍作改善,就能够分化和捕捉单个氢原子,然后有望制成强壮而廉价的燃料贮存体系。
在自然界中,两个氢原子相遇,就会结合起来,构成个十分安稳的分子(H2)。可是,氢分子的存储有必要选用高压,并且要在极低的温度,这是不切实际的,由于你是要驱动车辆,或给家庭供电。一个更好的解决办法是找到一种材料,要有易于保护的温度和压力,能够有用存储单个氢原子,并在需求时开释它们。
这个工艺的第一步是氢的活化,就是打破衔接两个氢原子的化学键,一般的做法是使氢分子露出于一种催化剂。现在,现有的最佳催化材料都包括所谓的“贵金属”(如钯金和铂金)。这些元素能够有用地活化氢,但很稀缺,贵重得令人生畏,难以广泛运用。
为了找到一种相同有用但较廉价的代替办法,达拉斯得克萨斯大学的首席研讨员伊夫J.?沙巴尔(Yves J. Chabal),以及华盛顿州立大学的散坦努?乔德赫瑞(Santanu Chaudhuri)断定了一种潜在的氢活化新办法,这种办法有一个额定的优势,就是能够作为有用的氢存储介质。他们提出的体系选用的是铝,这是一种丰厚的慵懒金属,在正常情况下,不与氢分子发作反响。
要害是要发掘铝的潜力,研讨人员估测,需求在表面浸渍其他一些金属,以有利于催化反响。在这种情况下,研讨人员测试了钛(titanium),钛很丰厚,远远超越贵金属,并且仅仅很少量地用于制备掺钛铝合金表面。
选用严格控制的温度和压力,研讨人员研讨了铝表面,特别是在钛原子邻近的痕迹,由于指示器阐明有催化反响发作。“确凿证据”见于(CO)光谱特征(spectroscopic signature),它被添加到体系中,有助于断定氢活动区域。假如氢原子存在,那么,在催化金属中心捆绑的所吸收的光,波长就会变短,这就阐明这种催化剂在起作用。
“咱们结合一种新的根据红外反射吸收的表面分析办法,以及根据第一种准则的猜测模型,分析催化功率和光谱呼应,其间,分子用作勘探剂,用于辨认氢活化,选用的单晶铝表面包括催化掺杂剂,”乔德赫瑞说。
他们的研讨显现,在掺钛区域,的红外特征转变为较短的波长,即便在十分低的温度下也是这样。这种“蓝移”(blue shift)痕迹,阐明氢原子正在发生,就在铝表面催化中心周围。
作为氢存储体系的一部分,铝催化剂具有其他的优势,胜过更贵重的金属。假如这样的技术进步能够供给一条途径,使铝与氢结合起来,构成(这种安稳固体的构成份额是一个铝原子配三个氢原子),并把贮存为一种高密度固态物质,那么,开发有用燃料体系的要害一步就能够完成。
钛能够进一步推动这一进程,由于它有助于铝氢结合,构成。假如用作一种燃料存储设备,就能够开释它贮存的氢,只需求进步它的温度。
“尽管钛或许不是最佳的催化中心,用于彻底可逆的构成,可是,成果初次证明,掺钛铝合金可激活氢,选用的方法可比美贵重而不太丰厚的金属催化剂,比方钯和其他近地表合金,它们都包括相似的贵金属和双金属相似物,”乔德赫瑞解说说。
含钒溶液的水解沉钒
2019-01-21 18:04:28
含钒溶液经净化后,钒多以五价钒酸根存在。随溶液酸度增加,钒酸根会以钒酸的形式析出,俗称红饼。钒的水解主要取决于酸度、温度、钒浓度及杂质的影响。析出的沉淀也会因pH值、钒浓度的变化呈不同的聚合状态。有关的机理在认识上还不统一。大致可勾画如下,由图1及图2关于钒酸水溶液的性质图可以看出:钒浓度/(mol·L-1)溶液pH值主要的钒离子水解产物低,10-4酸性低4~8高,50×10-32~3高,50×10-31~6高,50×10-310~12高,50×10-313~当pH值约1.8时,V2O5的溶解度最小,约230mol/L。V2O5与H2SO4之间的浓度关系如下:[H2SO4]/(g·L-1)2.312.017.121.2V2O5/(g·L-1)0.240.781.142.04
表1列出一组V2O5-H2SO4-H2O系的数据。
表1 V2O5-H2SO4-H2O系统平衡数据30℃75℃V2O5/%H2SO4/%密度/(g·㎝-3)析出相V2O5/%H2SO4/%析出相1.637.31.066①1.4817.43①4.7923.51.219①2.0024.18①7.437.261.370①5.0633.0①4.4145.01②5.4838.02②5.554.361.519②5.2741.01②9.1460.421.661②5.1346.56②5.4466.76③8.0952.31③1.5974.67③9.0857.33③6.2173.26④10.860.20④0.27680.411.727④7.514.98④0.05399.161.817④7.5270.50④9.2640.491.440①②0.1393.44④10.4962.221.734②③6.1034.30①②1.5077.481.714③④8.2949.53②③11.9657.56③④表中析出相:①V2O5·3H2O,V2O5 红褐色、针状;
②V2O5·2 H2O,2SO3·8H2O 粉红色、无定形、棕红色、针状;
③V2O5·H2O,V2O5·2SO3·3H2O 淡黄、针状、红色、柱状;
④V2O5,V2O5·5SO3·4H2O 黄色、针状、黄色、晶状。
对钒水解有重要影响的因素有温度、酸度、钒浓度及杂质含量等。图1 图2 V2O5溶解度与pH的关系(25℃)
1—V2O5/ ,lg =-0.82-pH;2—不析出V2O5
lg =-0.04-pH;3—V2O5/ ,lg =-4.44+pH;
4—不析出V2O5,lg =-3.00+pH;5— / ,
pH=1.03-0.333 lg ;6— / ,pH=2.62;
7— / ,pH=7.38+lg图2 钒在水溶液中的状态与钒浓度及pH的关系(25℃)
一、温度
钒水解沉淀应在90℃以上进行,最好在沸腾状态。不同温度及酸度下沉淀率与时间的关系见图3。图3 沉淀率与时间的关系:Ⅰ-0.855;Ⅱ-0.954;Ⅲ-1.16;Ⅳ-1.18
二、钒浓度
溶液中含V以5~8g/L为宜。浓度过高,则结晶成核过快,易形成疏松的滤饼,吸附较多杂质及游离水。红饼组成xNa2O·yV2O5·z H2O中的x/y偏大。当溶液中含钒浓度低时,则会有负面影响。
三、杂质的影响
磷与钒形成稳定的络合物H7[P(V2O5)6],还与Fe3+、Al3+形成磷酸盐沉淀,会污染红饼。为此要求净化后液含P小于0.15g/L。当酸度较高时,可使FePO4、AlPO4的溶解度提高,而减少磷对红饼的污染。
硅、铬、铝、铁等离子浓度较高时,水解生成的胶体沉淀物,妨碍V2O5晶体的长大,使水解速度变慢,生成的红饼沉降、过滤困难。适当提高酸度,可以改善此类不良的影响。
氯离子可以加快钒水解沉淀的速度。而硫酸钠含量在20~160g/L,会使钒水解沉淀速度下降,主要表现为延长晶核孕育期。氯化钠或硫酸钠过多都会使红饼中V2O5含量降低。
四、搅拌
钒的水解沉淀是一个伴有热量、质量传递的水解反应过程,因此必须保持适宜的搅拌速度,已达到临界悬浮状态,没有任何死角为宜。工业用的机械搅拌沉钒罐为圆柱形,内径2~5m,容积4~5m3。罐内壁衬耐酸瓷砖或辉绿岩。中心安装不锈钢搅拌器。罐壁附近设不锈钢蒸汽加热管。
水解沉钒是间歇作业,先加入25%的沉钒前液,开始搅拌,再加入所需的硫酸,然后通蒸汽加热到90℃以上接近沸点。继续添加剩余的75%的沉钒前液。最后分析溶液中游离酸及钒的浓度,调整酸度或补加沉钒前液,以使最后溶液中含钒小于0.1g/L为终点。停止加热、搅拌、再静置10~20min后过滤,即得红饼。根据生产规模,过滤设备可采用吸滤盘、压滤机或鼓式真空过滤机。
红饼须先经干燥去除水分,再在1073~1173K温度下熔化,浇铸成片状,作为炼钒铁的原料。
水解沉钒早期用得比较普遍,但所产红饼熔片V2O5的含量仅为80%~90%,纯度较低,且耗酸量大,污水量大,故现已基本为铵盐沉钒所取代。