Получение металлического ванадия

Выплавка феррованадия

Феррованадий получают из технического V₂O₅, феррованадата Fe(VO₃)₂ или ванадата кальция Ca(VO₃)₂ двумя способами силикотермическим и алюмотермическим.

Силикотермический способ основан на плавке в электропечи, процесс идёт по реакции:

2 V₂O₅ + 5 Si = 4 V + 5 SiO₂ + Q (2.112)

Вводят железный лом, ферросилиций (65 – 75 %), известь. Температура процесса 1500 ^оС.

Алюмотермическаий процесс самопроизвольный. В изложницу загружают ванадаты, оксид железа, карбонат кальция, фторид кальция и алюминиевый порошок, шихту поджигают с помощью термита и процесс протекает самопроизвольно.

3 V₂O₅ + 10 Al = 5 Al₂O₃ + 6 V (2.113)

Получают сплав феррованадия, содержащий 45 – 80 % V, а остальное железо. Степень извлечения ванадия достаточно высока 95 %.

Шлак

Хлор

Кокс

Электролит

Хлорирование

Отработанный расплав

ПГС

Конденсация

Конденсат (VOCl₃, TiCl₄, SiCl₄)

Возгоны

на получение HCl

Ректификация 1

на получение MgCl₂

VOCl_3, TiCl₄

SiCl₄

на перечистку

Ректификация 2

TiCl₄

VOCl₃

на перечистку

Рис. 2.9 – Технологическая схема переработки ванадиевых шлаков способом хлорирования

Способ получения зависит от требований к чистоте металла. Основные методы сводятся к следующим:

1) В чистом виде ванадий, как и другие тугоплавкие металлы (титан, цирконий, ниобий), получают термической диссоциацией иодида ванадия.

2) Наиболее распространены кальциетермический и алюминотермический методы восстановления V₂O₅:

V₂O₅ + 5 Ca = 2 V+5 CaO + 1460 кДж (2.114)

Реакция (2.114) экзотермична; выделяющегося тепла достаточно для расплавления образующегося ванадия, который собирается в крупные корольки. Реакцию проводят в герметичной стальной бомбе в тигле из магнезита. Чистота металла 99,5 %, что обеспечивает легкую прокатку на холоду в фольгу толщиной 0,08 мм.

Недостатки металлотермического метода: 1) большой расход восстановителя; 2) высокие требования к чистоте исходных материалов и футеровке бомбы; 3) ограниченная возможность понижения содержания кислорода в металле; 4) степень извлечения ванадия 50 - 84 %; 5) взрывоопасность, малая производительность и периодичность процесса.

3) Перспективный способ получения ванадия карботермическим методом - восстановление оксида ванадия углеродом в вакууме при 1250 - 1700 °С. Использование химически чистых исходных материалов, особенно по нелетучим компонентам, обеспечивает получение спектрально чистого металла. Высокий вакуум и непрерывное удаление газов из зоны реакции обеспечивают низкое содержание примесей в ванадии. Достоинства карботермического метода - дешевый восстановитель, раскисляющая способность которого в высоком вакууме превышает раскисляющую способность кальция и магния, возможность непрерывного контроля и корректирования процесса на любой стадии, высокая производительность и степень извлечения.

4) Известны способы восстановления ванадия из VCl₅, VCl₄ магнием, натрием, калием, кальцием, цинком и водородом.

Существуют способы рафинирования ванадия. К ним относятся: переплавка в вакууме, переплавка электроннолучевая, вакуумно - электронно-лучевая зонная плавка, электрорафинирование (анод - ванадий кусковой, катод – молибденовый стержень, электролит – расплав 51 % KCl, 41 % LiCl, 8 % VCl_,, температура процесса 620 ^оС, проводят его в атмосфере инертного газа), иодидное рафинирование.

Дата добавления: 2014-01-11