基于頁巖提釩富釩液的前驅(qū)體制備氮化釩工藝及機(jī)理研究.pdf

1、氮化釩（VN）作為目前國(guó)內(nèi)第一大釩合金添加劑，在高強(qiáng)度低合金鋼的冶煉中得到了廣泛的應(yīng)用。碳熱還原法是制備VN的唯一實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)的方法，釩源為V2O5、V2O3等釩產(chǎn)品，但反應(yīng)溫度高、反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)，使制備成本居高不下。我國(guó)含釩頁巖資源豐富，以釩頁巖為原料生產(chǎn)釩產(chǎn)品具有良好的發(fā)展前景，頁巖提釩工藝的中間產(chǎn)品富釩液中釩濃度較高，可作為制備VN的釩源，將釩的提取和氮化工藝聯(lián)合，以達(dá)到縮短流程、促進(jìn)氮化釩制備的目的。
　　本研究以模擬的頁巖

2、提釩工藝的富釩液為釩源，將碳黑加入富釩液中，通過沉釩過程獲得前驅(qū)體，熱處理前驅(qū)體制備VN，確定了該工藝的最佳工藝參數(shù)，并以真實(shí)的富釩液做驗(yàn)證;對(duì)前驅(qū)體的物相和結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，結(jié)合反應(yīng)過程的物相變化和熱力學(xué)，研究了從前驅(qū)體到VN過程中釩的轉(zhuǎn)化遷移過程，揭示了前驅(qū)體法制備VN所具有的優(yōu)勢(shì)的機(jī)理，并探究了反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)行為及反應(yīng)機(jī)制。
　　制備VN的最佳工藝參數(shù)為:配碳量(m(C/V)0.55，沉釩pH值1.8，造塊壓力14MPa，反應(yīng)溫度

3、1150℃，時(shí)間1h，氮?dú)饬髁?00mL/min，VN的N、V含量分別為16.38％和79.25％，表觀密度3.13g/cm3，符合國(guó)標(biāo)中牌號(hào)VN16的產(chǎn)品要求，該工藝對(duì)于實(shí)際的頁巖提釩工藝的富釩液是可行并且有效的。
　　前驅(qū)體的釩包裹碳結(jié)構(gòu)為VN的制備提供了大的反應(yīng)界面及均勻的化學(xué)成分，顯著降低了反應(yīng)溫度，縮短了反應(yīng)時(shí)間。釩轉(zhuǎn)化遷移過程為:(NH4)2V6O16·1.5H2O→V2O5→V3O7→V6O13→VO2→V4O7→V

4、2O3→(VO→)VC→VN。多釩酸銨分解生成的NH3將五價(jià)釩還原為V6O13，簡(jiǎn)化了傳統(tǒng)的煅燒和預(yù)還原過程，也能減少NH3的排放。
　　高溫下V2O3向VN的轉(zhuǎn)變是制備VN的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，V2O3的還原、碳化和氮化反應(yīng)同時(shí)發(fā)生、相互促進(jìn)。因此，采用非等溫?zé)岱治龇ㄌ骄?00-1200℃V2O3向VN轉(zhuǎn)變的復(fù)合反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)機(jī)制，動(dòng)力學(xué)機(jī)理函數(shù)為F3，限制性環(huán)節(jié)為化學(xué)反應(yīng)，反應(yīng)的活化能為291.6152kJ/mol，頻率因子為3.9609