一种制备含钒氯化物熔盐的装置及其方法与流程

本发明属于有色金属冶炼领域，具体涉及到制备高纯金属钒中的一种制备含钒氯化物熔盐的装置及其方法。

背景技术：

1、世界上有25个以上的厂家从事钒产品的深加工，他们遍布世界各个工业化地区，但主要分布在中国、俄罗斯、南非、美国和西欧等国家和地区。其中南非、中国、俄罗斯三个国家的v2o5生产能力占全球产能的2/3，均是利用含钒的磁铁矿为原料，在炼钢的生产过程中回收钒渣，进而加工成v2o5等初级产品，或是进一步加工成钒铁供应市场，或者生产钒的高端产品。从工厂分布看，世界钒产业主要集中在南非海威尔德、中国攀钢、俄罗斯图拉、瑞士xstrata、美国战略矿物公司等5家企业，产能占全球的80％，并且他们还在扩大钒制品的生产能力和规模。

2、金属钒被用作原子能反应堆的防护材料。在宇航和航空工业制造火箭、导弹、宇宙飞船的转接壳体和蒙皮，大型飞船、空间渡船的结构材料，制作飞机制动器和飞机、飞船、导弹的导航部件，火箭、导弹、喷气飞机的高能燃料的添加剂。在冶金工业中是合金钢的添加剂，也用于制作耐火材料与特种玻璃、集成电路、天线等。

3、生产金属钒的方法主要有钙热还原法与氯化物镁热还原法，用这些方法所得到的钒含间隙元素碳、氧、氮与氢高，塑性差，需要经过进一步提纯后才能得到塑性钒。提纯钒的方法有熔盐电解精炼法、真空熔炼法、区域熔炼提纯法、碘化物热分解精炼法和电迁稳精炼法等。其中以熔盐电解精炼法得到的金属钒产品质量最高，技术经济指标最好。

4、国内外熔盐电解精炼法生产工艺制度均为高钒型钒铝合金制备+熔盐系统制备+电解精炼提纯，熔盐系统制备是熔盐电解的关键性技术。熔盐电解是一个电解加热这熔盐的过程，并且是离子的转化-熔解-转化-析出的过程，v元素氧化使熔池升温，v元素以离子的形式存在于熔盐中，然后通过极阳给电子还原，v元素转化为钒析出，变成金属钒产品。为了提高钒的转化析出过程和电解的效率，熔盐中必须加入氯化钒中间电解化合物。

5、cn111266597a本发明公开了一种金属钒粉的制备方法，属于钒冶金技术领域。本发明为提高金属钒品位，并直接获得粉末状产品，提供了一种金属钒粉的制备方法，其过程包括：以含钒粉料为钒源、氯气为氯化介质，进行沸腾氯化，得氯化钒初品；对氯化钒初品进行两步蒸馏，得氯化钒中间产物；将中间产物加热气化后，与高纯h2混合，然后与反应载体接触，发生还原反应，得高纯超细金属钒粉。本发明不仅能够实现低间隙杂质含量的高纯氯化钒的制备，还能在相对低温条件下进行气-气反应获得具有纳米尺寸的金属钒粉末，有利于工业化生产及应用。其仅从制备氯化钒中间产物，然后用高纯h2还原得到金属钒粉的方法，对氯化物熔盐电解用氯化钒没有涉及。

6、cn101649471本发明公开了一种生产高纯金属钒的方法，该方法为：以钒铁料作为可溶性阳极、以耐腐蚀金属导电材料作为阴极、以碱性金属卤化物的熔盐体系作为电解液，该电解液中加入钒的低价卤化物；所述电解液在600℃～1000℃的温度范围内进行电解，以使所述阳极中的钒以低价离子形式进入熔盐体系并在阴极沉积得到高纯金属钒。按照本发明所提供的方法，不仅可以在阴极上得到高纯度的成品，而且与已有工艺相比大大缩短了工艺流程、降低了生产成本。其仅用钒的低价卤化物作为电解质，没有涉及低价卤化物的制备方法。

7、锦州铁合金厂研究所朴昌林的论文《熔融盐电解精炼法制取金属钒》和中信锦州金属股公司任芝灏的论文《金属钒生产过程探讨》中都提到了二氧化钒的制备过程，用直接氯化法生产vcl2，在熔融的电解质量放入装有金属钒或粗钒的篮筐（石墨或钼丝做成），然后往钒里通氯气，使氯与钒完全反应。其仅涉及制备氯化钒的过程，氯气制备过程及通入方法和设备没有涉及，并且使用液压氯气得由专门的部门审批备案，过程非常复杂严格。

技术实现思路

1、本发明为了解决在试验室内氯化钒制备困难、使用氯气生产条件审批难、制备过程中往熔盐中通氯困难和氯气不稳定、制备熔融盐中氯化钒含量低的问题，而提供了一种制备含钒氯化物熔盐的装置及其方法。

2、本发明的技术方案：

3、一种制备含钒氯化物熔盐的装置，包括加热炉、氯化反应器和惰性气体罐，所述加热炉上设置有抽气排气管，所述加热炉内设置有熔盐容器和刚玉管，所述熔盐容器内盛放带有粗钒的氯化物熔盐，所述刚玉管一端设置在带有粗钒的氯化物熔盐内，另一端通过氯气管道与氯化反应器连通，所述氯化反应器内放置有用于盛放盐酸的盐酸容器和催化剂，所述氯化反应器和惰性气体罐通过惰性气体管道连通，所述氯气管道上设置有管道开关，所述惰性气体管道上设置有气体控制阀门。

4、优选的，氯化反应器为塑料桶或烧杯，通过倾斜程度控制反应速率；熔盐容器为石墨坩埚。

5、优选的，在加热炉内加热熔化带有粗钒的氯化物熔盐，催化剂和带有浓盐酸的盐酸容器放到氯化反应器中；用管道把惰性气体罐、氯化反应器和加热炉相连接；通过倾斜氯化反应器，浓盐酸溢出后与催化剂反应生成氯气；通过刚玉管把氯气通入带有粗钒的氯化物熔盐中，进行三个阶段的通气反应生成氯化钒。

6、优选的，具体包括以下步骤：

7、氯化物在加热炉内加热熔化，然后在熔融盐中加入粗钒产品，通过刚玉管往熔融盐中通入气体，通气体时刚玉管道在熔融盐中的位置恒定不变；

8、通入气体过程分为三个阶段，从通气开始到通气2.5~3.5h为第一阶段，第一阶段采用氯气进行通入，用惰性气体控制通气压力；

9、第一阶段结束后，加大惰性气体压力（起到搅拌的作用），通过惰性气2.0min~3.0min，此过程为第二阶段，第二阶段采用惰性气体进行吹炼；所述惰性气体选自氩气；

10、第二阶段结束，继续通气吹炼3~3.5h，此过程为第三阶段，第三阶段采用氯气吹炼，用惰性气体控制通气压力；

11、第三阶段结束，得到含有钒的氯化钒熔盐。

12、氯气不是一直生产着的，只在第一和第三阶段通氯气，通过管道开关控制。有两个进气管道氯气管道和惰性气体管道，第二阶段只有惰性气体，第一阶段和第三阶段通氯气和惰性气体。三个阶段都需要通惰性气体，以加大气体压力，惰性气体起到搅拌的作用。

13、优选粗钒的加入量占带有粗钒的氯化物熔盐的质量百分比为25~35%；粗钒的粒度为0.3~2cm。

14、优选的，粗钒包括钒含量大于80%的高钒铝合金和高钒铁合金，粗钒中碳含量小于0.5%，氧含量小于0.3%；氯化物为氯化锂、氯化钠或氯化钾。

15、优选的，氯气出气口距带有粗钒的氯化物熔盐底部2~3cm，刚玉管直径为φ6cm/3cm。

16、优选的，第一阶段中，通入的氯气浓度较大，用惰性气体气调控气体压力，第一阶段氯气通气压力为0.12~0.17mpa，供气强度为2.2~3.4dm3/min·kg熔盐。

17、优选的，第二阶段通惰性气体的压力为0.20~0.30mpa。

18、优选的，第三阶段中，所述的氯气浓度相对降低，第三阶段采用氯气吹炼，用惰性气体控制通气压力，通气压力为0.14~0.20mpa，供气强度为1.8~3.2dm3/（min·kg熔盐）。

19、惰性气体包括氦（he）、氖（ne）和氩（ar）。

20、本发明的有益效果：

21、本发明制备含钒氯化物熔盐的方法中，第一阶段与第三阶段通入氯气的总时间为5.5~6.5h。为了提高熔盐中氯化钒的含量，可以重复第一阶段到第三阶段这些过程中，使粗钒充分、充足的时间反应，提高熔盐中钒离子的含量。

22、本发明制备含钒氯化物熔盐的方法中，所述通入的反应气体为氯气，用惰性气体进行调控氯气的稳定性。

23、本发明制备含钒氯化物熔盐的方法，控制刚玉通气管的位置恒定不变，合理地控制三个阶段中喷吹气体的类型、压力及流量，并控制每个阶段的通气时间，本发明的装置及方法不仅操作简单、易控制，最重要的是能够控制通入氯气的流量和压力，在高温熔盐中通入稳定的反应气体，提高粗钒的氯化率，最终有利于资源的综合利用及提钒生产成本降低。