[发明专利]一种三氧化二钒粉体的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种化工材料的制备方法，特别是涉及一种三氧化二钒粉体的制备方法。

背景技术

V₂O₃具有金属-非金属转变的性质(也称为MST或MIT)，低温相变特征好，电阻突变可达6个数量级，还伴随晶格和反铁磁性的变化，低温为单斜反铁磁半导体组。V₂O₃具有两个相变点：150～170K和500～530K。V₂O₃也是一种体效应材料，相变时磁化率、光透射率和反射率也产生突变。

由于具有优异的光、电、磁性质，在钒的系列氧化物中，三氧化二钒(V₂O₃)是一种十分重要的产品，在电、磁、光开关，及气敏传感器、存储材料、电阻材料等多种领域都具有广泛的应用前景。此外，V₂O₃在生产钒铁和氮钒合金的过程中，具有比其它钒氧化物更优越的特性，是生产钒系列合金的理想原料，目前国内外商业化生产氮化钒的生产线多以三氧化二钒粉末为原料。

中国专利CN1118765A公开了一种三氧化二钒的生产方法。该方法将一定粒度的钒酸铵或五氧化二钒加入外热式容器中，在其容器中通入工业煤气，通过外加热使容器内高温区达到500～650℃，使炉料通过此区域发生还原反应15～40分钟，使其分解还原为三氧化二钒。该文件的提供了采用普通竖炉和回转窑作为生产设备的实施例。该方法的缺点是：实际工业化生产实施过程中反应温度一般要求在900℃以上进行；同时回转窑虽然结构相对较简单，但由于其运行的高温环境和结构尺寸较大，存在高温动态密封的技术难点；另外受回转窑反应器的材料选取和制造工艺以及安装的限制，生产过程中还存在一定的安全隐患；此外回转窑反应器的填充率较低(5％左右)，因此生产效率较低，对于工业煤气等还原性气体的浪费也很大。

《矿冶工程》(2005，25(6)：61～65)介绍了一种以城市生活煤气为还原气体在回转窑反应器中对偏钒酸铵进行还原来制备三氧化二钒的方法。该方法虽然反应时间较短为50min，然而反应所需的温度较高为873～933K，此外，所用的还原气体为生活煤气含有大量CO有毒气体。回转窑反应器存在高温动态密封的技术难点，因此该方法也存在能耗较高和较大的安全隐患的缺点。

《成都科技大学学报》(1984，(3)：27～30)介绍了一种利用氨气对六聚钒酸铵(NH₄)₂V₆O₁₆进行热还原制备三氧化二钒的方法。该过程是在管式炉中进行的，氨气流量为10±0.5L/h，反应温度控制在850±50℃，反应时间为30min，在氨气气氛中冷却可得到三氧化二钒。该方法的缺点是：反应过程温度过高，反应所用还原剂氨气的实际消耗量是理论消耗量的2倍。

中国专利CN101028938A提供了一种利用流态化技术制备三氧化二钒的方法。该方法是将粉体钒酸铵或五氧化二钒(粒度在0.05mm～10.00mm之间)作为炉料加入到外加热流态化炉炉管中，使炉管的填充率达到10％～55％；从流态化炉下部向炉管内通入工业煤气，同时将流态化炉炉管加热到600～650℃，保温还原3～9分钟；从出料口出来并隔绝空气冷却，即得到产品。事实上在确定的颗粒密度条件下，过小或过大的颗粒直径都会为流化态的实现造成操作上的困难，同时原料颗粒直径分布宽会给原料颗粒在反应器中的停留时间的控制带来较大的操作难度。同时该方法反应温度较高，所用还原气体消耗较大。

《钢铁钒钛》(2008，29(3)：27～30)介绍了利用流态化技术还原多钒酸铵(APV)制取三氧化二钒的方法。该方法与专利CN101028938A介绍的方法相似，不同的是：控制在650℃～750℃而不是600℃～650℃，还原时间控制在5～20分钟而不是3～9分钟，所用反应物的颗粒粒度在0.067mm～0.25mm而不是0.05mm～10.00mm。但同样该方法需要更高的反应温度，还原性气体的用量较大。