[发明专利]钒氮合金的生产方法

说明书

技术领域

本发明是一种高效生产钒氮合金的方法，属于新材料领域。

背景技术

1925年Friederich和Sittig(E.Friederich and L.Sittig，Z.Anorg.Allg.Chem.1925，144，169)以V₂O₃为原料，利用松树烧成的木炭，在1200℃制备了氮化钒。

1975年Guidotti等人(R.A.Guidotti，G.B.Atkinson and D.G.Kesterke，Reportof Investigation No.8079，US Bureau of Mines，Washington DC，1975)用氨气还原五氧化二钒也得到氮化钒。

1995年Rajat和S.T.Oyama(Journal of Solid State Chemistry，1995，120，320-326)采用甲烷在1180℃来还原五氧化二钒合成碳化钒的方法。

2000年12月英国的皇家化学学会的Journal of Materials Chemistry，2001，11，691-695刊登了Prabhat Kumar Tripathy的一篇学术论文，采用五氧化二钒，在高温下1200-1800在中频感应炉用碳还原法制备了氮化钒。

随后P.K.Tripathy(Journal of Materials Chemistry，2001，11，1514-1518)在该杂志上发表了氮化钒脱氮试验结果。

尽管所有这些工作为氮化钒的工业制备合成提供了理论和试验的参考依据，但缺点是：生产成本高，产量小，不能大批量生产。

专利申请01139886.8，200410081200.0，200410083901.8，03111159.9和专利申请200410085315.7，是将粉末状的钒氧化物、碳质粉剂和粘结剂混合均匀后压块、成型，再将成型后的物料连续加入制备炉中，同时向制备炉通入氮气或氨气作反应和保护气体，制备炉需要加热到1000～1800℃，物料在该温度区域发生碳化和氮化反应，持续时间小于6h，出炉前要在保护气氛下冷却到100～250℃，出炉后即获得氮化钒产品，该产品为块状或颗粒状，其组成特征是：含钒量77％～82％、含氮量11％～16％:含碳量2％～7％(wt)。其方法缺点是：含水的成型物料一次推入制备炉中，高温下原料中所含Na⁺和K⁺离子的水溶液对耐火材料腐蚀严重，炉窑寿命短。窑的内衬采用良导体材料石墨，由于升温区水气较大，造成窑体漏电和加热元件短路，降低了加热元件的寿命。用石墨作为还原剂，氮化反应温度高。该种方法还不能用偏钒酸铵生产钒氮合金。如采用氨气作为还原气体，工业生产危险性大。

专利200410070176.0，先将粉状偏钒酸铵、碳质粉剂混均后加入回转窑中进行预处理，回转窑保持微负压，将回转窑加热到600℃～800℃，并运行2～3小时；然后将上述混合物研细后加粘结剂压块成型后，放入立式管窑中，所述管窑内部用含氮的中性或还原气体作为反应和保护气体，并使所述管窑内部始终保持微正压，所述管窑加热到1100℃～1900℃，运行4～6小时并发生碳化和氮化反应，最终生产出氮化钒产品，随后冷却到100℃以下出炉。所述氮化钒产品含77～81％的V；9～16％的N；2～8％的C；0.2～1.0％的O。其方法缺点是：回转窑中进行预处理粉状材料，粉尘大；负压易导致配方偏离化学计量。与03146145.X专利一样，主体部分采用竖窑，窑体温差大，上下部分产品含量偏差大，生产连续性差。

专利申请200410023094.0，采用间歇式微波高温合成氮化钒生产技术。特征是将粉末状的钒氧化物、碳质粉剂和粘结剂混合均匀后压块、成型，再将成型后的物料加入工业制备微波炉中，不断抽气，保持真空，反应完毕后自然冷却后出炉。其方法缺点是：抽真空，间歇式，不能连续生产。

发明内容

本发明的目的：采用粉末状的钒氧化物、偏钒酸铵或钒氧化物和偏钒酸铵混合物、碳质粉剂为原料，在氮气气氛下连续加入外热式回转窑和改进的软磁氮气氛炉窑中，从而连续高效获得块状的钒氮合金产品。

本发明是通过下述的技术方案实现的：