基于頁巖提釩富釩液的前驅體制備氮化釩工藝及機理研究.pdf

1、氮化釩（VN）作為目前國內第一大釩合金添加劑，在高強度低合金鋼的冶煉中得到了廣泛的應用。碳熱還原法是制備VN的唯一實現產業(yè)化生產的方法，釩源為V2O5、V2O3等釩產品，但反應溫度高、反應時間長，使制備成本居高不下。我國含釩頁巖資源豐富，以釩頁巖為原料生產釩產品具有良好的發(fā)展前景，頁巖提釩工藝的中間產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合，以達到縮短流程、促進氮化釩制備的目的。
　　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體，熱處理前驅體制備VN，確定了該工藝的最佳工藝參數，并以真實的富釩液做驗證;對前驅體的物相和結構進行分析，結合反應過程的物相變化和熱力學，研究了從前驅體到VN過程中釩的轉化遷移過程，揭示了前驅體法制備VN所具有的優(yōu)勢的機理，并探究了反應的動力學行為及反應機制。
　　制備VN的最佳工藝參數為:配碳量(m(C/V)0.55，沉釩pH值1.8，造塊壓力14MPa，反應溫度

3、1150℃，時間1h，氮氣流量300mL/min，VN的N、V含量分別為16.38％和79.25％，表觀密度3.13g/cm3，符合國標中牌號VN16的產品要求，該工藝對于實際的頁巖提釩工藝的富釩液是可行并且有效的。
　　前驅體的釩包裹碳結構為VN的制備提供了大的反應界面及均勻的化學成分，顯著降低了反應溫度，縮短了反應時間。釩轉化遷移過程為:(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將五價釩還原為V6O13，簡化了傳統(tǒng)的煅燒和預還原過程，也能減少NH3的排放。
　　高溫下V2O3向VN的轉變是制備VN的關鍵環(huán)節(jié)，V2O3的還原、碳化和氮化反應同時發(fā)生、相互促進。因此，采用非等溫熱分析法探究900-1200℃V2O3向VN轉變的復合反應的動力學機制，動力學機理函數為F3，限制性環(huán)節(jié)為化學反應，反應的活化能為291.6152kJ/mol，頻率因子為3.9609