[发明专利]钒铬铁合金及其生产方法

说明书

技术领域

本发明涉及钒铬铁合金及其生产方法，属于冶金领域。

背景技术

目前全球石油资源日益枯竭，能源危机在本世纪已经成为全球关注的焦点而现在所使用的传统化石燃料带来的环境污染和温室效应问题，又迫使人类需要寻找新的无污染、可再生的能源替代品。清洁且燃烧值高的氢的利用是解决能源和环境污染问题，进而发展低碳经济的一个有效的途径。氢能的利用是各发达国家竞相研发的重点项目，高效、安全地储氢是氢利用的关键技术之一，而固态储氢是解决这一问题切实可行的方法。利用储氢合金的性质，可以将各种不稳定的自然能(如风能、潮汐能)转化为氢能储存起来，使用时，又可很方便的转化为化学能或电能。钒基储氢合金作为储氢介质，具有储氢量大、循环寿命长、活化性能好的特点，有望用于氢汽车和氢燃料电池中，这对于国家和地区的发展而言，具有很强的战略意义和很高的经济价值。

钒基储氢合金的主要成分是V和Cr，目前的制取主要还是在实验室内，用金属V、金属Cr配加Fe、Ti等在真空炉内高真空和高温下合成钒基储氢合金。由于金属V和金属Cr的市场价格很高，故这种方法只适应于实验室内作基础理论研究，如用于产业化生产，则有原料成本太高的困难。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种生产成本较低的钒铬铁合金，其可以作为制取钒基储氢合金的基础材料。

本发明钒铬铁合金由下述重量配比的组分组成：58.53～71.21wt％的V、24.76～36.49wt％的Cr、5.02～8.27wt％的Fe，余量为不可避免的杂质。

本发明所要解决的第二个技术问题是提供一种生产钒铬铁合金的方法，其成本较低。

本发明生产钒铬铁合金的方法包括如下步骤：

a、将V₂O₅、Cr₂O₃、Fe、CaO和Al按重量配比31.4～32.1∶8.8～9.0∶1.00～1.05∶18.4～18.8∶20.3～20.7混匀；

b、用点火剂引发自还原反应；

c、自还原反应结束后，加热，保持熔融状态4.0～5.0min；

d、冷却，得到钒铬铁合金和炉渣，分离，即得钒铬铁合金。

进一步的，为了节约成本，上述a步骤中的CaO可以用CaO含量为66.45～90.00wt％的生石灰或熟石灰代替。

进一步的，为了使生产的钒铬铁合金质量更好，上述a步骤中所用的原料优选纯度较高的原料，如：V₂O₅含量为95.00～99.99wt％的五氧化二钒粉末，Cr₂O₃含量为99.0～99.9wt％的三氧化二铬粉末，Fe粉的含量为TFe≥95.0wt％、MFe≥89.0wt％，Al含量为99.00～99.99wt％的铝粉。

进一步的，如果原料粒度过大，则会影响还原反应速度，延长反应时间，还可能使反应不充分，降低反应的动力学条件；如果原料粒度过小，则冶炼过程中原料粉末易飞扬，还会增加破碎成本。因此，上述五氧化二钒粉末的粒度优选为0.040～7.000mm，上述三氧化二铬粉末的粒度优选为0.040～0.250mm，上述铝粉的粒度优选为0.063～0.250mm，上述铁粉粒度优选为0.090～0.250m，上述生石灰或熟石灰的粒度优选为0.09～10.00mm。

进一步的，上述b步骤所述的点火剂优选重量比为2.5～3.0∶1的过氧化钡和铝粉的混合物。用过氧化钡和铝粉作点火剂，过氧化钡自身放氧，不依赖空气中的氧，氧化发热量高，反应速度快，所形成的少量反应产物即氧化钡和三氧化二铝不会恶化渣相结构，反而有利于提高渣的碱度，促进冶炼过程向反应产物方向。点火剂的用量以引发原料的自还原反应即可，一般不少于20g。

自还原反应结束后，还需通电加热并保持熔融状态4.0～5.0min，这是因为自还原反应结束后，熔体很快冷却，在熔体中还有部份未来得及沉淀到金属相中的金属态的钒、铬和铁，这部份金属态的钒、铬、铁就会留在渣中，从而导致合金的收率降低。另外还有部份未还原完的金属氧化物保持在渣中，继续通电加热，保持熔融状态一段时间，使已还原的金属态的钒、铬和铁沉淀入金属相中，未还原完的部份金属氧化物继续还原完毕后沉入金属相中。

采用本发明方法生产钒铬铁合金可在常规电炉内进行，如：单相电弧炉、三相电弧炉等。