金属钒制取(preparation  of  vanaciilam  metal)

用金属或碳将钒氧化物还原成金属钒的过程，为钒冶金流程的重要组成部分。主要有钙热还原、真空碳热还原、氯化物镁热还原和铝热还原四种方法。

钙热还原     一种工业规模生产金属钒的方法。以V₂O₅或V₂O₃为原料，金属钙屑为还原剂。钙用量为理论量的60％。钙屑和V₂O₅或V₂O₃混合后，加入到放置在用惰性气体清洗过的钢质反应罐的氧化镁坩埚(朴昌林)中，再加碘(也可用硫)作发热剂，碘加入量按生成1mol钒添加0.2mol碘计量，充氩气密封后，用高频感应器加热，温度达973K时便开始反应：

                          V₂O₅+5Ca≒ 2V+5CaO+1620.07kJ

                           V₂O₃+3Ca≒ 2V+3CaO+683.24kJ

因系放热反应，反应开始后便停止加热。停止加热后温度会自动上升到2173K。生成的塑性金属钒块或钒粒用水洗去附着物，钒收率约74％。若在炉料中加铝时，钒收率可提高到82％～97．5％，但因钒含铝高而变脆。水洗后的钙热还原产品的典型杂质含量如表。

真空碳热还原        将V₂O₅粉与高纯碳粉混合均匀，加10％樟脑乙醚溶液或酒精，压块后放入真空碳阻炉或感应炉内。炉内真空压力到6.66×10^-1Pa后，升温至1573K，保温2h。冷却后将反应产物破碎。根据第一次还原产物的组分再配入适量碳化钒或氧化钒进行二次还原。二次还原炉内的真空压力为2.66×10^-2Pa，温度控制在1973～2023K之间，并保温一段时间。真空碳还原法所得金属钒的成分(质量分数m／％)为：钒99.5，氧0.05，氮0.01，碳0.1。钒收率可达98％～99％。

镁热还原           金属镁的纯度高，价格比钙低，反应生成的氯化镁比氯化钙易挥发，所以用镁还原比用钙还原更为合理。其还原过程如下：(1)用含钒80％的钒铁氯化制取粗四氯化钒；(2)用蒸馏法脱除粗四氧化钒中的三氯化铁；(3)在圆柱形镁回流器中将四氯化钒转化为VCl₃；(4)用蒸馏法去除VCl₃中的三氯氧化钒VOC1₃；(5)将冷却后的三氯化钒破碎后放置在还原反应罐中，在氩气保护下加入镁将VCl₃还原成金属钒；(6)用真空蒸馏法除去金属钒中的镁和氯化镁；(7)用水洗去金属钒中残留的氯化镁，干燥后获得产品钒粉。还原作业在软钢坩埚中进行。软钢坩埚放在软钢罐内，用煤气加热。先将酸洗后的镁锭加入坩埚，再加入3倍于镁锭量的三氯化钒。还原温度控制在1023～1073K。根据温度指示器判断反应的快慢，如反应缓慢则补加镁，保温约7h后冷却到室温。每批可生产18～20kg金属钒。然后取出坩埚放在蒸馏炉中缓慢加热至573K温度，并在573K下保温。当指示压力达0.1333～0.6666Pa时再升温到1173～1223K保温8h，快速冷却到室温，所得海绵钒的纯度为99.5％～99.6％，钒收率为96％。

铝热还原法          德国采用铝热还原法生产粗金属钒。这种方法是将五氧化二钒和纯铝放在反应弹进行反应，生成钒铝合金。钒合金在2063K的高温和真空中脱铝，可制得含钒94％～97％的粗金属钒。