高纯碳化钒的制备及其在硬质合金中的应用

摘要

碳化钒是过渡金属碳化物中最重要的功能材料之一，具有一系列优异的性能，如高强度、高硬度、耐高温、耐酸碱、耐磨损、比重小、稳定性好以及良好的导电、导热性等。碳化钒能提高钢的各种综合机械性能，并已在钢铁工业中得到广泛应用。碳化钒的另一项重要用途是作为重要的硬质合金添加剂或作为涂层提高合金表面硬度。国内外，为提高硬质合金强度和硬度，常在硬质合金加入碳化钒作为颗粒强化相。碳化钒还广泛用于机械加工，冶金矿产，航天航空，微电子，催化等领域。
　　 目前国内外生产的碳化钒主要以五氧化二钒或三氧化二钒为原料，再加入相应的碳源，经还原碳化制备而成。硬质合金用碳化钒比钢中添加的碳化钒纯度要求要高。若采用冶金工业用五氧化二钒，其纯度不够高，会因其纯度问题，影响硬质合金的使用性能，不利于硬质合金发展的需要。目前国内硬质合金用碳化钒的生产方法是用市售冶金级五氧化二钒(V2O5=98％～99％)为原料，用碱重溶制得钒酸钠溶液后经净化、过滤、沉淀和煅烧制得高纯五氧化二钒。该方法存在着工艺复杂、辅助原料用量多、钒回收率低、产品成本高(生产成本高达45万元/吨)等缺点。
　　 本文针对上述生产碳化钒的不足，依托攀枝花丰富的钒钛资源，提出一种新的用偏钒酸铵制取高纯碳化钒的方法。主要研究了采用湿法冶金的方法，对多钒酸铵进行净化处理，制备高纯偏钒酸铵，再用二次还原碳化法，用偏钒酸铵直接制取适合硬质合金用的高纯碳化钒。不采用目前的用五氧化二钒制取碳化钒的方法，旨在省去偏钒酸铵煅烧成五氧化二钒的工序，以达到降低生产成本，提高产品质量、提高生产效率的目的。
　　 通过研究得到了提纯偏钒酸铵和制取碳化钒的最佳工艺条件，制取出的碳化钒技术指标达到了目前国内最高的行业标准，将研制出的碳化钒应用到硬质合金中取得了良好效果，可在硬质合金行业中广泛使用。下一步需在废水处理、工艺条件微调等方面继续进行研究工作，同时还可考虑研制碳化钒基硬质合金。