本发明公开了一种V-Ti-Fe系储氢合金的电热还原制备方法，具体步骤如下：A、配制反应料，反应料为铝粉、铝钙合金粉、钒氧化物、钛氧化物、铁屑、氧化钙、氟化钙和氯酸钾；B、将部分反应料放入电弧炉内，利用镁屑点燃，进行金属热还原反应；C、反应平稳后，逐渐加入剩余的反应料；D、电弧炉埋弧加热，喷粉精炼；E、出炉。与传统的纯金属兑掺熔炼法相比，本发明具有原料成本低、生产迅速的优点，适合V-Ti-Fe系储氢合金的大规模生产，具有良好的应用前景。
1.一种电热还原法制备V-Ti-Fe系储氢合金，其特征在于，步骤如下：A、配制反应料；所述的反应料为铝粉、铝合金粉、钒氧化物、钛氧化物、铁屑、氧化钙、氟化钙和氯酸钾；
B、将部分反应料放入电弧炉内，利用镁屑点燃，进行金属热还原反应；
D、反应料加完后，电弧炉通电引弧加热，并通过喷粉装置，向熔体底部喷吹精炼粉进行精炼，精炼粉由氩气负载，所述精炼粉为CaO-CaF2-V2O5渣系，精炼时间10min～20min；
E、精炼结束后，氩气保护下出炉，得到V-Ti-Fe系储氢合金；
所述精炼粉的成分按质量百分比计，CaO：50％～65％、CaF2：20％～50％、V2O5：0.1％～
2.如权利要求1所述的电热还原法制备V-Ti-Fe系储氢合金，其特征在于，所述的钒氧化物为V2O5片钒或粉钒，所述钛氧化物为高钛渣或钛白粉。
3.如权利要求1所述的电热还原法制备V-Ti-Fe系储氢合金，其特征在于，所述的铝合金粉为铝镁合金粉或铝钙合金粉。
4.如权利要求1所述的电热还原法制备V-Ti-Fe系储氢合金，其特征在于，所述铝粉加入总量为还原钒氧化物和钛氧化物所必需理论值的70％～95％。
5.如权利要求3所述的电热还原法制备V-Ti-Fe系储氢合金，其特征在于，所述的铝镁合金粉或铝钙合金粉的加入量为铝粉总质量的10％～40％。
6.如权利要求3所述的电热还原法制备V-Ti-Fe系储氢合金，其特征在于：所述的铝镁合金粉的化学成分按质量百分比计为：Mg：45％～50％、Al：50％～55％，所述的铝钙合金粉的化学成分按质量百分比计为：Ca：65％～80％、Al：20％～35％。
7.如权利要求1所述的电热还原法制备V-Ti-Fe系储氢合金，其特征在于，所述的V-Ti-Fe系储氢合金，按摩尔百分比含V：45％～65％、Ti：25％～45％、Fe：5％～15％。
电热还原法制备V-Ti-Fe系储氢合金
技术领域
[0001] 本发明属于储氢合金制备领域，特别涉及一种V-Ti-Fe系储氢合金的电热还原制备方法。
背景技术
[0002] 环境问题日益紧张的今天，积极发展清洁动力能源已显得格外重要。氢能作为干净、高效的清洁能源，受到了人们的广泛关注，而储氢材料作为氢能利用的关键技术，一直是研究人员关注的焦点。
[0003] V-Ti-Fe系储氢合金理论储氢量大，室温吸放氢动力学性能好，具有良好的应用前景。目前其制备方法普遍采用兑掺法，即以钒、钛等纯金属为原料，采用感应炉或电弧炉反复熔炼获得。因为纯钒价格昂贵，加之钒、钛等金属熔点过高，导致了合金的制备成本过高，限制了它的大规模应用。
[0004] 以VFe合金替代纯V，进行合金制备，虽然可以降低V-Ti-Fe合金的制备成本，但工业VFe中较多的Al、Si、O等杂质，会对合金的储氢性能产生较大负面影响。此外，因为工业钒铁多为FeV50和FeV80，其含Fe量分别为50wt％和20wt％左右，即V与Fe之比相对固定，这就给配制特定成分的储氢合金带来了困难。
[0005] 在降低V-Ti-Fe合金制备的成本方面，还有以金属热还原法进行合金制备的尝试。该方法具有成分灵活可调和生产效率高的优点，加之可以用较廉价的金属氧化物为原料，所以生产成本较低。但由于熔炼时间短，反应不充分，渣金分离效果不好，合金中存在一定量的夹渣和铝、氧等杂质。另外金属的收得率也颇低，钒的回收率将近80％，钛的收得率只有30％左右。因此，金属热还原方法还需进一步改进。
发明内容
[0006] 为克服现有技术中金属热还原法的缺陷或不足，本发明的目的在于，提供一种以金属氧化物为原料通过电热还原法制备V-Ti-Fe系储氢合金，该方法能够提高金属的收得率，降低合金中的杂质。
[0007] 为了实现上述任务，本发明采取如下的技术解决方案：
[0008] 一种电热还原法制备V-Ti-Fe系储氢合金，其特征在于，步骤如下：
[0009] A、配制反应料；所述的反应料为铝粉、铝合金粉、钒氧化物、钛氧化物、铁屑、氧化钙、氟化钙和氯酸钾；
[0010] B、将部分反应料放入电弧炉内，利用镁屑点燃，进行金属热还原反应；
[0011] C、金属热还原反应平稳后，逐渐加入剩余的反应料；
[0012] D、反应料加完后，电弧炉通电引弧加热，并通过喷粉装置，向熔体底部喷吹精炼粉进行精炼，精炼粉由氩气负载，精炼粉为CaO-CaF2-V2O5渣系，精炼时间10min～20min；
[0013] E、精炼结束后，氩气保护下出炉，得到V-Ti-Fe系储氢合金；
[0014] 步骤D精炼粉成分按质量百分比计，CaO：50％～65％、CaF2：20％～50％、V2O5：0.1％～15％。
[0015] 其中，钒氧化物为V2O5片钒或粉钒的一种，铝合金粉为铝镁合金粉或铝钙合金粉的一种。
[0016] 铝合金粉为铝镁合金粉或铝钙合金粉。
[0017] 铝粉加入总量为还原钒氧化物和钛氧化物所必需理论值的70％～95％。
[0018] 铝镁合金粉或铝钙合金粉的加入量为铝粉总质量的10％～40％。
[0019] 铝镁合金粉的化学成分按质量百分比计为：Mg：45％～50％、Al：50％～55％，所述的铝钙合金粉的化学成分按质量百分比计为：Ca：65％～80％、Al：20％～35％。
[0020] 与已有技术相比，本发明具有如下明显的优点：
[0021] 采用较廉价的金属氧化物为原料进行V-Ti-Fe系储氢合金制备，有助于降低合金的制备成本，容易实现大规模生产。
具体实施方式
[0022] 以下通过实施例对本发明作进一步的详细说明，需要说明的是，本发明不限于以下的实施例。
[0023] 实施例1：
[0024] 将5kg含五氧化二钒99％的粉钒、5kg含二氧化钛为96％的高钛渣、3.15kg铝粉、0.95kg铝钙合金、1.5kg氯酸钾、3.0kg氧化钙、1kg氟化钙和0.45kg铁屑混合均匀。
[0025] 取1/3的混合料为底料，放到电弧炉内，表面加镁屑点火，进行金属热还原反应，反应平稳后，逐渐加入剩余物料，反应料加完后，电弧炉通电埋弧加热，并开始喷精炼粉精炼，精炼粉成分为CaO(60wt％)-CaF2(35wt％)-V2O5(5wt％)，用量0.8kg，精炼渣由氩气负载吹入熔池底部，精炼15min后，静置，在氩气保护下出炉。
[0026] 出炉得到V50.0Ti42.1Fe7.9合金5.2kg，钒和钛的收得率分别为92.1％和71.3％，合金中含铝1.1wt％，氧0.6wt％。
[0027] 实施例2：
[0028] 将5kg含五氧化二钒99％的粉钒、5kg含二氧化钛为96％的高钛渣、3.15kg铝粉、0.95kg铝钙合金、1.5kg氯酸钾、3.0kg氧化钙、1kg氟化钙和0.45kg铁屑混合均匀。
[0029] 熔炼与精炼工艺与实施例1基本相同，所不同的是精炼渣为CaO(55wt％)-CaF2(43wt％)-V2O5(2wt％)。
[0030] 出炉后，得到V48.9Ti42.5Fe8.6合金5.2kg，钒和钛的收得率分别为88.9％和70.9％，合金中含铝2.3wt％，氧0.7wt％。
[0031] 实施例3：
[0032] 将5kg含五氧化二钒99％的粉钒、5kg含二氧化钛为98％的钛白粉、3.15kg铝粉、0.95kg铝钙合金、1.5kg氯酸钾、3.0kg氧化钙、1kg氟化钙和0.45kg铁屑混合均匀。
[0033] 熔炼与精炼工艺与实施例1相同。
[0034] 出炉后，得到V52.6Ti39.8Fe7.6合金5.0kg，钒和钛的收得率分别为92.6％和64.1％，合金中含铝1.3wt％，氧0.8wt％。
[0035] 比较例：
[0036] 采用传统的金属热还原法进行合金制备。
[0037] 镁砖砌炉，作为合金制备的金属热还原反应炉。反应原料为：5kg含五氧化二钒99％的粉钒、5kg含二氧化钛为96％的高钛渣、3.15kg铝粉、0.95kg铝钙合金、1.5kg氯酸钾、
3.0kg氧化钙、1kg氟化钙和0.45kg铁屑。
[0038] 将反应原料混合均匀，放入铝热反应炉内，然后在原料表面加镁屑点火，反应完成3h后，拆除炉体，得到的V64.3Ti24.9Fe10.8合金3.9kg，钒和钛的收得率分别为85.1％和
30.4％，合金中含铝3.4wt％，氧1.1wt％。
[0039] 与实施例1、2和3相比，比较例中仅有金属热还原反应自放热的熔炼过程，没有后期的加热熔炼和精炼过程，钒和钛的收得率较低，铝和氧的杂质也较高。
