[發明專利]VCl4的生產

在審

• 申請號: 201680030280.8
• 申請日: 2016-05-12
• 公開（公告）號: CN107848833A
• 公開（公告）日: 2018-03-27
• 發明（設計）人: 大衛·斯泰恩·萬維倫;特貝·菲利普·莫科內
• 申請（專利權）人: CSIR公司
• 主分類號: C01G31/04
• 分類號: C01G31/04
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司11227
• 代理人: 蔡勝有,趙丹

本發明涉及VCl₄的生產。特別地，本發明涉及用于生產VCl₄的方法。

鈦全球市場的約50％為合金鈦。合金市場的約80％為Ti6Al4V(5級合金，即包含6％Al和4％V的合金)。這可以使用共混元素法通過將商業純等級Ti粉末與AlV母合金粉末混合來生產。然而，鋁釩母合金粉末是昂貴的，通過共混元素法生產的產物與由預合金粉末生產的產物相比具有較低的疲勞特性，V向Ti的擴散被Al延遲并且需要長的燒結時間。因此，期望生產包含釩的預合金Ti粉末。然而，2015年，鈦釩粉末例如預合金Ti6Al4V粉末的市場由于這些粉末的高成本而非常小。如果能夠以較低的成本生產這些粉末，預計市場將有大的增長。

包含V的預合金Ti粉末原則上可以通過使TiCl₄和VCl₄(以及AlCl₃，如果需要的話)預混合并且然后將所述混合物一起還原來生產。然而，這種方法的問題在于VCl₄是用作乙烯和丙烯聚合的催化劑的特殊產品并且其世界市場極其有限(2015年，其全球市場被認為大約在150噸/年)。因此，獲得足夠量的用于商業規模Ti6Al4V廠的VCl₄(據說10000噸/年)將是困難的。此外，VCl₄是不穩定的并且緩慢分解為VCl₃和Cl₂。

因此，需要一種商業上可行的用于生產增加量的VCl₄的方法。如果這種方法可以生產無氧的VCl₄，則將是有利的。如果這種方法具有生產VCl₄和TiCl₄的混合物的潛力，則也將是有利的。

US 6,423,291描述了一種用于使懸浮于惰性液體中鈦有價物(titanium values)氯化來生產TiCl₄的方法。沒有提及VCl₄作為可以通過合適試劑的氯化以相似的方式生產的產物。

US 3,407,031描述了一種通過在大氣壓力下使用NaFeCl₄作為高溫液體介質用氯化鈉或氯或氯化鐵來對釩的硬金屬、碳化物和鐵合金的混合物進行氯化來制造釩的氯化物的方法。

US 20110182787描述了一種用于通過使用能夠連續工業化生產的低等級鈦材料生產TiCl₄的方法。所述方法的特征在于在600℃至700℃下使包含一定比例的鈦碳化物的低等級鈦材料直接與氯氣反應生成四氯化鈦。沒有提及VCl₄并且氯化過程在氣相中發生。

根據本發明，提供了一種用于生產VCl₄的方法，所述方法包括：

使固體顆粒狀的無氧的釩化合物起始材料懸浮在液體反應介質中以形成反應混合物；以及

使懸浮在液體反應介質中的無氧的釩化合物起始材料與氯化劑反應以生產液體VCl₄，反應混合物中的液體反應介質處于高于其標準沸點的反應溫度下，并且在方法的反應溫度下在高于液體反應介質的蒸氣壓力的反應壓力下使無氧的化合物起始材料與氯化劑反應使得反應混合物不沸騰。

“無氧的釩化合物起始材料”是指基本上由其分子或晶體結構中不包含氧的釩化合物組成的起始材料，與其分子或晶體結構中包含氧的釩化合物(例如VOCl₃或V₂O₅)相反。然而，不意味著無氧的釩化合物起始材料必須完全沒有含氧的物質或雜質。雖然希望阻止氧進入反應環境中，但是實際上在商業生產設施中，如果不是不可能的話，難以確保無氧的釩化合物起始材料不包含具有氧的任何化合物。

應理解，在方法的反應溫度下在高于液體反應介質的蒸氣壓力的反應壓力下，防止液體反應介質沸騰，甚至在懸浮于液體反應介質中的無氧的釩化合物起始材料與氯化劑的反應開始時也是如此，即甚至在反應混合物的組成由于液體VCl₄的生產而顯著改變之前也是如此。事實上，選擇足夠高的反應壓力使得防止反應混合物沸騰，所述反應混合物通常主要由液體反應介質構成但是包含懸浮的固體材料和最終也產生的液體VCl₄。