CN103663557B - 一种粗钒制备高纯五氧化二钒的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种粗钒制备高纯五氧化二钒的方法,该方法将粗钒用烧碱溶解,溶解终点pH控制在7~8.5,静置过滤除去氢氧化铁胶体,然后向滤液中加入双氧水氧化,过滤,除去胶体;再用阴离子交换树脂,待树脂饱和后用酸溶液解析,解析液加入氨水沉钒,产出红钒,过滤,纯净水洗涤后,焙烧红钒产出纯度大于99.9%的高纯五氧化二钒。
Description
技术领域
本发明为属于五氧化二钒的提纯方法领域,具体涉及一种粗钒制备高纯五氧化二钒的方法。
背景技术
钒是一种重要的资源, 因其固有的物理化学特性, 钒被广泛应用于国防和经济建设的各个领域。当前我国钒行业发展迅速,尤其是石煤提钒行业提取五氧化二钒工艺不断成熟,新工艺不断投入到生产过程中,促使我国钒行业产量大幅增加。
我国目前钒行业生产企业一般产品为98钒,即产品中五氧化二钒含量为98%,该产品为钒行业的低端产品,一般用做钢铁行业的添加剂,属于传统应用领域。随着钒在其他领域应用的拓展,如在航空航天材料, 特种钢材及合金的应用过程中,其对杂质元素的控制要求严格, 因此对钒产品的纯度要求也越来越高, 对于高纯度钒的制备方法的研究显得尤为重要。目前常用的提纯五氧化二钒的方法有化学沉淀净化法除杂、 溶剂萃取法除杂及离子交换法除杂。
高纯五氧化二钒的生产,目前国内大都采用硫酸铝、氯化钙、草酸、 磺基水杨酸等除杂剂,分别在不同的pH值中降低钒中硅、磷、铁的含量。其工艺流程长,耗工多,生产成本高,且大多五氧化二钒产品纯度都达不到一些高端产品用钒的要求。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是,为了克服现有高纯五氧化二钒制备过程中成本高、技术复杂、工艺流程长,原材料消耗高等缺陷,旨在提出一种从粗钒制备高纯五氧化二钒的方法。它采用较为简单的工艺,主要通过烧碱溶解、氧化除铁、离子交换等工艺,简化了制备工艺流程,减少了工序,提高产品质量。
为实现上述发明目的,本发明的技术方案是:
一种粗钒制备高纯五氧化二钒的方法,该方法包括以下步骤:
1)将粗钒磨矿至粉末状,使得粉末粒度小于0.15mm,得粗钒粉末;所述粗钒纯度>98%;向1mol/L~3mol/L的氢氧化钠溶液中加入所述粗钒粉末,搅拌,控制搅拌温度30℃~80℃,随着粗钒粉末的加入,五氧化二钒逐渐溶解,溶液的pH值不断降低,控制溶液pH至7~8.5时为加入粗钒粉末的终点,达到终点后再搅拌1.0h-1.5h,然后结束搅拌,静置10 h ~30h,得粗钒溶液;
2)将所述粗钒溶液过滤,除去溶液中的未溶物质和氢氧化铁胶体;再加入双氧水5mL~40mL氧化10 h ~30h,得氧化溶液;所述双氧水的加入量为所述粗钒溶液中铁的摩尔量的2-3倍;将所述氧化溶液过滤,除去氧化溶液中产生的氢氧化铁胶体,得过滤后的氧化溶液;
3)将所述过滤后的氧化溶液用去离子水稀释,使得溶液中V2O5浓度为50 g/L ~80g/L为准,得稀释液;将所述稀释液过阴离子交换树脂吸附,至阴离子交换树脂饱和后,停止离子吸附;
4)用pH为2.0~2.5的盐酸溶液洗涤饱和后的阴离子交换树脂,直至树脂流出溶液的pH为7.0~7.5,再用相对于树脂体积5~8倍的去离子水洗涤树脂,至树脂洗涤液无颜色为止;
5)再用2.8mol/L-3.2mol/L的盐酸溶液作为离子解析液,对所述离子交换树脂进行解析,解析至树脂颜色恢复到吸附前,得到含五氧化二钒60g/L~100g/L的解析液;
6)将所述解析液加入双氧水氧化,双氧水加入量按重量份计,每100份解析液加入1mL~10mL双氧水,然后用氨水调pH至2~2.5,加温至90℃~95℃,保温2h~3.0h,过滤,得沉淀物;用相对于沉淀物3~5倍体积的去离子水洗3~5次,得洗涤后的沉淀物;
7)将洗涤后的沉淀物在500℃~550℃条件下煅烧2.5 h ~3.0h,得到纯度大于99.9%的五氧化二钒。
步骤(1)所述粗钒优选为98钒,主要成为为V2O5>98%,Si<0.2%,Fe<0.3%、P<0.05%、S<0.03%、As<0.02%、Na2O+ K2O<1.5%,总杂质含量<2%。
步骤(4)所述阴离子交换树脂优选为D318型阴离子树脂交换树脂。
步骤(2)和步骤(6)所述的双氧水为质量浓度为20%-30%的双氧水,更优选为质量浓度为30%的双氧水。
下面对本发明做进一步的解释和说明:
本发明所述高纯五氧化二钒是指纯度大于等于99.9%的五氧化二钒。
本发明所述制备高纯钒方法中粗钒溶液采用烧碱溶液,使用双氧水氧化产生氢氧化铁胶体深度除铁,含胶体溶液使用除去氢氧化铁胶体,使用D318等阴离子树脂交换吸附钒,实现钒与铁离子和钠离子的分离,进而产出高纯五氧化二钒。
本发明粗钒制备高纯五氧化二钒的方法,优选使用原料为符合中华人民共和国黑色冶金行业标准《五氧化二钒》(YB/T5304-2011)的98钒,主要成为为V2O5>98%,Si<0.2%,Fe<0.3%、P<0.05%、S<0.03%、As<0.02%、Na2O+ K2O<1.5%,总杂质含量<2%。该方法包括以下步骤:
取一定量的粗钒(含V2O598%),要求粗钒为粉料,粒度小于0.15mm。将氢氧化钠用去离子水配制成1~3mol/L的溶液。向氢氧化钠溶液中缓慢加入粉末状98钒,机械搅拌,维持温度30~80℃。随着粗钒加入,五氧化二钒逐渐溶解,溶液的pH值不断降低,控制溶液终点pH7~8.5。达到终点后机械搅拌1.0h。搅拌结束后静置10~30h。粗钒溶液过程中呈现墨绿色,静置后呈现暗红色。
主要化学原理:V2O5+2NaOH=2NaVO3+H2O
静置后的粗钒溶液过滤,过滤采用精密滤纸过滤,除去溶液中的未溶至物质及大部分的氢氧化铁胶体。根据溶液中钒和铁浓度加入5~40mL双氧水,氧化10~30h,氧化静置后溶液容器底部出现白色絮状物,主要成分为氢氧化铁。过滤,除去氧化溶液中产生的少量氢氧化铁胶体。
氧化过程:2H++Fe2++H2O2=Fe3++2H2O
Fe3++3OH-=Fe(OH)3↓
过滤后的氧化溶液用去离子水稀释至V2O5浓度为50~80g/L,缓慢加入经过预处理的D318等阴离子交换树脂,吸附流量根据V2O5浓度控制,离子交换后液中V2O5浓度一般为0.3~0.5g/L,等到交换树脂饱和后,停止离子吸附。
将饱和后的离子交换树脂用pH为2.0~2.5的盐酸溶液洗涤,直至树脂流出溶液的pH为7.0~7.5。用树脂体积5~8倍的去离子水洗涤树脂,确保从树脂流出的溶液无颜色。
用分析纯盐酸和去离子水配制3mol/L盐酸溶液作为离子解析液。离子交换树脂解析至树脂颜色恢复到吸附前,得到含五氧化二钒60~100g/L溶液。
沉钒:解析液加入双氧水氧化,加入量按照每100份解析液加入1~10mL双氧水,再用分析纯氨水调整溶液pH2~2.5;加温至90~95℃,维持2~3.0h得到红色或暗红色沉淀物,过滤后产出红钒,用沉淀物体积3~5倍的去离子水淋洗3~5次。
红钒煅烧:将洗涤后的沉淀物在500~550℃条件下煅烧2.5~3.0h,得到粉末状的高纯五氧化二钒。
与现有技术相比,本发明的优势是:
1、本发明克服现有高纯五氧化二钒制备过程中成本高、技术复杂、工艺流程长,原材料消耗高等缺陷,提供了一种制备高纯五氧化二钒的方法。
2、本发明所述制备高纯钒方法中粗钒溶液采用烧碱溶液,使用双氧水氧化产生氢氧化铁胶体深度除铁,含胶体溶液使用除去氢氧化铁胶体,使用D318等阴离子树脂交换吸附钒,实现钒与铁离子和钠离子的分离,从而得到高纯五氧化二钒,工艺简单。
附图说明
图1 是本发明实施例中粗钒制备高纯五氧化二钒的工艺流程图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步的说明。
实施例1
取1.0L1mol/L去离子水配制的烧碱溶液,向其中缓慢加入粗五氧化二钒,并不断搅拌,维持搅拌温度40℃,控制溶液pH至为8~9,共计加入粗钒142.5g,溶液终点pH为8.4。溶液曾想暗绿色,静置24h过滤,滤液呈现红色。
向滤液中加入10mL双氧水,静置20h,溶液中出现少量白色絮状物沉淀在溶液底部,过滤,产出高纯的钒溶液。
用去离子水稀释溶液至其中含钒浓度为80g/L,得到溶液1.35L加入到含300gD318树脂的交换树脂中,控制流量为0.5h/L,溶液循环吸附直到树脂饱和而呈现金黄色。树脂用去离子水洗涤至中性,即树脂中流出洗水pH为7.0。
用去离子水和盐酸配制的3mol/L盐酸溶液1L,缓慢通过饱和的树脂,解析树脂中的钒,得到含五氧化二钒90g/L溶液。
向解析液1.0L加入20mL双氧水(质量浓度为30%)氧化0.5h,氧化过程中不断搅拌,再用分析纯氨水调整溶液pH2.0;加温至90~95℃,维持2.0h得到暗红色沉淀物,过滤后产出红钒,用沉淀物体积3倍的去离子水淋洗3次。
红钒煅烧:将洗涤后的沉淀物在500~550℃条件下煅烧2.5~3.0h,得到粉末状的高纯五氧化二钒,含五氧化二钒99.93%。
实施例2
取1.0L2.0mol/L去离子水配制的烧碱溶液,向其中缓慢加入粗五氧化二钒,并不断搅拌,维持搅拌温度60℃,控制溶液pH至为7~8,共计加入粗钒290g,溶液终点pH为7.5。溶液曾想暗红色,静置24h过滤。
向滤液中加入30mL双氧水,静置28h,溶液中出现白色絮状物沉淀在溶液底部,过滤,产出高纯的钒溶液。
用去离子水稀释溶液至其中含钒浓度为90g/L,得到溶液2.90L加入到含D318树脂的交换树脂中,控制流量为0.5h/L,溶液循环吸附直到树脂饱和而呈现金黄色。树脂先用pH2.5的分析纯盐酸溶液淋洗至树脂中流出溶液pH为7.0。再用去离子水洗涤至中性,即树脂中流出洗水pH为7.0。
用去离子水和盐酸配制的3mol/L盐酸溶液1.5L,缓慢通过饱和的树脂,解析树脂中的钒,得到含五氧化二钒105g/L溶液。
向解析液1.5L加入40mL双氧水(质量浓度为30%)氧化1.0h,氧化过程中不断搅拌,再用分析纯氨水调整溶液pH2.0;加温至90~95℃,维持1.5h得到暗红色沉淀物,过滤后产出红钒,用沉淀物体积5倍的去离子水淋洗4次。
红钒煅烧:将洗涤后的沉淀物在500~550℃条件下煅烧2.5~3.0h,得到粉末状的高纯五氧化二钒,含五氧化二钒99.99%。
Claims (3)
1.一种粗钒制备高纯五氧化二钒的方法,其特征在于,该方法包括以下步骤:
1)将粗钒磨矿至粉末状,使得粉末粒度小于0.15mm,得粗钒粉末;所述粗钒纯度>98%;向1mol/L~3mol/L的氢氧化钠溶液中加入所述粗钒粉末,搅拌,控制搅拌温度30℃~80℃,随着粗钒粉末的加入,五氧化二钒逐渐溶解,溶液的pH值不断降低,控制溶液pH至7~8.5时为加入粗钒粉末的终点,达到终点后再搅拌1.0h-1.5h,然后结束搅拌,静置10h~30h,得粗钒溶液;
2)将所述粗钒溶液过滤,除去溶液中的未溶物质和氢氧化铁胶体;再加入双氧水5mL~40mL氧化10h~30h,得氧化溶液;所述双氧水的加入量为所述粗钒溶液中铁的摩尔量的2-3倍;将所述氧化溶液过滤,除去氧化溶液中产生的氢氧化铁胶体,得过滤后的氧化溶液;
3)将所述过滤后的氧化溶液用去离子水稀释,使得溶液中V2O5浓度为50g/L~80g/L为准,得稀释液;将所述稀释液过阴离子交换树脂吸附,至阴离子交换树脂饱和后,停止离子吸附;
4)用pH为2.0~2.5的盐酸溶液洗涤饱和后的阴离子交换树脂,直至树脂流出溶液的pH为7.0~7.5,再用相对于树脂体积5~8倍的去离子水洗涤树脂,至树脂洗涤液无颜色为止;所述阴离子交换树脂为D318型阴离子交换树脂;
5)再用2.8mol/L-3.2mol/L的盐酸溶液作为离子解析液,对所述离子交换树脂进行解析,解析至树脂颜色恢复到吸附前,得到含五氧化二钒60g/L~100g/L的解析液;
6)将所述解析液加入双氧水氧化,双氧水加入量按重量份计,每100份解析液加入1mL~10mL双氧水,然后用氨水调pH至2~2.5,加温至90℃~95℃,保温2h~3.0h,过滤,得沉淀物;用相对于沉淀物3~5倍体积的去离子水洗3~5次,得洗涤后的沉淀物;
7)将洗涤后的沉淀物在500℃~550℃条件下煅烧2.5h~3.0h,得到纯度大于99.9%的五氧化二钒。
2.根据权利要求1所述粗钒制备高纯五氧化二钒的方法,其特征在于,步骤(1)所述粗钒为98钒,主要成为为V2O5>98%,Si<0.2%,Fe<0.3%、P<0.05%、S<0.03%、As<0.02%、Na2O+K2O<1.5%,总杂质含量<2%。
3.根据权利要求1或2所述粗钒制备高纯五氧化二钒的方法,其特征在于,步 骤(2)和步骤(6)所述的双氧水为质量浓度为20%-30%的双氧水。
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