CN110331298A - 去除含钒浸出液中锰的方法 - Google Patents

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刘波
陈婷
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Abstract

本发明公开了一种去除含钒浸出液中锰的方法，属于钒冶金技术领域，包括以下步骤：S1、取酸性含钒浸出液，按照碳酸根离子与锰离子的摩尔比为1.9～3.0：1加入碳酸铵溶液，搅拌反应后过滤，得滤液和滤渣；S2、向滤渣中加水，升温至65～75℃，搅拌反应后过滤，得滤液；S3、将S1和S2中的滤液混匀后，调节pH＝1～3，升温至90～100℃，搅拌反应后过滤，得沉淀物；S4、将沉淀物干燥、煅烧，即得高纯V2O5。本发明可一步去除高锰含钒浸出液中的杂质锰，锰去除率可达99％以上，全流程钒收率可达80％以上，制备的V2O5产品纯度达到99.9％，生产流程较短、工艺简单、污染小、成本低。

Description

去除含钒浸出液中锰的方法
技术领域
本发明属于钒冶金技术领域，具体涉及一种去除含钒浸出液中锰的方法。
背景技术
使用我国攀西地区的钒钛磁铁矿富氧焙烧酸浸工艺提钒，浸出液的钒浓度高，钒浸出率高，是目前比较通用的一种提钒方法。但因该矿伴生有锰、铬、钴、镍、铜、硫、钪、硒等多种有价金属，浸出液中杂质较多且含量较高，尤其是锰元素含量极高(见表1)，造成不能直接使用该浸出液制备高纯五氧化二钒。
表1浸出液钒含量及主要元素含量(g/L)
V Mn Al Ca Cr Fe K Na Si Ti Mg
浸出液 31.68 23.6 0.071 0.53 0.02 0.058 0.076 0.39 0.745 0.02 4
最大程度的去除该浸出液中的锰，是制备高纯五氧化二钒必不可少的一步。常见的除锰方法，如：化学除锰技术研究进展(唐朝春,许荣明.水处理技术,2018,44(12):19-24.)提及的接触氧化法除锰、试剂氧化法除锰、电化学法除锰等，但该系列方法不适用于锰浓度含量极高的钒浸出液。再如：CN103964624A公开了一种铵盐沉钒废水循环使用的方法，包括以下步骤：a、将铵盐沉钒废水的pH值调节为5～7，加入碳酸铵或碳酸氢铵，充分反应后过滤得到含锰沉淀和无锰废水；b、将所述无锰废水加热浓缩后得到冷凝水和浓缩硫酸铵溶液，将所述浓缩硫酸铵溶液直接用于沉钒。该方法虽然可以去除比较高的锰，但由于其原料是沉钒废水，并不需要考虑在沉锰的时候如何避免沉钒。因此，上述方法并不适用于含钒浸出液。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够一步去除高锰(锰含量≥1g/L)含钒浸出液中锰的方法。
本发明提供了一种去除含钒浸出液中锰的方法，包括以下步骤：
S1、取酸性含钒浸出液，按照碳酸根离子与锰离子的摩尔比为1.9～3.0：1加入碳酸铵溶液，搅拌反应后过滤，得滤液和滤渣；
S2、向滤渣中加水，升温至65～75℃，搅拌反应后过滤，得滤液；
S3、将S1和S2中的滤液混匀后，调节pH＝1～3，升温至90～100℃，搅拌反应后过滤，得沉淀物；
S4、将沉淀物干燥、煅烧，即得高纯V2O5。
其中，上述去除含钒浸出液中锰的方法，S1中，所述含钒浸出液的pH为2.0～3.5。
其中，上述去除含钒浸出液中锰的方法，S1中，所述含钒浸出液中的V 10～40g/L，Mn 5～40g/L，Al 0.05～1.5g/L，Ca 0.05～1.5g/L，Cr 0.005～0.05g/L，Fe 0.01～1.5g/L，K 0.01～1.0g/L，Na 0.1～1.0g/L，Si 0.1～1.0g/L，Ti 0.01～0.5g/L，Mg 0.5～5g/L。
其中，上述去除含钒浸出液中锰的方法，S1中，所述碳酸铵溶液的浓度为50～100g/L。
其中，上述去除含钒浸出液中锰的方法，S1中，所述搅拌的速度为400～1000r/min；所述反应的时间为0.5～1.5h。
其中，上述去除含钒浸出液中锰的方法，S2中，所述水的体积与S1中含钒浸出液相同；所述搅拌的速度为400～1000r/min；所述反应的时间为0.5～1.5h。
其中，上述去除含钒浸出液中锰的方法，S3中，所述pH是用硫酸调节。
其中，上述去除含钒浸出液中锰的方法，S3中，所述搅拌的速度为400～1000r/min；所述反应的时间为1～2h。
其中，上述去除含钒浸出液中锰的方法，S4中，所述干燥是指在70～90℃烘干。
其中，上述去除含钒浸出液中锰的方法，S4中，所述煅烧是指在空气气氛下，于500～600℃煅烧2～4h。
本发明的有益效果是：
本发明可一步去除高锰含钒浸出液中的杂质锰，锰去除率可达99％以上，全流程钒收率可达80％以上，制备的V2O5产品纯度达到99.9％，同时本发明的生产流程较短、工艺简单、污染小、成本低，可推广使用。
附图说明
图1为实施例1制备的V2O5的XRD图谱。
具体实施方式
CN103964624A中使用氧化钙、氢氧化钙对含钒废水体系进行pH调节，这两种物质会引入杂质钙，如果将其用于含钒浸出液，将不利于制备高纯钒产品；同时CN103964624A的反应温度为25～60℃，在超过40℃温度时，含钒浸出液中的钒会沉淀出来，因其目的是处理含钒废水使其可以循环使用，故钒、锰、钙等都沉淀出来是完全可行的，但本申请的目的是去除杂质制备高纯钒产品，因此要求既不能引入杂质，又要保证钒损失最低，故CN103964624A提供的方法不能用于含钒浸出液除锰。
具体的，本发明提供了一种去除含钒浸出液中锰的方法，包括以下步骤：
S1、取酸性含钒浸出液，按照碳酸根离子与锰离子的摩尔比为1.9～3.0：1加入碳酸铵溶液，搅拌反应后过滤，得滤液和滤渣；
S2、向滤渣中加水，升温至65～75℃，搅拌反应后过滤，得滤液；
S3、将S1和S2中的滤液混匀后，调节pH＝1～3，升温至90～100℃，搅拌反应后过滤，得沉淀物；
S4、将沉淀物干燥、煅烧，即得高纯V2O5。
本发明采用碳酸铵作为反应的pH调节剂及沉锰剂，在水溶液中，碳酸铵溶液显碱性，因为碳酸根离子水解显碱性程度大于铵根离子水解显示的酸性，所以加入碳酸铵可以直接将本发明反应体系的pH调节至7以上，当pH在7以上时，碳酸根与锰生成碳酸锰沉淀，锰沉淀达到99％以上。如果反应体系的pH小于7，那么碳酸锰会沉淀不完全，造成溶液体系中的锰含量高，完全不能满足制备高纯钒产品的要求。
由于碳酸铵是弱酸弱碱盐，碳酸铵加入量大于最高值后体系的pH值并不会随着其加入量的增加而大幅度提高，反而会造成钒损失增高。同时由于在除锰过程中存在碳酸根与锰生成沉淀和铵根与钒生成沉淀的两个竞争反应，铵根离子的增加会促进其与钒生成沉淀，故本发明将碳酸根离子与锰离子的摩尔比为限定为1.9～3.0：1，在此摩尔比下，不仅能够保证反应体系的pH在7以上，同时还能够达到最佳的沉锰效果。
如果在含钒浸出液中直接加入碳酸铵，碳酸铵在溶解的时候会降低溶液的温度，温度降低有利于偏钒酸铵结晶析出，这样会造成钒与铵根离子结合生成钒沉淀，不利于沉锰。因此本申请使用的是常温状态的碳酸铵溶液。
碳酸铵溶液浓度低不会影响除锰效果，但如果碳酸铵浓度过低，会造成除锰后滤液的钒浓度过低和体系体积增加，对沉钒不利，并且后期调节pH沉钒时使用的酸用量会增加，产生的废水也相应增加，故尽量使用浓度高的碳酸铵溶液。
由于偏钒酸铵在65～75℃的溶解度最大，因此本发明的S2步骤将温度升至65～75℃是为了将滤渣中的钒最大程度的溶解出来。
下面结合实施例对本发明的具体实施方式做进一步的描述，并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
以下实施例中所使用的含钒浸出液的成分与背景技术中的表1相同。
实施例1
取500ml含钒浸出液(pH＝2.8)，按照锰离子与碳酸根离子摩尔比为1：1.9加入碳酸铵溶液(50g/L)，搅拌速率600转/分钟，常温反应0.5小时后过滤；过滤后的滤渣，加去离子水500ml，搅拌速度600转/分钟，升温至70℃，反应0.5小时后，趁热过滤；将两部分滤液混合后，用硫酸调节pH＝3后，搅拌速度600转/分钟，加热升温至90℃后保温反应1小时，然后冷却至室温，过滤，将过滤后的沉淀放入烘箱中于70℃烘干；将烘干的沉淀放入马弗炉中，在550℃下煅烧2小时，期间保持通入空气，冷却后即得高纯V2O5，V2O5的全元素分析结果见表2，XRD图谱见图1。
本实施例锰去除率99.3％，钒收率80.5％，制备的高纯V2O5纯度为99.9％。
实施例2
取500ml含钒浸出液(pH＝2.8)，按照锰离子与碳酸根离子摩尔比为1：2.5加入碳酸铵溶液(100g/L)，搅拌速率500转/分钟，常温反应1小时后过滤；过滤后的滤渣，加去离子水500ml，搅拌速度500转/分钟，升温至70℃，反应1小时后，趁热过滤；将两部分滤液混合后，用硫酸调节pH＝2后，搅拌速度500转/分钟，加热升温至95℃后保温反应1.5小时，然后冷却至室温，过滤，将过滤后的沉淀放入烘箱中于80℃下烘干；将烘干的沉淀放入马弗炉中，在550℃下煅烧3小时，期间保持通入空气，冷却后即得高纯V2O5，V2O5的全元素分析结果见表2。
本实施例锰去除率99.4％，钒收率81.2％，制备的高纯V2O5纯度为99.9％。
实施例3
取500ml钒浸出液(pH＝2.8)，按照锰离子与碳酸根离子摩尔比为1：3加入碳酸铵溶液(80g/L)，搅拌速率700转/分钟，常温反应1.5小时后过滤；过滤后的滤渣，加去离子水500ml，搅拌速度700转/分钟，升温至70℃，反应1小时后，趁热过滤；将两部分滤液混合后，用硫酸调节pH＝1后，搅拌速度700转/分钟，加热升温至95℃后保温反应1.5小时，然后冷却至室温，过滤，将过滤后的沉淀放入烘箱在80℃下烘干；将烘干的沉淀放入马弗炉中，在550℃下煅烧3小时，期间保持通入空气，冷却后即得高纯V2O5，V2O5的全元素分析结果见表2。
本实施例锰去除率99.2％，钒收率80.9％，制备的高纯钒产品纯度为99.9％。
表2实例1～3制备的高纯五氧化二钒全元素分析结果(％)
Mn Fe Si Mg Ti Al Ca Na Cr
1 ﹤0.002 ﹤0.002 ﹤0.002 0.052 ﹤0.002 0.0025 ﹤0.002 0.0046 ﹤0.002
2 ﹤0.002 ﹤0.002 ﹤0.002 0.055 ﹤0.002 0.0022 0.003 0.005 ﹤0.002
3 ﹤0.002 ﹤0.002 ﹤0.002 0.056 ﹤0.002 0.0035 ﹤0.002 0.0031 ﹤0.002

Claims (10)

1.去除含钒浸出液中锰的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、取酸性含钒浸出液，按照碳酸根离子与锰离子的摩尔比为1.9～3.0：1加入碳酸铵溶液，搅拌反应后过滤，得滤液和滤渣；
S2、向滤渣中加水，升温至65～75℃，搅拌反应后过滤，得滤液；
S3、将S1和S2中的滤液混匀后，调节pH＝1～3，升温至90～100℃，搅拌反应后过滤，得沉淀物；
S4、将沉淀物干燥、煅烧，即得高纯V2O5。
2.根据权利要求1所述去除含钒浸出液中锰的方法，其特征在于：S1中，所述含钒浸出液的pH为2.0～3.5。
3.根据权利要求1所述去除含钒浸出液中锰的方法，其特征在于：S1中，所述含钒浸出液中的V10～40g/L，Mn 5～40g/L，Al 0.05～1.5g/L，Ca 0.05～1.5g/L，Cr 0.005～0.05g/L，Fe 0.01～1.5g/L，K 0.01～1.0g/L，Na 0.1～1.0g/L，Si 0.1～1.0g/L，Ti 0.01～0.5g/L，Mg 0.5～5g/L。
4.根据权利要求1所述去除含钒浸出液中锰的方法，其特征在于：S1中，所述碳酸铵溶液的浓度为50～100g/L。
5.根据权利要求1所述去除含钒浸出液中锰的方法，其特征在于：S1中，所述搅拌的速度为400～1000r/min；所述反应的时间为0.5～1.5h。
6.根据权利要求1所述去除含钒浸出液中锰的方法，其特征在于：S2中，所述水的体积与S1中含钒浸出液相同；所述搅拌的速度为400～1000r/min；所述反应的时间为0.5～1.5h。
7.根据权利要求1所述去除含钒浸出液中锰的方法，其特征在于：S3中，所述pH是用硫酸调节。
8.根据权利要求1所述去除含钒浸出液中锰的方法，其特征在于：S3中，所述搅拌的速度为400～1000r/min；所述反应的时间为1～2h。
9.根据权利要求1所述去除含钒浸出液中锰的方法，其特征在于：S4中，所述干燥是指在70～90℃烘干。
10.根据权利要求1所述去除含钒浸出液中锰的方法，其特征在于：S4中，所述煅烧是指在空气气氛下，于500～600℃煅烧2～4h。
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