CN111592042B - 一种钒液无铵沉钒制备高纯五氧化二钒的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种钒液无铵沉钒制备高纯五氧化二钒的方法。所述方法包括如下步骤：步骤a：利用无铵沉钒剂对钒液进行水解沉钒，固液分离后获得水解沉钒产品；步骤b：利用有机酸稀溶液对水解沉钒产品进行纯化，固液分离并洗涤后获得纯化后的水解沉钒产品；步骤c：对纯化后的水解沉钒产品进行煅烧获得高纯五氧化二钒。采用本发明的方法制备五氧化二钒，沉钒率可高达98％以上，五氧化二钒纯度达到99.9％以上。此外，本发明采用无铵沉钒剂沉钒使得沉钒过程不带入铵根离子，沉钒废水易处理；本发明利用有机酸稀溶液进行纯化，纯化过程简单、成本低。

Description

一种钒液无铵沉钒制备高纯五氧化二钒的方法

技术领域

本发明涉及化工领域，尤其涉及一种钒液无铵沉钒制备高纯五氧化二钒的方法。

背景技术

钒渣主要来自铁水提钒，获得的钒渣提钒工艺主要为钠化焙烧提钒和钙化焙烧提钒。获得的钒溶液主要采用酸性铵盐沉钒，酸性铵盐沉钒收率高，钒产品质量达到质量标准要求，但存在以下缺点：一方面，使用铵盐沉钒过程中，大量氨溢出，导致沉钒工序工作环境恶劣；另一方面，沉钒获得的一般是多钒酸铵，还需在500℃左右进行煅烧，烧掉其中的铵，才能获得五氧化二钒产品。现有研究技术也开始无铵沉钒，一般采用水解沉钒，水解获得的钒产品中因含部分钒酸铵钠，难以净化，因此采用此方法受局限。

虽然水解沉钒文献很多，但基本围绕水解沉钒的工艺条件进行研究(例如，钒铬液水热水解法提钒技术研究[J].钢铁钒钛，2017-10-15；钠化钒液水解沉钒的研究[J].钢铁钒钛，2015-06-15；高效低耗绿色沉钒技术实验研究[J].铁合金.2014-12-08，这些文献均从钒浓度、水解温度、pH值等对水解沉钒的工艺条件进行***的研究)，尚没有对水解产品纯化的研究。现有技术中应用水解沉钒，也是为了制备高纯五氧化二钒，其采用水解沉钒去除大部分杂质，再采用其它净化方法(如离子交换方法)进行进一步纯化达到制备高纯五氧化二钒的目的。例如，专利文献CN106430307A公开了一种高纯五氧化二钒制备方法，其采用液态加铵的方式进行水解沉钒，在酸性条件下除去部分杂质，将所得的钒水解产物滴加稀氢氧化钠溶解，过滤除去沉淀杂质，再利用阳离子交换树脂去除微量的二价或二价以上金属阳离子杂质。虽然该方法能够制备出高纯五氧化二钒，但是这种方法所使用的阳离子交换树脂成本较高，且需要多步操作、过程复杂。

鉴于此，无铵沉钒制备高纯五氧化二钒的方法仍有进一步研究的空间。

发明内容

本发明的目的在于提供一种环境友好、沉钒率高的钒液无铵沉钒制备高纯五氧化二钒的方法。本发明先对钒液进行水解沉钒，然后对水解沉钒产品进行有机酸纯化以脱掉其中的钠和钙，之后低温煅烧，得到高纯五氧化二钒。

基于以上目的，本发明采用以下技术方案：

一种钒液无铵沉钒制备高纯五氧化二钒的方法，方法包括如下步骤：

步骤a：利用无铵沉钒剂对钒液进行水解沉钒，固液分离后获得水解沉钒产品；

步骤b：利用有机酸稀溶液对水解沉钒产品进行纯化，固液分离并洗涤后获得纯化后的水解沉钒产品；

步骤c：对纯化后的水解沉钒产品进行煅烧获得高纯五氧化二钒。

根据本发明的一个实施例，钒液是钠化钒液或酸性钒液。

根据本发明的一个实施例，钒液中钒浓度为20～80g/L。

根据本发明的一个实施例，无铵沉钒剂为硫酸。

根据本发明的一个实施例，步骤a包括：利用硫酸将钒液的pH值调节到1.8～2.3，加热搅拌一定时间进行水解沉钒。

根据本发明的一个实施例，水解沉钒的加热温度为95～120℃，搅拌时间为60～120min。

根据本发明的一个实施例，步骤b中，所使用的有机酸为甲酸和/或乙酸，步骤b包括：将有机酸与水按照2～5mL:100mL的比例配置成有机酸稀溶液。

根据本发明的一个实施例，步骤b还包括：按有机酸稀溶液毫升数：水解沉钒产品克数＝2～4:1的液固比，将水解沉钒产品加入到有机酸稀溶液中，加热打浆一定时间进行纯化。

根据本发明的一个实施例，加热打浆的温度为60～80℃，加热打浆的时间为100～150min。

根据本发明的一个实施例，步骤c中，煅烧温度为400～500℃，煅烧时间为2～3h。

采用上述技术方案，本发明至少具有如下有益效果：

本发明采用硫酸等无铵沉钒剂对钒液进行水解沉钒，使得沉钒过程不带入铵根离子，沉钒废水易处理；本发明采用甲酸和/或乙酸等有机酸作为纯化剂对水解沉钒产品进行纯化，纯化过程简单，易于操作，成本低，纯化效果好。此外，本发明的整个方法过程中环保、经济、无有毒有害气体排放，钒产品回收率高。

附图说明

图1示出了根据本发明的钒液无铵沉钒制备高纯五氧化二钒的方法的工艺流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明实施例进一步详细说明。

如图1所示，本发明提供了一种钒液无铵沉钒制备高纯五氧化二钒的方法，该方法包括如下步骤：

步骤a：利用无铵沉钒剂对钒液进行水解沉钒，固液分离后获得水解沉钒产品；

步骤b：利用有机酸稀溶液对水解沉钒产品进行纯化，固液分离并洗涤后获得纯化后的水解沉钒产品；

步骤c：对纯化后的水解沉钒产品进行煅烧获得高纯五氧化二钒。

以上提到的钒液既可以是钠化钒液，也可以是酸性钒液。本发明对钒液的来源没有特别的限制，钒液可以为经钠化焙烧后的钒渣或石煤的浸出钒液。一般情况下，在钒液中，除了钒，通常还含有钠、钙、磷、钛、镁、硅、锰、铁、铝、铬等杂质。本发明对钒液中钒浓度没有特别的限制，只要能从其中回收钒即可，通过情况下，钒液中钒浓度可以大于1g/L，优选为20-80g/L。在钒液中，钒以五价钒的形式存在。

步骤a中，无铵沉钒剂可以采用硫酸。优选采用浓度为50～99％的硫酸溶液。具体步骤如下：利用硫酸将钒液的pH值调节到1.8～2.3、加热搅拌一定时间进行水解沉钒。加热温度优选为95～120℃，搅拌时间为60～120min。在利用硫酸水解沉钒过程中，硫酸与钒液反应生成难以溶解的五氧化二钒水合物，以沉淀的形式析出。反应结束后，可以采用常规过滤的方式对反应后的混合物进行固液分离，以得到沉钒上层液和沉淀渣(即为水解沉钒产品)。也可以采用本领域技术人员所熟知的其他类型的无铵沉钒剂，例如，盐酸等。根据本发明所述的方法，在水解沉钒反应结束后，通常计算初始钒液的总钒含量与沉钒上层液中的钒含量之差占所述总钒含量的百分比得到沉钒率。

步骤b中，所使用的有机酸为甲酸和/或乙酸。步骤b包括：首先，将有机酸与水按照2～5mL:100mL的比例配置成有机酸稀溶液。然后，按一定的液固比，将固液分离得到的沉淀渣加入到有机酸稀溶液中，加热打浆一定时间进行纯化。具体地，液固比优选为：有机酸稀溶液体积(mL)：沉淀渣湿重量(g)＝2～4：1，加热打浆的温度优选为60～80℃，加热打浆的时间优选为100～150min。之后，对打浆后的混合物进行固液分离，得到沉淀渣，并对沉淀渣进行洗涤。相比于采用普通的无机酸，采用甲酸、乙酸等有机酸作为纯化剂，好处是：有利于纯化掉产品中的钙，生成的甲酸钙或乙酸钙溶解于纯化液中，达到净化钒产品的钙的目的；同时甲酸、乙酸与水解产物中的钒酸铵钠中的钠生成甲酸钠或乙酸钠，溶解在纯化水中；含甲酸钠或乙酸钠的纯化后液，加热浓缩后，甲酸根离子或乙酸根离子分解，冷却结晶可获得碳酸钠，碳酸钠可以返回钒渣焙烧或作为碳酸钠资源出售。

步骤c中，煅烧温度为400～500℃，煅烧时间为2～3h。在煅烧过程中，经纯化的五氧化二钒水合物分解生成高纯五氧化二钒。

以下给出本发明的具体实施例。

实施例1

用硫酸调节100mL钒溶液(钒浓度为20g/L)pH值至1.8；95℃加热搅拌60min；过滤、沉淀渣待用；将甲酸与水按照2mL:100mL的比例配成有机酸稀溶液；按有机酸稀溶液体积(mL)：沉淀渣湿重(g)＝2：1的液固比，把沉淀渣加入到有机酸稀溶液中，60℃加热打浆100min；过滤，400℃，煅烧2h。其中，获得沉钒上层液85mL，上层液中钒含量为0.30g/L，沉钒率为98.73％，获得五氧化二钒产品3.49g，五氧化二钒含量达99.95％。

实施例2

用硫酸调节200ml钒溶液(钒浓度为60g/L)pH值至2.0；100℃加热搅拌100min；过滤、沉淀渣待用；将乙酸与水按照5mL:100mL的比例配成有机酸稀溶液；按有机酸稀溶液体积(mL)：沉淀渣湿重(g)＝3：1的液固比，把沉淀渣加入有机酸稀溶液中，70℃加热打浆120min；过滤，450℃煅烧2.5h。其中，获得沉钒上层液150mL，上层液中钒含量为0.28g/L，沉钒率为99.65％，获得五氧化二钒产品21.13g，五氧化二钒含量达99.96％.

实施例3

用硫酸调节300mL钒溶液(钒浓度为80g/L)pH值至2.3；120℃加热搅拌120min；过滤、沉淀渣待用；将甲酸和乙酸与水按照4mL:100mL的比例配成有机酸稀溶液；按有机酸稀溶液体积(mL)：沉淀渣湿重(g)＝4：1的液固比，把沉淀渣加入有机酸稀溶液中，80℃加热打浆150min；过滤，500℃，煅烧3h。获得沉钒上层液180mL，上层液中钒含量为0.22g/L，沉钒率为99.83％，获得五氧化二钒产品42.34g，五氧化二钒含量达99.95％.

实施例4

用盐酸调节100mL钒溶液(钒浓度为20g/L)pH值至2.1；110℃加热搅拌80min；过滤、沉淀渣待用；将甲酸与水按照3mL:100mL的比例配成有机酸稀溶液；按有机酸稀溶液体积(mL)：沉淀渣湿重(g)＝2：1的液固比，把沉淀渣加入到有机酸稀溶液中，60℃加热打浆130min；过滤，400℃，煅烧2h。其中，获得沉钒上层液88mL，上层液中钒含量为0.29g/L，沉钒率为98.94％，获得五氧化二钒产品3.8g，五氧化二钒含量达99.94％。

通过以上实施例可知，采用本发明的方法制备五氧化二钒，沉钒率可高达98％以上，五氧化二钒纯度达到99.9％以上。本发明的方法无需含氨的沉钒剂，减少了氨污染；沉钒后，沉钒上层液因无铵，有利于废水处理。另外，本发明的方法既适用于钠化钒液也适用于酸性钒液，适用范围广泛。本发明的纯化过程简单、设备要求低、操作方便、成本低，具有很好的社会效益和经济效益。

以上是本发明公开的示例性实施例，上述本发明实施例公开的顺序仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。但是应当注意，以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本发明实施例公开的范围(包括权利要求)被限于这些例子，在不背离权利要求限定的范围的前提下，可以进行多种改变和修改。根据这里描述的公开实施例的方法权利要求的功能、步骤和/或动作不需以任何特定顺序执行。此外，尽管本发明实施例公开的元素可以以个体形式描述或要求，但除非明确限制为单数，也可以理解为多个。

所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本发明实施例公开的范围(包括权利要求)被限于这些例子；在本发明实施例的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，并存在如上所述的本发明实施例的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。因此，凡在本发明实施例的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包括在本发明实施例的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种钒液无铵沉钒制备高纯五氧化二钒的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

步骤a：利用无铵沉钒剂对钒液进行水解沉钒，固液分离后获得水解沉钒产品；

步骤b：利用有机酸稀溶液对水解沉钒产品进行纯化，固液分离并洗涤后获得纯化后的水解沉钒产品；

步骤c：对纯化后的水解沉钒产品进行煅烧获得高纯五氧化二钒，

所述步骤b中，所使用的有机酸为甲酸和/或乙酸。

2.根据权利要求1所述的钒液无铵沉钒制备高纯五氧化二钒的方法，其特征在于，所述钒液是钠化钒液或酸性钒液。

3.根据权利要求1所述的钒液无铵沉钒制备高纯五氧化二钒的方法，其特征在于，所述钒液中钒浓度为20～80g/L。

4.根据权利要求1所述的钒液无铵沉钒制备高纯五氧化二钒的方法，其特征在于，所述无铵沉钒剂为硫酸。

5.根据权利要求4所述的钒液无铵沉钒制备高纯五氧化二钒的方法，其特征在于，所述步骤a包括：利用硫酸将所述钒液的pH值调节到1.8～2.3，加热搅拌一定时间进行水解沉钒。

6.根据权利要求5所述的钒液无铵沉钒制备高纯五氧化二钒的方法，其特征在于，水解沉钒的加热温度为95～120℃，搅拌时间为60～120min。

7.根据权利要求1所述的钒液无铵沉钒制备高纯五氧化二钒的方法，其特征在于，所述步骤b包括：将所述有机酸与水按照2～5mL:100mL的比例配置成所述有机酸稀溶液。

8.根据权利要求7所述的钒液无铵沉钒制备高纯五氧化二钒的方法，其特征在于，所述步骤b还包括：按有机酸稀溶液毫升数：水解沉钒产品克数＝2～4:1的液固比，将所述水解沉钒产品加入到所述有机酸稀溶液中，加热打浆一定时间进行纯化。

9.根据权利要求8所述的钒液无铵沉钒制备高纯五氧化二钒的方法，其特征在于，加热打浆的温度为60～80℃，加热打浆的时间为100～150min。

10.根据权利要求1所述的钒液无铵沉钒制备高纯五氧化二钒的方法，其特征在于，所述步骤c中，煅烧温度为400～500℃，煅烧时间为2～3h。

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