CN101456587A - 一种高纯五氧化二钒的生产方法 - Google Patents

Abstract

一种高纯五氧化二钒的生产方法，包括如下步骤：溶解：粗偏钒酸铵加入水溶液中，加热到80～90℃时加入氨水，边搅拌边加入，至偏钒酸铵完全溶解；加入不同的除杂试剂进行杂质的分离；将分离出杂质后的溶液进行过滤；过滤后的溶液置于反应釜中加入氧化剂，将二价钒氧化成五价钒；氧化完全的溶液酸化析出棕色五氧化二钒；棕色五氧化二钒真空过滤，脱水干燥；干燥后的棕色五氧化二钒置于旋转炉中煅烧；生产方法中包括盘式真空过滤机、反应釜和旋转炉等设备；该方法生产的五氧化二钒，纯度高，杂质少，用于有机合成的催化剂和航天航空领域，该方法生产设备简单，生产效益高，适合规模化的工业生产。

Description

一种高纯五氧化二钒的生产方法

技术领域

本发明涉及一种高纯五氧化二钒的生产方法。

背景技术

钒因其固有的物理和化学特性，被广泛应用于国防建设和经济建设的各个领域，在冶金工业中，钒能使晶粒细化，提高钢材耐热性和钢材强度，常用于生产不锈钢、坦克钢和高强结构钢；在航空航天工业中钒能确保低密度和高强度，并且在高温下仍能保持其强度的能力。世界上的钒约有10％用于钛合金，钛合金中的1％钒可作为强化剂和稳定剂，钛合金中添加4％钒时，合金具有好的延展性和成形性。钛合金中最重要的两种合金是Ti-6Al-4V和Ti-8Al-1Mo-1V，这两种合金共占钛合金市场的50％以上。钒在钛合金中是一种很强的稳定剂，重量轻，强度大，能改善钛合金的结晶结构，提高高温稳定性、耐热性、冷加工性，具有很高的抗疲劳性能，因而广泛用作飞机骨架结构，发动机的压缩涡轮盘和叶片、主翼、水平尾翼、起落架支架、助梁、防护板、桨板等，还用于宇航船舱的骨架、导弹预警搜索箱、火箭发动机机壳、军舰的水翼和引进器等，以及装甲、火炮和人员的防弹保护装置等方面。如美国的F15、F18、F22型战斗机、波音777型客机、运输机、新型直升机燃气涡轮材料等。因钒在特殊领域的应用，就要求钒必须具有极高的纯度；杂质含量的超标或产品质量不均都会造成致命的危害。钒在航空航天领域中的应用主要以高纯五氧化二钒为原料，通过高纯五氧化二钒生产出高质量的钒铝中间合金，将得到的钒铝合金添加到钛合金里，再加工成各种航空航天部件。

钒是多价态元素，其价态在+5至+2间变换，化学工业生产中都利用钒的这一特性作为催化剂，如马来酸酐催化剂、已二酸催化剂、苯二甲酸酐催化剂、乙烯和丙烯交联催化剂、以及乙烷、乙二醇脱碳催化剂，在这些催化剂中使用的五氧化二钒要求极低的杂质含量，超过国家优级纯的标准。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种高纯五氧化二钒的生产方法，目的是生产出能够用于有机合成催化剂和航天航空领域的高纯五氧化二钒。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：一种高纯五氧化二钒的生产方法，所述的生产方法包括如下步骤：

(1)、使偏钒酸铵溶解：粗偏钒酸铵加入水中，加热到80～90℃时加入氨水，并加入氢氧化钠与碳酸钠的混合物去除杂质；

(2)氧化：过滤后的溶液置于反应釜中加入氧化剂KClO₃，加入量为溶液的0.5～0.8％；

(3)氧化完全的溶液温度控制在90～95℃，加强酸调节pH值至2～3，过滤，脱水干燥，煅烧析出的棕色五氧化二钒。

所述的粗偏钒酸铵以100kg加入300～350kg水中，偏钒酸铵易溶于热水和稀氨水中，难溶于冷水，加热到80～90℃时加入氨水，边搅拌边加入，至到偏钒酸铵完全溶解。

所述的偏钒酸铵含有一定量的杂质，加入不同的除杂试剂将杂质的分离出去，杂质包括Si、Pb、Fe、Ca、Cu、Fe、As、Cr、Cd等离子，As、Si可以加入适量的明矾，生成絮状沉淀除去；Pb、Fe、Ca、Cu、Cr、Cd等元素，只须调整PH值和加入一定量的净化剂，净化剂为氢氧化钠与碳酸钠的混合物，其加入量由金属离子的含量和母液水的PH值确定，产生沉淀，再经过自然沉降、澄清，过滤，得上清液；

所述的去除杂质的上清液，加热到80～90℃时，向溶液中加入氧化剂KClO₃，边搅拌边加入，将溶液中的二价钒氧化成五价钒，氧化剂的加入量为溶液的0.5～0.8％，示例性的加入量为1.3～1.8kg左右。

所述的析出在反应釜内完成，氧化完全的溶液，在90～95℃、用硫酸调节pH值2～3的条件下搅拌，转速100～120r/min。

所述的煅烧，将干燥后的棕色粉状固体在氧化气氛的旋转炉内煅烧，温度500～550℃，时间2～2.5小时。

所述的强酸为体积比为5～10％的硫酸。

一种高纯五氧化二钒的生产方法，与现有技术相比，用本发明所提供的方法生产的五氧化二钒，纯度高，杂质少，用于有机合成的催化剂和航天航空领域；该方法生产设备简单，生产效益高，适合规模化的工业生产。

具体实施方式

下面通过对具体实施例的描述，对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。

一种高纯五氧化二钒的生产方法，将偏钒酸铵加入水溶液中，加热水溶液到80～90℃时加入氨水，边搅拌边加入，直到偏钒酸铵完全溶解；加入不同的除杂试剂将杂质分离出去；去除杂质的上清夜，经充分搅拌后，在不低于80℃的情况下，采用盘式真空过滤机过滤，过滤后的滤液澄清透明，加热到80～90℃时，向溶液中加入氧化剂KClO₃，边搅拌边加入，氧化完全的溶液，在反应釜内加热，加入硫酸调节pH值，搅拌，至棕色固体完全析出；然后真空过滤，脱水干燥，获得棕色粉状固体；将干燥后的粉状固体在氧化气氛中煅烧，得纯度大于99.5％高纯五氧化二钒。

下面实例进一步说明本发明。

实施例1

1)将偏钒酸铵100Kg加入350Kg水中，加热到80℃时加入氨水，边搅拌边加入，直到偏钒酸铵完全溶解；

2)加入适量的明矾去除溶液中的Si，加入氢氧化钠与碳酸钠的混合物，除去；Pb、Fe、Ca、Cu、Ni、As、Cr、Cd等元素，再经过自然沉淀、澄清。

3)去除杂质的上清夜，加热到80℃时，向溶液中加入氧化剂KClO₃，边搅拌边加入，将溶液中的二价钒氧化成五价钒，KClO₃的加入量为1.5kg；

4)氧化完全的溶液，在反应釜内加热至95℃，加入硫酸调节pH值2.5并进行搅拌，转速100r/min，至棕色固体完全析出；

5)然后再真空过滤，脱水干燥，获得棕色粉状固体；

6)将干燥后的粉状固体在氧化气氛中煅烧，温度550℃，时间2小时；

所有的溶解、分离、过滤和脱水都发生在封闭的空间中。

煅烧后的固体粉末为棕红色或砖红色，即为五氧化二钒，经分析其含V₂O₅达99.5％以上。

实施例2

1)将偏钒酸铵100Kg加入300Kg水中，加热到90℃时加入氨水，边搅拌边加入，直到偏钒酸铵完全溶解；

2)与实施例1相同的方法除去偏钒酸铵所含的杂质；

3)去除杂质的上清液加热到90℃时，向溶液中加入氧化剂KClO₃，边搅拌边加入，将溶液中的二价钒氧化成五价钒，KClO₃的加入量为1.8kg；

4)氧化完全的溶液，在反应釜内加热至90℃，加入硫酸调节pH值3并进行搅拌，转速120r/min，至棕色固体完全析出；

5)然后再真空过滤，脱水干燥，获得棕色粉状固体；

6)将干燥后的粉状固体在氧化气氛中煅烧，温度530℃，时间2.5小时。

所有的溶解、分离、过滤和脱水都发生在封闭的空间中。

煅烧后的固体粉末为棕红色或砖红色，既为五氧化二钒，经分析其含V₂O₅达99.5％以上。

所得五氧化二钒按如下方法检测：

称取约0.2～0.25g预先在105～110℃烘3～4小时并在干燥器中冷却至室温的五氧化二钒样品，精确至0.0001g，置于400ml烧杯中，加50ml 1:1的硫酸、5ml磷酸、5ml高锰酸钾，放置至少10分钟，使溶液冷却至室温。加入10g尿素溶液，滴加亚硝酸钠溶液至溶液红色消失并过量1～2滴，充分摇匀，放置1分钟，加入3滴氨基苯甲酸指示液，用硫酸亚铁铵标准溶液滴定至溶液由紫红色变为亮绿色为中点。

五氧化二钒的质量百分数A(％)的计算方法如下：

$A=\frac{V\×C\×0.09094\×100}{M}$

上式中：V—滴定所用硫酸亚铁铵标准溶液的体积，ml

C—硫酸亚铁铵标准溶液的实际浓度，mol/L

0.09094—与1ml硫酸亚铁铵标准溶液相当的以克表达的五氧化二钒的质量。

M—称取样品的质量(g)。

本发明可用不违背本发明的精神或主要特征的具体形式来概述。上述实施方案仅是对本发明的说明而不能限制本发明，因此，与本发明的权利要求书相当的含义和范围内的任何改变，都应认为是包括在权利要求书的范围内。

Claims (6)

1、一种高纯五氧化二钒的生产方法，其特征在于：所述的生产方法包括如下步骤：

(1)、使偏钒酸铵溶解：粗偏钒酸铵加入水中，加热到80～90℃时加入氨水，并加入氢氧化钠与碳酸钠的混合物去除杂质；

(2)氧化：除杂后的溶液过滤，过滤后的溶液置于反应釜中加入氧化剂KClO₃，加入量为溶液的0.5～0.8％；

(3)氧化完全的溶液温度控制在90～95℃，加强酸调节pH值至2～3，过滤，脱水干燥，煅烧析出的棕色五氧化二钒。

2、根据权利要求1所述的一种高纯五氧化二钒的生产方法，其特征在于：所述的粗偏钒酸铵以100kg加入300～350kg水中。

3、根据权利要求1所述的一种高纯五氧化二钒的生产方法，其特征在于：所述的强酸为体积比5～10％的硫酸。

4、根据权利要求1所述的一种高纯五氧化二钒的生产方法，其特征在于：所述的棕色五氧化二钒置于旋转炉中煅烧，操作温度500～550℃，时间2～2.5小时。

5、根据权利要求4所述的一种高纯五氧化二钒的生产方法，其特征在于：所述的棕色五氧化二钒过滤在盘式真空过滤机中完成的，操作温度为80～90℃。

6、根据权利要求4所述的一种高纯五氧化二钒的生产方法，其特征在于：所述的析出在反应釜内完成的，反应釜操作温度为90～95℃，搅拌速度100～120r/min。