CN102923775A - 一种高纯度五氧化二钒的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高纯度五氧化二钒的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：将粗钒返溶于碱溶液中，过滤以去除粗钒中与碱溶液发生沉淀反应的金属杂质，得到第一级返溶液；将所得的第一级返溶液缓慢倒入硫酸溶液中，并调节pH值至1.0～2.0，得到固液混合物并进行固液分离；将固液分离获得的沉淀物经过过滤、洗涤后，再次返溶于碱溶液中，获得第二级返溶液；向所得的第二级返溶液加入硫酸铵进行沉钒，过滤得到偏钒酸铵；处理所述偏钒酸铵制取高纯度五氧化二钒。本发明采用多级返溶的制备方法有效地去除五氧化二钒中的金属阳离子杂质，获得各种金属阳离子杂质含量均小于0.001％、五氧化二钒含量达到99.99％的高纯度五氧化二钒。

Description

一种高纯度五氧化二钒的制备方法

技术领域

本发明涉及一种五氧化二钒的制备方法，更具体地讲，涉及一种利用多级返溶操作制备高纯度五氧化二钒的制备方法。

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。由于钒在航空航天材料，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。根据不同含钒矿产资源，钒产品中的杂质元素及含量各不相同，但大部分杂质元素为金属杂质和硅。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。

目前，通过溶剂萃取法除杂和离子交换法除杂，其主要优势在于，对于钒浓度较低的溶液，可以通过萃取或离子交换进行钒的富集，当达到一定钒浓度后再进行钒产品的生产。但是萃取剂和离子交换树脂随着钒浓度的增加，用量会急剧增大，导致整个钒产品的生产成本升高，因而应用在工业化生产中相对较少；化学沉淀净化法除杂，是通过加入沉淀剂将钒中杂质元素去除，但是其工艺流程较长，且操作复杂，还会造成沉淀剂中的杂质元素被引入到钒产品中，造成钒产品的纯度难以提高。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明的目的之一在于解决上述现有技术中存在的一个或多个问题。

为了实现上述目的，本发明提供了一种高纯度五氧化二钒的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：将粗钒返溶于碱溶液中，过滤以去除粗钒中与碱溶液发生沉淀反应的金属杂质，得到第一级返溶液；将所得的第一级返溶液缓慢倒入硫酸溶液中，并调节pH值至1.0～2.0，得到固液混合物并进行固液分离；将固液分离获得的沉淀物经过过滤、洗涤后，再次返溶于碱溶液中，获得第二级返溶液；向所得的第二级返溶液加入硫酸铵进行沉钒，过滤得到偏钒酸铵；处理所述偏钒酸铵制取高纯度五氧化二钒。

根据本发明所述的高纯度五氧化二钒的制备方法的一个实施例，所述氢氧化钠溶液采用分析纯级的氢氧化钠溶液。

根据本发明所述的高纯度五氧化二钒的制备方法的一个实施例，所述处理偏钒酸铵的步骤可以包括：将所述偏钒酸铵过滤洗涤3次，固液比均为1∶2；然后在50℃～60℃烘干，并在500～550℃焙烧2～2.5小时得到高纯度五氧化二钒。

根据本发明所述的高纯度五氧化二钒的制备方法的一个实施例，所述粗钒为冶金级五氧化二钒。

根据本发明所述的高纯度五氧化二钒的制备方法的一个实施例，在所述调节pH值的步骤中，以液固比为1∶1的比例加入离子水。

根据本发明所述的高纯度五氧化二钒的制备方法的一个实施例，在所述沉钒步骤中，将所述第二级返溶液水浴加热至50℃～60℃。

根据本发明所述的高纯度五氧化二钒的制备方法的一个实施例，在获得第一级返溶液的所述过滤步骤中，可包括第一级粗过滤和第二级精过滤，其中，所述第一级粗过滤将粒径大于80微米的大颗粒沉淀物过滤掉，所述第二级精过滤将粒径大于5微米的沉淀物过滤掉。

根据本发明所述的高纯度五氧化二钒的制备方法的一个实施例，所述碱溶液为氢氧化钠溶液。

本发明能够制得高纯度的五氧化二钒，与现有技术相比，本发明的有益效果包括工艺过程简单、操作方便、能有效去除五氧化二钒中的阳离子杂质、并在生产过程中不引入其他杂质元素且对环境污染小等。

具体实施方式

本发明提供了一种高纯度五氧化二钒的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：

(1)将粗钒返溶于碱溶液，然后过滤以去除粗钒中与碱溶液发生沉淀反应的金属杂质，得到第一级返溶液。

其中，粗钒为冶金级五氧化二钒，本发明所用的粗钒中含有诸如铬、钠等金属离子杂质和硅等非金属离子杂质。优选地，碱溶液采用氢氧化钠溶液，进一步地，氢氧化钠溶液可以采用分析纯级的氢氧化钠溶液，当然其他能够溶解粗钒中的钒并与粗钒中的金属阳离子反应生成氢氧化物沉淀的碱溶液都可以。在本发明的一个示例性实施例中，为了提高过滤效率，节约过滤时间，过滤除杂分为两个步骤，包括第一级粗过滤和第二级精过滤，第一级粗过滤是指将粒径大于80微米的大颗粒沉淀物快速清除，第二级精过滤是指将粒径大于5微米的沉淀物清除。过滤可以采用多种方式，可以使用布氏漏斗、带式过滤机或者压滤机，其中工业上一般采用布什漏斗。

(2)将所得的第一级返溶液缓慢倒入硫酸溶液中，同时搅拌，并调节pH值至1.0～2.0，为酸性沉钒提供有利的条件，若pH值不在此区间，则会造成钒损失。在此过程中，随着第一级返溶液的不断加入，反应生产大量红色固体，溶液粘度加大，此时以液固比1∶1的比例加入去离子水，稀释溶液以利于杂质Si进入液相，钒进入固相，得到固液混合物，并通过抽滤等常用的方法进行固液分离。

(3)将固液分离获得的沉淀物经过过滤、洗涤以去除各种金属阳离子，在本发明的一个示例中，经三次洗涤后，大量的硅、铬进入过滤液中。在洗涤过程中，部分钒离子进入滤液中，为了对损失在溶液中的钒离子进行回收利用，可以将滤液循环洗涤利用。接着将洗涤后的沉淀物返溶于碱溶液中至沉淀物完全溶解，获得第二级返溶液。这里碱溶液优选氢氧化钠溶液，在返溶的过程中，一般地，首先将过滤后的沉淀物和一定比例的水混合，然后加入氢氧化钠固体对沉淀物进行溶解。

(4)向所得的第二级返溶液加入硫酸铵，进行沉钒除钠。在沉钒除钠之前，为了提高偏钒酸铵的收率，并使受热更加均匀，可以对第二级返溶液进行水浴加热并将温度控制在50℃～60℃，搅拌反应完全后，过滤得到偏钒酸铵，钠离子留在过滤液中。

(5)处理所述偏钒酸铵制取高纯度五氧化二钒。优选地，在本发明的另一个示例性实施例中，处理偏钒酸铵包括：将偏钒酸铵过滤洗涤3次，固液比均为1∶0.5～1∶2，其中，“固”是指沉淀物，“液”是指去离子水。然后将过滤得到的偏钒酸酸铵在50℃～60℃烘干后，在500～550℃焙烧2～2.5小时得到高纯度五氧化二钒。

下面将结合具体示例来对本发明的高纯度五氧化二钒的制备方法作进一步的说明。以下示例仅用于说明本发明，而不是以任何方式来限制本发明。

示例1

将100g粗钒返溶于氢氧化钠溶液(由50g氢氧化钠固体和400ml去离子水混合制成)中，所得溶液pH值为8.93，然后过滤以去除不溶杂质，得到第一级返溶液；将200ml浓硫酸和600ml去离子水配制硫酸溶液，再将所得的1100ml第一级返溶液缓慢倒入配制好的硫酸溶液中，同时搅拌，并调节pH值至1.0，在此过程中，随着第一级返溶液的不断加入，反应生产大量红色固体，溶液粘度加大，此时以液固比1∶1的比例加入去离子水，稀释溶液以利于杂质Si进入液相，钒进入固相，得到固液混合物，并通过抽滤实现固液分离，固液分离获得的沉淀物经过过滤、洗涤后，经分析：固体沉淀物中钒的质量分数为47％、钠的质量分数为3％、硅的质量分数为0.008％、铬的质量分数＜0.001％。接着称650g洗涤后的沉淀物再次返溶于氢氧化钠溶液中至沉淀物完全溶解，获得第二级返溶液，测量得到其pH值为9.8；对第二级返溶液进行水浴加热并将温度控制在50℃，然后加入750g硫酸铵，搅拌反应一个小时，过滤得到偏钒酸铵；将偏钒酸铵过滤洗涤3次，固液比均为1∶2；然后将过滤得到的偏钒酸酸铵在50℃烘干后，在500℃条件下，在马弗炉中焙烧2小时得到高纯度五氧化二钒，焙烧过程中取出搅拌一次以使偏钒酸铵充分反应。

示例2

将100g粗钒返溶于氢氧化钠溶液(由50g氢氧化钠固体和400ml去离子水混合制成)中，所得溶液pH值为8.93，然后过滤以去除不溶杂质，得到第一级返溶液；将200ml浓硫酸和600ml去离子水配制硫酸溶液，再将所得的1100ml第一级返溶液缓慢倒入配制好的硫酸溶液中，同时搅拌，并调节pH值至2.0，在此过程中，随着第一级返溶液的不断加入，反应生产大量红色固体，溶液粘度加大，此时以液固比1∶1的比例加入去离子水，稀释溶液以利于杂质Si进入液相，钒进入固相，得到固液混合物，并通过抽滤实现固液分离，固液分离获得的沉淀物经过过滤、洗涤后，经分析：固体沉淀物中钒的质量分数为47％、钠的质量分数为3％、硅的质量分数为0.008％、铬的质量分数＜0.001％。接着称650g洗涤后的沉淀物再次返溶于氢氧化钠溶液中至沉淀物完全溶解，获得第二级返溶液，测量得到其pH值为9.8；对第二级返溶液进行水浴加热并将温度控制在60℃，然后加入750g硫酸铵，搅拌反应一个小时，过滤得到偏钒酸铵；将偏钒酸铵过滤洗涤3次，固液比均为1∶0.5；然后将过滤得到的偏钒酸酸铵在60℃烘干后，在550℃条件下，在马弗炉中焙烧2.5小时得到高纯度五氧化二钒。

表1粗钒与提纯后五氧化二钒中的成分对比

表1给出了粗钒(编号1)、示例1提纯所获得的五氧化二钒(编号2)、示例2(编号3)提纯所获得的五氧化二钒中成分对比分析，其中，表中各成分的百分比均为质量分数。可以看出，采用本发明的多级返溶粗钒产品制备得到的五氧化二钒中各种金属阳离子杂质含量均小于0.001％，五氧化二钒含量达到99.99％。

综上所述，本发明的高纯度五氧化二钒的制备方法能够能有效去除五氧化二钒中的金属阳离子杂质，获得各种金属阳离子杂质含量均小于0.001％的高纯度五氧化二钒，其中，五氧化二钒的含量达到99.99％以上。本发明的方法还具有工艺过程简单、操作方便、并在生产过程中不引入其他杂质元素且对环境污染小等优点。

尽管上面结合示例性实施例描述了本发明的方法，然而，本领域普通技术人员应该理解，在不脱离权利要求保护的范围的情况下，可以对上述示例性实施例进行各种改变。

Claims (8)

1.一种高纯度五氧化二钒的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：

将粗钒返溶于碱溶液中，过滤以去除粗钒中与碱溶液发生沉淀反应的金属杂质，得到第一级返溶液；

将所述第一级返溶液缓慢倒入硫酸溶液中，并调节pH值至1.0～2.0，得到固液混合物并进行固液分离；

将固液分离获得的沉淀物经过过滤、洗涤后，再次返溶于碱溶液中，获得第二级返溶液；

向所述第二级返溶液加入硫酸铵进行沉钒除钠，过滤得到偏钒酸铵；

处理所述偏钒酸铵制取高纯度五氧化二钒。

2.根据权利要求1所述的高纯度五氧化二钒的制备方法，其特征在于，所述氢氧化钠溶液采用分析纯级的氢氧化钠溶液。

3.根据权利要求1所述的高纯度五氧化二钒的制备方法，其特征在于，所述处理偏钒酸铵的步骤包括：

将所述偏钒酸铵过滤洗涤3次，固液比均为1∶2；然后在50℃～60℃烘干，并在500～550℃焙烧2～2.5小时得到高纯度五氧化二钒。

4.根据权利要求1所述的高纯度五氧化二钒的制备方法，其特征在于，所述粗钒为冶金级五氧化二钒。

5.根据权利要求1所述的高纯度五氧化二钒的制备方法，其特征在于，在所述调节pH值的步骤中，以液固比为1∶1的比例加入离子水。

6.根据权利要求1所述的高纯度五氧化二钒的制备方法，其特征在于，在所述沉钒步骤中，将所述第二级返溶液水浴加热至50℃～60℃。

7.根据权利要求1所述的高纯度五氧化二钒的制备方法，其特征在于，获得第一级返溶液的所述过滤步骤中，包括第一级粗过滤和第二级精过滤，其中，所述第一级粗过滤将粒径大于80微米的大颗粒沉淀物过滤掉，所述第二级精过滤将粒径大于5微米的沉淀物过滤掉。

8.根据权利要求1所述的高纯度五氧化二钒的制备方法，其特征在于，所述碱溶液为氢氧化钠溶液。