CN102953082B - 一种降低沉钒合格液pH值的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种降低沉钒合格液pH值的方法，其特征在于，该方法包括，在离子膜电解条件下，将所述沉钒合格液引入离子膜电解槽的阳极室中，将电解质水溶液引入离子膜电解槽的阴极室中，进行离子膜电解。本发明的方法既降低了沉钒合格液的pH值，也不会引入酸根阴离子。在电解过程中，沉钒合格液置于阳极室，阳极室的水被电解为氧气与氢离子，阴极室的水被电解为氢气与氢氧根离子；阳极室中的钒酸盐中的钠离子透过阳离子膜进入阴极室，与阴极室中已经生成的氢氧根离子生成氢氧化钠，钒酸根离子则滞留于阳极室，与阳极室中生成的氢离子结合为钒酸(或者酸式钒酸盐)。这样，利用离子膜电解，实现了非酸降低沉钒合格液的pH值的目的。
Description
技术领域
本发明涉及一种降低沉钒合格液pH值的方法。
背景技术
在传统的氧化钒生产中，通常是采用钠盐焙烧、铵盐沉钒的工艺。钒在溶液中能以多种聚集态存在，而组成各异的多种钒的化合物。钒在溶液中的存在状态与溶液的pH值有很大的关系。因此，现有的沉钒工艺都是先调节钒溶液(沉钒合格液)的pH值，改变钒的聚合状态，然后再加入铵盐进行沉淀。
目前调节沉钒合格液pH值的通用方法是添加无机酸，比如硫酸。现有技术中涉及的对沉钒工艺的各种改进大多集中于铵盐沉钒的过程，以及对沉钒废水的处理，很少有人关注对沉钒合格液pH值的调节步骤的改进。
发明内容
本发明的目的是提供一种无需加入无机酸即可降低沉钒合格液pH值的方法。
本发明的发明人在研究中发现，现有技术用无机酸调节沉钒合格液的pH值的方法存在各种缺陷，如用硫酸调节沉钒合格液的pH值，不仅增加了原料成本，而且操作过程比较繁琐，还会带来加酸速度可控性差、设备腐蚀等一系列问题，对沉钒过程及沉淀的产品质量造成了不利影响。更为重要的是，在加入无机酸的同时，也引入了大量的无机酸根阴离子，在沉钒废水中生成了大量的无机酸盐(例如硫酸钠、硫酸铵等)，给沉钒废水的经济处理带来了极大的困难。现有技术中有很多种针对沉钒废水的处理方法，但都是围绕如何更好的将各种金属离子和酸根离子分离，并未从根本上改变最初的沉钒废水的组成。
本发明的发明人认为，造成上述一系列问题的根本原因在于用无机酸来调节沉钒合格液的pH值。而改进这一工艺过程的根本方法在于寻找能够替代用无机酸调节沉钒合格液的pH值的方法。鉴于降低沉钒合格液pH值的实质是向溶液中引入氢离子的这一事实，本发明的发明人打破常规、另辟蹊径，结合国内外氯碱工业中离子膜电解的应用实例，提出将离子膜电解技术引入钒溶液沉钒过程中，从而完成了本发明。
本发明提供了一种降低沉钒合格液pH值的方法，其特征在于，该方法包括，在离子膜电解条件下，将所述沉钒合格液引入离子膜电解槽的阳极室中，将电解质水溶液引入离子膜电解槽的阴极室中，进行离子膜电解。
本发明的方法既降低了沉钒合格液的pH值，也不会引入酸根阴离子。在阳离子膜电解过程中，沉钒合格液置于阳极室，阳极室的水被电解为氧气与氢离子，阴极室的水被电解为氢气与氢氧根离子；阳极室中的钒酸盐中的阳离子(主要为钠离子)透过阳离子膜进入阴极室，与阴极室中已经生成的氢氧根离子生成碱(主要为氢氧化钠)，阴离子(钒酸根离子)则滞留于阳极室，与阳极室中生成的氢离子结合为钒酸(或者酸式钒酸盐)。这样，利用离子膜电解，实现了非酸降低沉钒合格液的pH值的目的。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是本发明一种实施方式的过程示意图。
具体实施方式
本发明提供一种降低沉钒合格液pH值的方法，其特征在于，该方法包括，在离子膜电解条件下，将所述沉钒合格液引入离子膜电解槽的阳极室(靠近阳极)中，将电解质水溶液引入离子膜电解槽的阴极室(靠近阴极)中，进行离子膜电解。
在本发明的原理指导下，本领域技术人员可以了解到，该方法适用于任何的沉钒合格液，也可以根据需要将沉钒合格液调节到任何适用的pH值。如所述沉钒合格液的pH值可以为大于12，一般地，所述沉钒合格液的pH值大于14。
电解质水溶液的存在是为了使整个体系通电，保证电解能够进行。根据电场的方向和离子膜的作用，阳离子不会从阴极室进入阳极室而影响阳极室内的沉钒合格液的纯度，因此，本发明对所述电解质水溶液的种类和浓度没有特别的限定，只要能够使电解顺利进行即可，可以是水或者各种水溶性离子化合物的水溶液。但是考虑到沉钒合格液中存在大量的钠离子，而阴极室中发生的电解会产生氢氧根，如果选用氢氧化钠溶液作为电解质溶液能够避免引入其他离子，得到的碱液还可以回收再利用，因此，优选地，所述电解质水溶液为氢氧化钠溶液或水。所述电解质水溶液的浓度可以为0-20重量％(浓度为0即为水)。事实上，在电解进行的过程中，电解质水溶液的浓度也会随之不断变化，因此，本发明的所述电解质水溶液的浓度是指初加入阴极室内的电解质水溶液的浓度，而非在电解过程中的电解质水溶液的浓度。
本发明中所述离子膜电解槽中的离子膜优选为阳离子交换膜。
所述阳离子交换膜为本领域公知的概念，离子交换膜指对离子具有选择透过性的高分子材料制成的薄膜，而阳离子交换膜则指仅允许阳离子透过不允许阴离子透过的离子交换膜。
本发明对所述阳离子交换膜没有特别的限定，只要能够耐受沉钒合格液与电解后的沉钒合格液(本文称钒酸溶液)的pH值的阳离子交换膜即可，因此，所述阳离子交换膜优选为强酸性阳离子交换膜。
本发明对阳离子交换膜的参数没有特殊的界定和要求，为了获得更好的离子膜电解效果，进一步优选地，所述离子膜电解槽中的离子膜的交换容量为≥0.8mol/kg，最优选为≥2.0mol/kg，膜面电阻为≤15Ω·cm2，选择透过率为≥92％。
根据本发明，所述阳离子交换膜的主体中的固定部分可以为常规的各种高分子，例如可以为丁苯橡胶、纤维素、卤代聚乙烯、聚丙烯腈、含氟聚合物中的至少一种。上述阳离子交换膜可以通过商购获得，如购自旭硝子公司的全氟代离子膜、购自杜邦公司的全氟代离子膜、购自浙江千秋环保水处理有限公司的阳离子交换膜等。
本发明的发明人发现，使用具有上述优选范围参数的阳离子交换膜和优选的高分子主体能够使电解过程更稳定、且获得杂质含量更少的钒酸溶液。
根据本发明，所述离子膜电解条件可以为离子膜电解领域常规的各种条件，只要使得电解后的沉钒合格液能够用于下一步的氧化钒的生产即可，具体地，使得电解后的沉钒合格液的pH值为0.5-5。所述离子膜电解条件优选包括，电压为5-15V，电流为0.01-1.5A(单膜)。本领域技术人员可以确定，所述电压和电流可以根据待处理的沉钒合格液的pH值、浓度、体积等进行调节，这些变化的技术方案均应在本发明保护范围内。
本发明的方法可以在任何能够进行离子膜电解的装置中实施，图1为本发明一种优选实施方式的过程示意图，如图1所示，离子膜将电解装置分为阳极室和阴极室。
沉钒合格液经预处理后，通过泵A引入阳极室，电解过程中，钒酸钠电离为钠离子和钒酸根离子，电离出的钠离子在电场的作用下、通过阳离子交换膜进入阴极室，而水分子进行电解，生成的氧气逸出，氢离子与钒酸根离子发生质子化反应，得到了钒酸(或酸式钒酸盐)。
另一方面，氢氧化钠溶液(或水)通过泵B引入阴极室，电解过程中，水分子进行电解，得到的氢气逸出，氢氧根离子与来自阳极室的钠离子成碱，得到氢氧化钠。
本发明的方法可以间歇操作，也可以连续操作，如图1所示，可以将阳极室中得到钒酸(或酸式钒酸盐)引出至酸槽，同时泵A可不断的将新的沉钒合格液引入阳极室，另一方面，阴极室得到的氢氧化钠溶液可以引出至碱槽，并回收利用。
本发明的方法可以在一套离子膜电解装置中进行，也可以在多套串联或并联的多个离子膜电解装置中进行。如在串联的多个离子膜电解装置中进行时，可以将酸槽中得到的初步进行膜电解的钒酸溶液继续通过泵C引入下一个离子膜电解装置中，从而可以缩短待处理的沉钒合格液在每个离子膜电解装置中停留的时间，在连续生产过程中能够提高沉钒合格液的处理效率。
在电解过程中，沉钒合格液可以从顶部引入阳极室，也可以从底部引入，同样地，氢氧化钠溶液也既可以从顶部也可以从底部引入阴极室，在连续操作过程中，氢氧化钠溶液优选从底部引入阴极室，而在串联的多个离子膜电解装置中，为了实现更好的电解效果，引入第一个离子膜电解装置的沉钒合格液优选从第一个离子膜电解装置的顶部引入，而在后续的离子膜电解装置中，从前一离子膜电解装置中引出的钒酸溶液优选从底部引入该后续的离子膜电解装置中。
下面，通过实施例对本发明做更详细的说明。
实施例中所用离子膜为购自旭硝子公司型号为F-8020SP的全氟离子膜、杜邦公司型号为Nafion117离子膜、浙江千秋环保水处理有限公司阳离子交换膜。其中，旭硝子公司F-8020SP的全氟离子膜交换容量1.2-1.6mol/kg，膜厚度200-250μm，膜面电阻1-3Ω·cm2，选择透过率＞98％；杜邦Nafion117离子膜的交换容量0.91mol/kg，膜面电阻2.0Ω·cm2；浙江千秋环保水处理有限公司阳离子交换膜交换容量≥2.0mol/kg，膜面电阻≤15Ω·cm2，选择透过率≥92％。
实施例1
在如图1所示的离子膜电解装置进行电解，所用阳离子交换膜为购自旭硝子公司型号为F-8020SP的全氟离子膜。其中，阳极室中通过泵A引入500mL、含钒38.25g/L、pH值大于14的沉钒合格液，阴极室中通过泵B引入500mL、浓度为0.2重量％的氢氧化钠溶液，电压控制在5-12V，电流为0.05-1.45A，阳极室内的溶液的pH值在10个小时内达到2。
实施例2
在如图1所示的离子膜电解装置进行电解，所用阳离子交换膜为浙江千秋环保水处理有限公司阳离子交换膜。其中，阳极室中通过泵A引入500mL、含钒38.25g/L、pH值大于14的沉钒合格液，阴极室中通过泵B引入500mL、浓度为0.1重量％的氢氧化钠溶液，电压控制在5-10V，电流为0.05-1.45A，阳极室内的溶液的pH值在12个小时内达到2。
实施例3
在如图1所示的离子膜电解装置进行电解，所用阳离子交换膜为杜邦公司型号为Nafion117离子膜。其中，阳极室中通过泵A引入500mL、含钒38.25g/L、pH值大于14的沉钒合格液，阴极室中通过泵B引入500mL、浓度为0.5重量％的氢氧化钠溶液，电压控制在5-15V，电流为0.05-1.45A，阳极室内的溶液的pH值在9个小时内达到2。
Claims (6)
1.一种降低沉钒合格液pH值的方法，其特征在于，该方法包括，在离子膜电解条件下，将所述沉钒合格液引入离子膜电解槽的阳极室中，将电解质水溶液引入离子膜电解槽的阴极室中，进行离子膜电解；
所述离子膜电解槽中的离子膜为强酸性阳离子交换膜；
所述离子膜的交换容量为≥0.8mol/kg，膜面电阻为≤15Ω·cm2，选择透过率为≥92％；
所述离子膜为丁苯橡胶、纤维素、卤代聚乙烯、聚丙烯腈、含氟聚合物制成的膜。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述沉钒合格液的pH值大于12。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述电解质水溶液为氢氧化钠溶液或水。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述电解质水溶液的浓度为0-20重量％。
5.根据权利要求1-4中任意一项所述的方法，其中，所述离子膜电解条件使得电解后的沉钒合格液的pH值为0.5-5。
6.根据权利要求1-4中任意一项所述的方法，其中，所述离子膜电解条件包括，电压为5-15V，电流为0.01-1.5A。
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| EP0221751A1 (en) * | 1985-10-25 | 1987-05-13 | Tosoh Corporation | Method for separating an acid and an alkali from an aqueous solution of a salt |
| CN1554591A (zh) * | 2003-12-24 | 2004-12-15 | �Ϻ���ͨ��ѧ | 一种碱性废水的处理方法 |
| CN1715199A (zh) * | 2005-07-21 | 2006-01-04 | 井庆有 | 含碱废水的碱回收工艺及其回收装置 |
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| CN101270497A (zh) * | 2008-05-16 | 2008-09-24 | 南京大学 | 一种料液的酸碱度的调节方法 |
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2011
- 2011-08-26 CN CN201110249419.7A patent/CN102953082B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (5)
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