CN103159259B - 一种从拜耳法生产氧化铝流程的蒸发母液中提取五氧化二钒的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种从拜耳法生产氧化铝流程的蒸发母液中提取五氧化二钒的方法，其特征在于：包括如下步骤：A蒸发母液结晶分离将蒸发母液降温，钒盐接种，结晶；将结晶后的母液压滤得钒盐晶体；B晶体提纯将钒盐晶体加入硫酸溶液加热溶解；除杂、过滤后加入NH₄Cl或（NH₄）₂SO₄析出的偏钒酸铵经焙烧制得高纯度V₂O₅。本发明流程较短、操作方便、成本较低、钒回收率高、节能。

Description

一种从拜耳法生产氧化铝流程的蒸发母液中提取五氧化二钒 的方法

技术领域

一种从拜耳法蒸发母液中提取五氧化二钒的方法，具体涉及从拜耳法生产氧化铝流程中的蒸发母液中提取五氧化二钒的方法。

背景技术

钒是一种重要的战略物资，应用十分广泛，在钢铁、有色金属、化工、合金、超导材料、航天工业、能源等领域都是不可缺或的重要元素。钒属于稀有金属，很少有单独可供开采的富矿，而是以低品位与其它矿物共生。目前世界上供应的钒主要是以富钒钢渣、废催化剂和石煤为原料生产的，这些原料钒品位低且成分复杂，因此现行的各种提钒技术都存在成本高、污染严重、流程长、回收率低的问题，其资源受到一定的限制。

生产氧化铝的主要原料铝土矿中都不同程度地含有V₂O₅（0.038%～0.14%）,在拜耳法溶出过程中25%～30%的钒会同铝一起被碱溶解进入到溶液中，随着氧化铝流程中溶液的循环，钒将在溶液中积累而使其浓度逐渐增大。我国以此类铝土矿生产氧化铝时据估算，每年有1～5万吨钒将进入流程。在生产过程中，当氧化铝流程中的钒浓度达到一定程度，既会阻碍分解过程氢氧化铝晶粒的长大，也导致产品氧化铝中钒含量增加，而影响铝电解过程的电导率。因此经济地、无污染地从拜耳法生产氧化铝流程中提取钒不仅对我国钒资源的拓展同时也对我国氧化铝工艺除杂、提高产品质量具有积极意义。

从拜耳法氧化铝生产流程提取钒的方法可以分为结晶法、萃取和离子交换法。结晶法工艺成熟、设备简单，但回收率偏低。文献调研结果表明，到目前为止，对拜耳法氧化铝生产流程中提取钒方面的研究主要集中在结晶法或对结晶法的改进。一般结晶法是以钒、磷、氟等钠盐的溶解度随温度的降低而降低为依据的。钒酸钠、磷酸钠、氟化钠、硫酸钠和碳酸钠等各种杂质在铝酸溶液中溶解度是比较大的，但是这些盐类同时存在时，它们的溶解度比它们单独存在时要小得多，因此将溶液蒸发到一定浓度并且降低温度后，钒酸钠和磷酸钠便会结晶析出，而将钒盐晶体进一步处理以制取五氧化二钒。从这这方面的研究成果看来，虽然萃取法回收率高，但操作条件苛刻，且工艺流程复杂；离子交换法虽说回收率高、运行成本低、且操作简单，可在强碱性环境下运行树脂损伤大，使用寿命短；与结晶法相比，具有很好的优越性，如果能应用，由于其成本低、回收率高的特点，将会带来很好的经济效益。然而对于采用离子交换法提钒的应用主要集中在石煤和废催化剂中钒的回收，在拜耳法蒸发母液回收钒领域未见应用报道。因此，在采用离子交换法从拜耳法生产氧化铝流程中提取钒方面需要进行深入研究。

发明内容

本发明提供一种工艺简单、流程较短、成本较低、钒回收率高、节能的提取五氧化二钒的方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种从拜耳法生产氧化铝流程的蒸发母液中提取五氧化二钒的方法，其特征在于：包括如下步骤：

A 蒸发母液结晶分离

将蒸发母液降温，钒盐接种，结晶；将结晶后的母液压滤得钒盐晶体；

B晶体提纯

将钒盐晶体加入硫酸溶液加热溶解；除杂、过滤后加入NH₄Cl或（NH₄）₂SO₄析出的偏钒酸铵经焙烧制得高纯度V₂O₅。

步骤A中母液蒸发母液Na₂O浓度为230～270g/L、V₂O₅浓度为420ppm以上；所述钒盐接种量以V₂O₅量的0.2～0.5%；所述的结晶温度为28～32℃，搅拌速度160～180转/分，结晶时间15～18小时。

步骤B硫酸溶液浓度为98%浓硫酸加入1～2倍体积的水；所述钒盐晶体与硫酸溶液的固液比为1：3～4，混合溶解后溶液的PH值为8～9，溶解温度为100～108℃，搅拌反应1～2h。

步骤B除杂过程中的除杂剂为MgSO₄·12H₂O或CaSO₄·2H₂O，加入量为杂质量的摩尔比1.5～1.8倍。

步骤BNH₄Cl或（NH₄）₂SO₄在常温下加入，加入量为溶液中含钒摩尔质量的2～2.5倍，搅拌0.5～1h，搅拌速度120～150转/分，尔后静置3～4h，析出偏钒酸铵沉淀。

步骤B偏钒酸铵焙烧温度为230～390℃。

本发明的一种从拜耳法蒸发母液中提取五氧化二钒的方法，其特征在于将其拜耳法蒸发母液经降温、钒盐接种结晶，经压滤得到钒盐晶体，滤液可继续利用离子交换法进行有价金属镓的提取后，再作蒸发母液的一、二级冷却液，温度回升到48～52℃返回氧化铝流程；钒盐晶体加入硫酸溶液溶解、浓缩，得到钒酸钠混合溶液；尔后根据含杂情况加入除杂剂除杂，分离杂质后，加入NH₄Cl或（NH₄）₂SO₄沉钒，经脱水得偏钒酸铵，偏钒酸铵通过热解脱氨得五氧化二钒。

本发明的方法是将拜耳法生产氧化铝过程中的蒸发母液经冷却钒盐结晶、钒盐晶体溶解浓缩、一次沉钒等过程回收其中的五氧化二钒；本发明流程较短、操作方便、成本较低、钒回收率高、节能。

附图说明

图1为本发明的方法的蒸发母液结晶工艺流程图

图2为本发明的方法的晶体提纯工艺流程图

具体实施方式

实施例1

将含V₂O₅浓度为426ppm、Na₂O浓度为232g/L的蒸发母液经降温冷却至28℃，加入0.2%偏钒酸铵作晶种，间歇搅拌15h后压滤、烘干；

即得钒盐晶体，其化学成分为：Na₂O 51.36%，Al₂O₃ 5.52%，P₂O₅ 7.61%，K₂O 4.35%，V₂O₅ 21.96%。

取500g上述钒盐晶体与硫酸溶液（1+2）按1：3混合，不断搅拌调节PH值为8.0，加热至102℃，约90分钟溶解基本完成，过滤得到溶液钒浓度为71.72g/L；

在上述溶液中加入130g除杂剂MgSO₄·12H₂O除杂净化，过滤得较纯净的钒酸钠溶液。

常温下在净化后的钒溶液中加入NH₄Cl，加入量为220g，搅拌45min，搅拌速度120～150转/分，尔后静置4h，析出偏钒酸铵沉淀，沉钒率为98.9%，经过滤、脱水得偏钒酸铵，偏钒酸铵通过450℃灼烧2小时得五氧化二钒108.5g，其五氧化二钒含量为99.1%、 P含量43ppm。

实施例2

将含V₂O₅浓度为516ppm、Na₂O浓度为263g/L的蒸发母液经降温冷却至32℃，加入0.5%偏钒酸铵作晶种，间歇搅拌18h后压滤、烘干；

即得钒盐晶体，其化学成分为：Na₂O 52.57%，Al₂O₃ 7.84%，P₂O₅ 6.72%，K₂O 4.15%，V₂O₅ 22.81%。

取500g上述钒盐晶体与硫酸溶液（1+2）按1：4混合，不断搅拌调节PH值为9.0，加热至108℃，约85分钟溶解基本完成，过滤得到溶液钒浓度为73.16g/L；

在上述溶液中加入115g除杂剂MgSO₄·12H₂O除杂净化，过滤得较纯净的钒酸钠溶液。

常温下在净化后的钒溶液中加入（NH₄）₂SO₄，加入量为285g，搅拌1h，搅拌速度120-150转/分，尔后静置3h，析出偏钒酸铵沉淀，沉钒率为97.8%，经过滤、脱水得偏钒酸铵，偏钒酸铵通过450℃灼烧2小时得五氧化二钒111.7g，其五氧化二钒含量为98.6%、 P含量48ppm。

本发明的钒量是指V₂O₅含量；硫酸溶液（1+2）是指98%的浓硫酸和水的体积比。

本发明的工艺参数（如时间、温度、浓度等）的上下限取值、区间值都能实现本发明，在此不一一列举实施例。

Claims (3)

1.一种从拜耳法生产氧化铝流程的蒸发母液中提取五氧化二钒的方法，其特征在于：包括如下步骤：

A 蒸发母液结晶分离

将蒸发母液降温，钒盐接种，结晶；将结晶后的母液压滤得钒盐晶体；

B晶体提纯

将钒盐晶体加入硫酸溶液加热溶解；除杂、过滤后加入NH₄Cl或（NH₄）₂SO₄析出的偏钒酸铵经焙烧制得高纯度V₂O₅；

所述步骤A中蒸发母液的Na₂O浓度为230～270g/L、V₂O₅浓度为420ppm以上；

所述钒盐接种量为V₂O₅量的0.2～0.5%；

所述的结晶温度为28～32℃，搅拌速度160～180转/分，结晶时间15～18小时；

所述步骤B除杂过程中的除杂剂为MgSO₄·12H₂O，所述除杂剂加入量与杂质量的摩尔比为1.5～1.8：1；

所述步骤BNH₄Cl或（NH₄）₂SO₄在常温下加入，所述NH₄Cl或（NH₄）₂SO₄加入量与溶液中含钒的摩尔比为2～2.5：1，搅拌0.5～1h，搅拌速度120-150转/分，尔后静置3～4h，析出偏钒酸铵沉淀。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤B硫酸溶液浓度为98%浓硫酸加入1～2倍体积的水；所述钒盐晶体与硫酸溶液的固液比为1：3～4，混合溶解后溶液的pH值为8～9，溶解温度为100～108℃，搅拌反应1～2h。

3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于：所述步骤B偏钒酸铵焙烧温度为450℃。