CN103663557A - 一种粗钒制备高纯五氧化二钒的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种粗钒制备高纯五氧化二钒的方法，该方法将粗钒用烧碱溶解，溶解终点pH控制在7~8.5，静置过滤除去氢氧化铁胶体，然后向滤液中加入双氧水氧化，过滤，除去胶体；再用阴离子交换树脂，待树脂饱和后用酸溶液解析，解析液加入氨水沉钒，产出红钒，过滤，纯净水洗涤后，焙烧红钒产出纯度大于99.9%的高纯五氧化二钒。

Description

一种粗钒制备高纯五氧化二钒的方法

技术领域

本发明为属于五氧化二钒的提纯方法领域，具体涉及一种粗钒制备高纯五氧化二钒的方法。

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。当前我国钒行业发展迅速，尤其是石煤提钒行业提取五氧化二钒工艺不断成熟，新工艺不断投入到生产过程中，促使我国钒行业产量大幅增加。

我国目前钒行业生产企业一般产品为98钒，即产品中五氧化二钒含量为98%，该产品为钒行业的低端产品，一般用做钢铁行业的添加剂，属于传统应用领域。随着钒在其他领域应用的拓展，如在航空航天材料， 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。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。

高纯五氧化二钒的生产，目前国内大都采用硫酸铝、氯化钙、草酸、 磺基水杨酸等除杂剂，分别在不同的pH值中降低钒中硅、磷、铁的含量。其工艺流程长，耗工多，生产成本高，且大多五氧化二钒产品纯度都达不到一些高端产品用钒的要求。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是，为了克服现有高纯五氧化二钒制备过程中成本高、技术复杂、工艺流程长，原材料消耗高等缺陷，旨在提出一种从粗钒制备高纯五氧化二钒的方法。它采用较为简单的工艺，主要通过烧碱溶解、氧化除铁、离子交换等工艺，简化了制备工艺流程，减少了工序，提高产品质量。

为实现上述发明目的，本发明的技术方案是：

一种粗钒制备高纯五氧化二钒的方法，该方法包括以下步骤：

1）将粗钒磨矿至粉末状，使得粉末粒度小于0.15mm，得粗钒粉末；所述粗钒纯度＞98%；向1mol/L~3mol/L的氢氧化钠溶液中加入所述粗钒粉末，搅拌，控制搅拌温度30℃~80℃，随着粗钒粉末的加入，五氧化二钒逐渐溶解，溶液的pH值不断降低，控制溶液pH至7~8.5时为加入粗钒粉末的终点，达到终点后再搅拌1.0h-1.5h，然后结束搅拌，静置10 h ~30h，得粗钒溶液； 

2）将所述粗钒溶液过滤，除去溶液中的未溶物质和氢氧化铁胶体；再加入双氧水5mL~40mL氧化10 h ~30h，得氧化溶液；所述双氧水的加入量为所述粗钒溶液中铁的摩尔量的2-3倍；将所述氧化溶液过滤，除去氧化溶液中产生的氢氧化铁胶体，得过滤后的氧化溶液；

3）将所述过滤后的氧化溶液用去离子水稀释，使得溶液中V₂O₅浓度为50 g/L ~80g/L为准，得稀释液；将所述稀释液过阴离子交换树脂吸附，至阴离子交换树脂饱和后，停止离子吸附；

4）用pH为2.0~2.5的盐酸溶液洗涤饱和后的阴离子交换树脂，直至树脂流出溶液的pH为7.0~7.5，再用相对于树脂体积5~8倍的去离子水洗涤树脂，至树脂洗涤液无颜色为止；

5）再用2.8mol/L-3.2mol/L的盐酸溶液作为离子解析液，对所述离子交换树脂进行解析，解析至树脂颜色恢复到吸附前，得到含五氧化二钒60g/L~100g/L的解析液；

6）将所述解析液加入双氧水氧化，双氧水加入量按重量份计，每100份解析液加入1mL~10mL双氧水，然后用氨水调pH至2~2.5，加温至90℃~95℃，保温2h~3.0h，过滤，得沉淀物；用相对于沉淀物3~5倍体积的去离子水洗3~5次，得洗涤后的沉淀物；

7）将洗涤后的沉淀物在500℃~550℃条件下煅烧2.5 h ~3.0h，得到纯度大于99.9%的五氧化二钒。

步骤（1）所述粗钒优选为98钒，主要成为为V₂O₅＞98%，Si＜0.2%，Fe＜0.3%、P＜0.05%、S＜0.03%、As＜0.02%、Na₂O+ K₂O＜1.5%，总杂质含量＜2%。

步骤（4）所述阴离子交换树脂优选为D318型阴离子树脂交换树脂。

步骤（2）和步骤（6）所述的双氧水为质量浓度为20%-30%的双氧水，更优选为质量浓度为30%的双氧水。

下面对本发明做进一步的解释和说明：

本发明所述高纯五氧化二钒是指纯度大于等于99.9%的五氧化二钒。

本发明所述制备高纯钒方法中粗钒溶液采用烧碱溶液，使用双氧水氧化产生氢氧化铁胶体深度除铁，含胶体溶液使用除去氢氧化铁胶体，使用D318等阴离子树脂交换吸附钒，实现钒与铁离子和钠离子的分离，进而产出高纯五氧化二钒。

本发明粗钒制备高纯五氧化二钒的方法，优选使用原料为符合中华人民共和国黑色冶金行业标准《五氧化二钒》（YB/T5304-2011）的98钒，主要成为为V₂O₅＞98%，Si＜0.2%，Fe＜0.3%、P＜0.05%、S＜0.03%、As＜0.02%、Na₂O+ K₂O＜1.5%，总杂质含量＜2%。该方法包括以下步骤：

取一定量的粗钒（含V₂O₅98%），要求粗钒为粉料，粒度小于0.15mm。将氢氧化钠用去离子水配制成1~3mol/L的溶液。向氢氧化钠溶液中缓慢加入粉末状98钒，机械搅拌，维持温度30~80℃。随着粗钒加入，五氧化二钒逐渐溶解，溶液的pH值不断降低，控制溶液终点pH7~8.5。达到终点后机械搅拌1.0h。搅拌结束后静置10~30h。粗钒溶液过程中呈现墨绿色，静置后呈现暗红色。

主要化学原理：V₂O₅+2NaOH=2NaVO₃+H₂O

静置后的粗钒溶液过滤，过滤采用精密滤纸过滤，除去溶液中的未溶至物质及大部分的氢氧化铁胶体。根据溶液中钒和铁浓度加入5~40mL双氧水，氧化10~30h，氧化静置后溶液容器底部出现白色絮状物，主要成分为氢氧化铁。过滤，除去氧化溶液中产生的少量氢氧化铁胶体。

氧化过程：2H⁺+Fe²⁺+H₂O₂=Fe³⁺+2H₂O

Fe³⁺+3OH^-=Fe(OH)₃↓

过滤后的氧化溶液用去离子水稀释至V₂O₅浓度为50~80g/L，缓慢加入经过预处理的D318等阴离子交换树脂，吸附流量根据V₂O₅浓度控制，离子交换后液中V₂O₅浓度一般为0.3~0.5g/L，等到交换树脂饱和后，停止离子吸附。

将饱和后的离子交换树脂用pH为2.0~2.5的盐酸溶液洗涤，直至树脂流出溶液的pH为7.0~7.5。用树脂体积5~8倍的去离子水洗涤树脂，确保从树脂流出的溶液无颜色。

用分析纯盐酸和去离子水配制3mol/L盐酸溶液作为离子解析液。离子交换树脂解析至树脂颜色恢复到吸附前，得到含五氧化二钒60~100g/L溶液。

沉钒：解析液加入双氧水氧化，加入量按照每100份解析液加入1~10mL双氧水，再用分析纯氨水调整溶液pH2~2.5；加温至90~95℃，维持2~3.0h得到红色或暗红色沉淀物，过滤后产出红钒，用沉淀物体积3~5倍的去离子水淋洗3~5次。

红钒煅烧：将洗涤后的沉淀物在500~550℃条件下煅烧2.5~3.0h，得到粉末状的高纯五氧化二钒。

与现有技术相比，本发明的优势是：

1、本发明克服现有高纯五氧化二钒制备过程中成本高、技术复杂、工艺流程长，原材料消耗高等缺陷，提供了一种制备高纯五氧化二钒的方法。

2、本发明所述制备高纯钒方法中粗钒溶液采用烧碱溶液，使用双氧水氧化产生氢氧化铁胶体深度除铁，含胶体溶液使用除去氢氧化铁胶体，使用D318等阴离子树脂交换吸附钒，实现钒与铁离子和钠离子的分离，从而得到高纯五氧化二钒，工艺简单。

附图说明

图1 是本发明实施例中粗钒制备高纯五氧化二钒的工艺流程图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步的说明。

实施例1

取1.0L1mol/L去离子水配制的烧碱溶液，向其中缓慢加入粗五氧化二钒，并不断搅拌，维持搅拌温度40℃，控制溶液pH至为8~9，共计加入粗钒142.5g，溶液终点pH为8.4。溶液曾想暗绿色，静置24h过滤，滤液呈现红色。

向滤液中加入10mL双氧水，静置20h，溶液中出现少量白色絮状物沉淀在溶液底部，过滤，产出高纯的钒溶液。

用去离子水稀释溶液至其中含钒浓度为80g/L，得到溶液1.35L加入到含300gD318树脂的交换树脂中，控制流量为0.5h/L，溶液循环吸附直到树脂饱和而呈现金黄色。树脂用去离子水洗涤至中性，即树脂中流出洗水pH为7.0。

用去离子水和盐酸配制的3mol/L盐酸溶液1L，缓慢通过饱和的树脂，解析树脂中的钒，得到含五氧化二钒90g/L溶液。

向解析液1.0L加入20mL双氧水（质量浓度为30%）氧化0.5h，氧化过程中不断搅拌，再用分析纯氨水调整溶液pH2.0；加温至90~95℃，维持2.0h得到暗红色沉淀物，过滤后产出红钒，用沉淀物体积3倍的去离子水淋洗3次。

红钒煅烧：将洗涤后的沉淀物在500~550℃条件下煅烧2.5~3.0h，得到粉末状的高纯五氧化二钒，含五氧化二钒99.93%。

实施例2

取1.0L2.0mol/L去离子水配制的烧碱溶液，向其中缓慢加入粗五氧化二钒，并不断搅拌，维持搅拌温度60℃，控制溶液pH至为7~8，共计加入粗钒290g，溶液终点pH为7.5。溶液曾想暗红色，静置24h过滤。

向滤液中加入30mL双氧水，静置28h，溶液中出现白色絮状物沉淀在溶液底部，过滤，产出高纯的钒溶液。

用去离子水稀释溶液至其中含钒浓度为90g/L，得到溶液2.90L加入到含D318树脂的交换树脂中，控制流量为0.5h/L，溶液循环吸附直到树脂饱和而呈现金黄色。树脂先用pH2.5的分析纯盐酸溶液淋洗至树脂中流出溶液pH为7.0。再用去离子水洗涤至中性，即树脂中流出洗水pH为7.0。

用去离子水和盐酸配制的3mol/L盐酸溶液1.5L，缓慢通过饱和的树脂，解析树脂中的钒，得到含五氧化二钒105g/L溶液。

向解析液1.5L加入40mL双氧水（质量浓度为30%）氧化1.0h，氧化过程中不断搅拌，再用分析纯氨水调整溶液pH2.0；加温至90~95℃，维持1.5h得到暗红色沉淀物，过滤后产出红钒，用沉淀物体积5倍的去离子水淋洗4次。

红钒煅烧：将洗涤后的沉淀物在500~550℃条件下煅烧2.5~3.0h，得到粉末状的高纯五氧化二钒，含五氧化二钒99.99%。 

Claims (4)

1.一种粗钒制备高纯五氧化二钒的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

1）将粗钒磨矿至粉末状，使得粉末粒度小于0.15mm，得粗钒粉末；所述粗钒纯度＞98%；向1mol/L~3mol/L的氢氧化钠溶液中加入所述粗钒粉末，搅拌，控制搅拌温度30℃~80℃，随着粗钒粉末的加入，五氧化二钒逐渐溶解，溶液的pH值不断降低，控制溶液pH至7~8.5时为加入粗钒粉末的终点，达到终点后再搅拌1.0h-1.5h，然后结束搅拌，静置10 h ~30h，得粗钒溶液； 

2）将所述粗钒溶液过滤，除去溶液中的未溶物质和氢氧化铁胶体；再加入双氧水5mL~40mL氧化10 h ~30h，得氧化溶液；所述双氧水的加入量为所述粗钒溶液中铁的摩尔量的2-3倍；将所述氧化溶液过滤，除去氧化溶液中产生的氢氧化铁胶体，得过滤后的氧化溶液；

3）将所述过滤后的氧化溶液用去离子水稀释，使得溶液中V₂O₅浓度为50 g/L ~80g/L为准，得稀释液；将所述稀释液过阴离子交换树脂吸附，至阴离子交换树脂饱和后，停止离子吸附；

4）用pH为2.0~2.5的盐酸溶液洗涤饱和后的阴离子交换树脂，直至树脂流出溶液的pH为7.0~7.5，再用相对于树脂体积5~8倍的去离子水洗涤树脂，至树脂洗涤液无颜色为止；

5）再用2.8mol/L-3.2mol/L的盐酸溶液作为离子解析液，对所述离子交换树脂进行解析，解析至树脂颜色恢复到吸附前，得到含五氧化二钒60g/L~100g/L的解析液；

6）将所述解析液加入双氧水氧化，双氧水加入量按重量份计，每100份解析液加入1mL~10mL双氧水，然后用氨水调pH至2~2.5，加温至90℃~95℃，保温2h~3.0h，过滤，得沉淀物；用相对于沉淀物3~5倍体积的去离子水洗3~5次，得洗涤后的沉淀物；

7）将洗涤后的沉淀物在500℃~550℃条件下煅烧2.5 h ~3.0h，得到纯度大于99.9%的五氧化二钒。

2.根据权利要求1所述粗钒制备高纯五氧化二钒的方法，其特征在于，步骤（1）所述粗钒为98钒，主要成为为V₂O₅＞98%，Si＜0.2%，Fe＜0.3%、P＜0.05%、S＜0.03%、As＜0.02%、Na₂O+ K₂O＜1.5%，总杂质含量＜2%。

3.根据权利要求1或2所述粗钒制备高纯五氧化二钒的方法，其特征在于，步骤（4）所述阴离子交换树脂为D318型阴离子树脂交换树脂。

4.根据权利要求1或2所述粗钒制备高纯五氧化二钒的方法，其特征在于，步骤（2）和步骤（6）所述的双氧水为质量浓度为20%-30%的双氧水。

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