CN104098137A - 一种偏钒酸铵的制备与纯化方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于化学合成技术领域，提供了一种偏钒酸铵的制备与纯化方法，即依次用NaOH溶液、EDTA、氨水、HF溶液进行调节pH值和除铁、钛等杂质。最佳的合成条件是：NH₄Cl与NaVO₃反应化学计量比为5，反应pH值8.0-9.0，反应时间45分钟，反应温度为70-80℃。本发明方法过程简单、成本低，重现性好。特别是用EDTA及HF分别络合铁与钛生成可溶性的络合物质，以达到除杂的目的。

Description

一种偏钒酸铵的制备与纯化方法

技术领域

本发明属于化学合成技术领域，特别涉及一种偏钒酸铵的制备与纯化方法。

背景技术

偏钒酸铵（NH₄VO₃）是用途较为广泛的钒酸盐之一。主要用于化学试剂、催化剂及生产五氧化二钒的主要原料等。偏钒酸铵也是许多公司产品的一种重要生产原料，如钒酸钇就是以偏钒酸铵为主要原料，作为激光晶体的钒酸钇对偏钒酸铵的质量要求很高，不允许一些杂质如铁、钛的存在。目前市场上的NH₄VO₃基本都是用钒矿进行提炼、合成与纯化，过程复杂，杂质繁多，造成NH₄VO₃价格高。由于钒矿的差异等种种原因，生产出的不同批次NH₄VO₃质量参差不齐，从而使得钒酸钇激光晶体产品质量相对不稳定。基于此本发明用简单的含杂质少的含钒化学试剂偏钒酸钠（NaVO₃）直接制备NH₄VO₃，过程简单，成本低。NH₄VO₃原料中铁与钛杂质，对钒酸钇产品质量有一定影响，故是除杂的主要目的。因此本发明进行了NH₄VO₃的制备与纯化，特点是用乙二胺四乙酸（EDTA），络合原料中的铁离子等金属元素杂质，转化为可溶性的络合物，同样用氢氟酸将钛转化为可溶性的H₂[TiF₆]，从而达到除杂的目的。本发明过程简单，成本低，合成出的NH₄VO₃产率高。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种过程简单、成本低、除杂彻底的NH₄VO₃的制备与纯化方法，包括以下步骤：

a: 用0.1mol/L NaOH溶液对偏钒酸钠溶液进行pH值的调节8.0-9.0;

b: 在所述步骤a制得的溶液中加入EDTA进行除铁，过滤，取清液，化学反应如下：

Fe³⁺+EDTA=Fe(EDTA)³⁺

c: 在所述步骤b所得的清液用氨水再次调PH值为8.0-9.0。

d: 在所述步骤c所得的溶液中加入NH₄Cl进行反应，搅拌45分钟，反应温度为70-80℃，用0.1mol/L HF调节pH值为7左右，反应后的pH值约为7.2，达到除去钛的目的。静置3小时。化学反应如下：

TiO₂ + 6HF == H₂[TiF₆] + 2H₂O

NaVO₃+NH₄Cl=NH₄VO₃+NaCl

优选的，在所述步骤d中，化学计量比K（K=n(NH₄Cl):n(NaVO₃)）为5。

e: 将所述步骤d所得的上层清液倒去，用去离子水充分洗涤2次，抽滤，取白色固体。用真空干燥箱烘干。将固体收集，称取质量，计算产率。优选的，在所述步骤e中，烘干时间为50-80分钟。

附图说明

图1为实例1中所述NH₄VO₃的红外光谱图

图2为实例2中所述反应化学计量比K对产率的影响

图3为实例3中所述干燥时间与失重率的关系。

具体实施方式

实施例中样品NaVO₃纯度为98%，杂质相对较少，价格低。HF溶液浓度为0.1mol/Ｌ，NaOH溶液浓度为0.1mol/L。实验中最适宜的温度为70-80℃，温度太低，反应速率太慢，反应不完全，产率低；温度太高，会造成NH₄VO₃的部分分解，同样造成产率低。

实施例1　控制pH值调控产率

按NH₄Cl与NaVO₃反应化学计量比为5，称取244 g NaVO₃溶于3000 mL二次去离子热水中，搅拌，直至完全溶解，用0.1 mol/L NaOH调节pH值为8.0-9.0，分别观察溶液颜色及计算产率。加10 mL EDTA，同时记录下溶解时间，过滤，取清液反应。清液用氨水再次调pH值分别为6.0-7.0、7.0-8.0、8.0-9.0及9.0以上。 加入428 g NH₄Cl反应，搅拌反应45分钟，用HF调节PH值为7左右，静置3小时。将上层清液倒去，用去离子水充分洗涤2次，过滤，即取白色固体NH₄VO₃。结果用红外光谱仪进行表征，如图1，证实产物为含水的固体NH₄VO₃。结果表明，不同pH对产率影响不同，当pH为6.0-7.0时，无NH₄VO₃生成，，pH为7.0-8.0时，生成少量NH₄VO₃，pH为8.0-9.0时，生成大量NH₄VO₃，产率达89%，而当pH大于9.0，过量的OH^-会与NH⁴⁺结合生成氨气，故降低了NH₄VO₃产量。所以选择反应最佳的pH值为8.0-9.0，反应后的pH值呈近中性。

实施例2　控制化学反应计量比调控产率

理论反应化学计量比K=1，如反应方程式：NaVO₃+NH₄Cl=NH₄VO₃+NaCl，但由于存在化学平衡、反应速率及其它副反应的问题，故实验化学计量比与理论上有一定的偏差。按NH₄Cl与NaVO₃反应化学计量比分别为1，2，3，4, ５，6分别称取NaVO₃溶于3000mL二次去离子热水中，搅拌，直至完全溶解，用0.1mol/LNaOH调节pH值为8.0-9.0，分别观察溶液颜色及产率。加入EDTA，同时记录下溶解时间，过滤，取清液反应。 清液用氨水再次调pH值分别为8.0-9.0。按各计量比分别加入NH₄Cl反应，搅拌反应45分钟，用HF调节pH值为7左右，反应后的pH值约为7.2。静置3小时。 将上层清液倒去，用去离子水充分洗涤2次，抽滤1小时，取白色固体。结果表明，K值大于等于5以后产率变化不大，而K=5时产率高达89.7%，因此取K等于5时为最佳反应化学计量比。实验过程中K与产率的关系如图2。

实施例3　干燥时间与失重的关系

取10 g NH₄VO₃白色固体放于真空干燥箱中进行干燥，结果如图3。结果表明在干燥时间小于50 min前，随着干燥时间的延长，失重率变大，且NH₄VO₃的颜色白色不变。在干燥时间为50 min到80 min之间，NH₄VO₃颜色白色不变的前提下，失重率波动不动，此阶段NH₄VO₃中的水分已基本失去，干燥90 min后，NH₄VO₃逐渐变黄，且失重率不稳定，可能是由于NH₄VO₃部分分解，或者是VO^3-向多钒络合物转变。故最终选择最佳干燥时间为50至80分钟。

虽然，上文中已经用一般性说明、具体实施方式及试验，对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (4)

1.一种偏钒酸铵的制备与纯化的方法，其特征在于，即依次用NaOH溶液、EDTA、氨水、HF溶液进行调节pH值和除铁、钛等杂质，包括以下步骤:

a: 用NaOH溶液对偏钒酸钠溶液进行pH值的调节;

b: 在所述步骤a制得的溶液中加入EDTA进行除铁，过滤，取清液，化学反应如下：

Fe³⁺+EDTA=Fe(EDTA)³⁺

c: 在所述步骤b所得的清液用氨水再次调pH值为8.0-9.0；

d: 在所述步骤c所得的溶液中加入NH₄Cl进行反应，搅拌45分钟，反应温度为70-80℃，用HF调节PH值为7左右，反应后的pH值约为7.2，达到除去钛的目的；

静置3小时；

化学反应如下：

TiO₂ + 6HF == H₂[TiF₆] + 2H₂O

NaVO₃+NH₄Cl=NH₄VO₃+NaCl

e: 将所述步骤d所得的上层清液倒去，洗涤2次，抽滤，取白色固体；

用真空干燥箱烘干固体50-80分钟；

收集固体，称取质量。

2.根据权利要求1所述的制备与纯化方法，其特征在于，所述步骤a中，调节pH值为8.0-9.0。

3.根据权利要求1所述的制备与纯化方法，其特征在于，所述步骤d中，NH4Cl与NaVO₃反应化学计量比为5。

4.根据权利要求1所述的制备与纯化方法，其特征在于，所述步骤e中，真空干燥时间为50-80分钟。