CN106241872B - 一种大颗粒偏钒酸铵的制备方法 - Google Patents

一种大颗粒偏钒酸铵的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种大颗粒偏钒酸铵的制备方法，通过调控偏钒酸钠溶液浓度、铵盐溶液浓度、两种溶液的加入方式和反应时间等影响晶粒尺寸的因素，采用并加料沉淀法技术制备出颗粒平均粒径大、粒度分布窄的偏钒酸铵产品。

Description

一种大颗粒偏钒酸铵的制备方法
技术领域
本发明属于化工合成和湿法冶金技术领域，具体涉及一种大颗粒偏钒酸铵的制备方法。
背景技术
偏钒酸铵是一种淡黄色或白色的晶体，主要用作化学试剂、催化剂、电池材料、合金等。工业上采用固体铵盐和偏钒酸钠溶液沉淀技术制备偏钒酸铵，即在经过净化处理后的偏钒酸钠溶液中，加入氯化铵或硫酸铵或碳酸铵等固态铵盐，得到偏钒酸铵沉淀。沉淀法制备偏钒酸铵的过程中，只有当[NH4 +]*[VO3 -]≥Ksp才能获得偏钒酸铵晶核，进而形成偏钒酸铵沉淀。偏钒酸铵的沉淀过程中包括：NH4VO3晶体生成的化学反应NH4 ++VO3 -＝NH4VO3↓、NH4VO3成核和NH4VO3晶粒长大三个阶段。由于化学反应都很快，因此影响NH4VO3成核速率和NH4VO3晶粒长大速率的主要因素就是NH4VO3的过饱和度。根据结晶学的理论，制备粒度分布窄的大颗粒尺寸偏钒酸铵的关键在于降低溶液的浓度，从而降低偏钒酸铵的过饱和度，减少偏钒酸铵的成核数目，达到降低成核速率和提高晶粒长大速率的目的。研究表明，均相成核速度与过饱和度的5-18次方成正比，所以化学反应过程中极其微小的过饱和度，都会产生非常巨大的成核速率，形成大量的细小偏钒酸铵颗粒。由于偏钒酸铵的溶解度较大，为了快速形成偏钒酸铵沉淀，工业上直接将铵盐固体投加到偏钒酸钠溶液中，产生极高浓度[NH4 +]，从而形成高浓度的偏钒酸铵过饱和度，使得偏钒酸铵的成核速率远大于其晶粒长大速率，难以产出大颗粒的偏钒酸铵产品。
而在高温钒合金冶炼过程中，颗粒尺寸太小，钒化合物挥发严重，导致合金组分实际比例偏离配方，影响了合金性能。大颗粒尺寸偏钒酸铵能确保合金配方精确，而控制偏钒酸铵的成核速率，抑制偏钒酸铵的过饱和度，是制备大颗粒尺寸偏钒酸铵的关键。
发明内容
本发明的目的是提供一种并加料沉淀技术制备大颗粒偏钒酸铵的方法。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的。
一种大颗粒偏钒酸铵的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)先用少量的偏钒酸铵粉末作为晶种添加到水溶液中，得到偏钒酸铵的悬浊液溶液浓度为5-20g/L，偏钒酸铵晶种的用量为反应所得偏钒酸铵质量的1/10-1/20；
2)取含钒总浓度为35-140g/L的偏钒酸钠溶液和浓度为2-10mol/L的铵盐溶液在恒温搅拌条件下，按一定速度同时滴加到步骤1)的偏钒酸铵溶液中，温度为20-60℃，搅拌速度100-500r/min；步骤1)的偏钒酸铵悬浊液体积为反应总体积的1/10-1/15；
3)偏钒酸钠溶液和铵盐溶液同时加料完毕，静置陈化后真空抽滤，洗涤干燥，形成的大颗粒偏钒酸铵的平均粒径范围200～500μm。
所述的大颗粒偏钒酸铵的制备方法，偏钒酸钠溶液是在有色金属钒钛磁铁矿、钒矿、铁水吹钒渣、石煤或粗钒产品经湿法过程所得的偏钒酸钠溶液中的一种或多种，溶液的pH值为10-14。
所述的大颗粒偏钒酸铵的制备方法，铵盐溶液为氯化铵、硝酸铵、硫酸铵或碳酸铵中的一种，溶液的pH值为1-5。
所述的大颗粒偏钒酸铵的制备方法，偏钒酸钠和铵盐滴加搅拌反应时间为3-20h，沉淀产物静置陈化时间为5-48h。
所述的大颗粒偏钒酸铵的制备方法，加料完毕，继续反应，静置陈化，倾去上清液，真空抽滤、水洗和乙醇洗涤后，湿渣在50-80℃真空干燥8-24h。
本发明的优点和积极效果：
通过调控偏钒酸钠溶液浓度、铵盐溶液浓度、两种溶液的加入方式和反应时间等影响晶粒尺寸的因素，采用并加料沉淀法技术制备出颗粒平均粒径大、粒度分布窄的偏钒酸铵产品。
附图说明
图1为实施例1偏钒酸铵粒度分布；
图2为实施例1偏钒酸铵样品SEM；
图3为实施例2偏钒酸铵样品粒度分布；
图4为实施例2偏钒酸铵样品SEM；
图5为对照例偏钒酸铵样品粒度分布；
图6为对照例偏钒酸铵样品SEM。
具体实施方式
以下结合实施例旨在进一步说明本发明，而非限制本发明。
实施例1：在2000ml的反应器中，加入200ml蒸馏水和5g市售的偏钒酸铵粉料，启动搅拌，转速设置为200转/min，反应器温度升至20℃，在恒温和搅拌条件下，以50ml/min的速率滴加1000ml含钒浓度为40g/L的偏钒酸钠溶液，同时以80ml/min的速率滴加480ml2.6mol/L的氯化铵溶液，加料完毕，继续反应5h，静置陈化36h，倾去上清液，真空抽滤、水洗和乙醇洗涤后，湿渣在80℃真空干燥10h，得到偏钒酸铵颗粒，经粒度分布测定，其平均粒径267.768μm见图1，所得偏钒酸铵颗粒形貌见图2。
实施例2：在2000ml烧杯反应器中，加入150ml蒸馏水和3.0g市售偏钒酸铵粉料，启动搅拌，转速设置为300转/min，反应器温度升至50℃，恒温和搅拌条件下，以100ml/min的速率滴加800ml含钒浓度为80g/L的偏钒酸钠溶液，同时以80ml/min的速率滴加600ml8.0mol/L的硝酸铵溶液，加料完毕，继续反应15h，静置陈化24h，倾去上清液，真空抽滤、水洗和乙醇洗涤后，湿渣在60℃真空干燥18h，得到偏钒酸铵颗粒，经粒度分布测定，其平均粒径为264.880μm见图3，所得偏钒酸铵颗粒形貌见图4。
对照实施例：国内某公司采用氯化铵固体直接加入到偏钒酸钠溶液中制备出的偏钒酸铵产品，取样进行粒度分布的检测，其平均粒径为83.235μm见图5，颗粒形貌见图6。
对照三个产品的SEM图片，不难发现：采用本发明方法所得偏钒酸铵颗粒均呈球形，而常规技术的偏钒酸铵则是晶粒的不规则聚集体。

Claims (5)

1.一种大颗粒偏钒酸铵的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)先用少量的偏钒酸铵粉末作为晶种添加到水溶液中，得到偏钒酸铵的悬浊液溶液浓度为5-20g/L，偏钒酸铵晶种的用量为反应所得偏钒酸铵质量的1/10-1/20；
2)取含钒总浓度为35-140g/L的偏钒酸钠溶液和浓度为2-10mol/L的铵盐溶液在恒温搅拌条件下，按一定速度同时滴加到步骤1)的偏钒酸铵的悬浊液中，温度为20-60℃，搅拌速度100-500r/min；步骤1)的偏钒酸铵悬浊液体积为反应总体积的1/10-1/15；
3)偏钒酸钠溶液和铵盐溶液同时加料完毕，静置陈化后真空抽滤，洗涤干燥，形成的大颗粒偏钒酸铵的平均粒径范围200～500μm。
2.根据权利要求1所述的大颗粒偏钒酸铵的制备方法，其特征在于，偏钒酸钠溶液是在有色金属钒钛磁铁矿、钒矿、铁水吹钒渣、石煤或粗钒产品经湿法过程所得的偏钒酸钠溶液中的一种或多种，溶液的pH值为10-14。
3.根据权利要求1所述的大颗粒偏钒酸铵的制备方法，其特征在于，铵盐溶液为氯化铵、硝酸铵、硫酸铵或碳酸铵中的一种，溶液的pH值为1-5。
4.根据权利要求1所述的大颗粒偏钒酸铵的制备方法，其特征在于，偏钒酸钠和铵盐滴加搅拌反应时间为3-20h，沉淀产物静置陈化时间为5-48h。
5.根据权利要求1或4所述的大颗粒偏钒酸铵的制备方法，其特征在于，加料完毕，继续反应，静置陈化，倾去上清液，真空抽滤、水洗和乙醇洗涤后，湿渣在50-80℃真空干燥8-24h。
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