CN108359795B - 一种快速离心萃取分离钒铬并制备偏钒酸铵的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种快速离心萃取分离钒铬并制备偏钒酸铵的方法,所述方法包括以下步骤:(1)将含钒铬浸出液与伯胺硫酸盐类萃取剂混合,进行3级~6级逆流离心萃取分离,得到上层萃取有机相;(2)将得到的上层萃取有机相,用氨水进行反萃,得到白色粉末,所得白色粉末再经后处理得到偏钒酸铵。本发明在现有技术的基础上,采用伯胺硫酸盐类萃取剂结合离心萃取器的优点,通过3级~6级的离心萃取快速高效(3.6‑7.2min)分离浸出液中的钒铬,结合反萃进行二步分离提纯耦合工艺,可以大幅度提高钒的萃取率和钒铬的分离因子,获得高纯的偏钒酸铵化合物白色粉末,对提高萃取剂的循环利用率和降低钒铬废渣资源化成本提供基础技术支持。
Description
技术领域
本发明属于偏钒酸铵制备领域,涉及一种快速离心萃取分离钒铬并制备偏钒酸铵的方法,尤其涉及一种高效快速回收利用钒铬废渣中钒的离心萃取分离钒铬并制备偏钒酸铵的方法。
背景技术
研究高效快速萃取分离浸出液钒铬和反萃制备高纯偏钒酸铵是钒铬废渣中的钒资源回收利用的关键一步。离心萃取分离利用萃取两相的密度差异,在高速离心力作用下快速高效分离两相的过程。与传统的萃取设备(如混合沉降槽,萃取塔)相比,离心萃取器具有高效传质和快速分离的特点,特别对于易于降解和热敏性物质以及非平衡萃取的液液萃取过程有很好适应性。
目前工业化的钒铬萃取分离设备为混合沉降槽,该设备在萃取分离过程中,利用搅拌器和重力来实现钒铬的传质和分层。由于浸出液的钒铬处于+5和+6的氧化最高价,萃取过程中萃取剂的氧化程度取决于两相接触时间的长短。因此开发高效快速的萃取分离过程对于降低或者阻止萃取剂在分离过程中的降解有至关重要的作用。
快速高效分离金属的研究是近年来的热点之一。段五华等利用环隙离心萃取器通过144s快速高效分离Nd3+和Fe3+,通过多级串联逆流来高效萃取分离高放射性废水中的放射性元素(W.Duan,T.Sun,J.Wang.Separation of Nd3+and Fe3+by non-equilibriumsolvent extraction using an annular centrifugal contactor,Separation andPurification Technology,146(2015)108~113.)和(W.Duan,Q.Cheng,X.Zhou,J.Zhou.Development of aφ20mm annular centrifugal contactor for the hot testof the total TRPO process,Progress in Nuclear Energy,51(2009)313~318)。宁朋歌等利用21级逆流离心萃取来快速高效分离浸出液中的钒铬,两相接触时间为25.2分钟(X.Jing,P.Ning,H.Cao,Z.Sun,J.Wang.Separation of V(V)and Cr(VI)in leachingsolution using annular centrifugal contactors,Chemical Engineering Journal,315(2017)373~381)。
然而,现有离心萃取分离普遍存在萃取级数多,萃取剂在分离过程中易降解等问题。可见,通过工艺耦合或者改变萃取剂来减少多级逆流离心萃取的级数是目前快速高效离心萃取亟待解决的问题。
发明内容
针对现有萃取分离和反萃制备偏钒酸铵中存在的萃取级数多,萃取剂在分离过程中易降解等问题,本发明提供了一种高效快速回收利用钒铬废渣中钒的离心萃取分离钒铬并制备偏钒酸铵的方法。本发明在现有技术的基础上,采用伯胺硫酸盐类萃取剂结合离心萃取器的优点,通过3级~6级的离心萃取分离浸出液中的钒铬,结合反萃进行二步分离提纯工艺,可以大幅度提高钒的萃取率和钒铬的分离因子,获得高纯的偏钒酸铵化合物白色粉末,对提高萃取剂的循环利用率和降低钒铬废渣资源化成本提供基础技术支持。
为达此目的,本发明采用以下技术方案:
本发明提供了一种离心萃取分离钒铬并制备偏钒酸铵的方法,所述方法包括以下步骤:
(1)将含钒铬浸出液与伯胺硫酸盐类萃取剂混合,进行3级~6级逆流离心萃取分离,得到上层萃取有机相;
(2)将步骤(1)得到的上层萃取有机相,用氨水进行反萃,得到白色粉末,所得白色粉末再经后处理得到偏钒酸铵。
本发明通过采用3~6级逆流离心萃取和反萃的二步分离提纯工艺,整个工艺过程不需要额外添加其他物料,不需采用额外分离步骤,仅以离心萃取和反萃过程,在短时间内(4.8min内)就可以快速高效的将含钒铬浸出液中的钒铬分离,进而直接反萃即获得高纯度的偏钒酸铵,可有效降低萃取过程中萃取剂的氧化反应过程,提供萃取剂的循环利用率,大大节约成本。
本发明中,采用伯胺硫酸盐类萃取剂与含钒铬浸出液进行离心萃取,可以克服现有技术中采用普通伯胺类萃取剂进行离心萃取或混合澄清槽萃取中分离级数过多,萃取和静置时间过长的问题。
本发明中,通过步骤(1)中的逆流离心萃取分离,可以将浸出液中大部分钒和部分铬被中性萃取剂萃取到有机相中,浸出液中的其他的金属或者化合物,如Na、Al、SiO2、Mo、Ti和Fe等可以不被萃取而留在萃余液中,实现了钒铬和其他物质的分离,并实现了钒铬的预分离。通过步骤(2)的反萃过程,利用偏钒酸铵(NH4VO3)和重铬酸铵((NH4)2Cr2O7)在水中溶解度的差距,可以实现钒铬的进一步分离并制备高纯的偏钒酸铵。
以下作为本发明优选的技术方案,但不作为本发明提供的技术方案的限制,通过以下技术方案,可以更好的达到和实现本发明的技术目的和有益效果。
作为本发明优选的技术方案,步骤(1)所述含钒铬浸出液为工业钒铬废渣的含钒铬浸出液。
本发明对于含钒铬浸出液不作特殊限定,当采用钒铬水溶液时,能够使得快速萃取分离和反萃工艺更简单,得到高质量的偏钒酸铵白色粉末。
优选地,步骤(1)中所述含钒铬浸出液的中钒元素的浓度为0~42g/L且不包括0,例如1g/L、5g/L、8g/L、10g/L、12g/L、15g/L、18g/L、20g/L、25g/L、30g/L、35g/L或42g/L等,但并不仅限于所列举的数值,该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地,步骤(1)中所述含钒铬浸出液的初始pH值为1.5~9.5,例如1.5、2、2.5、3、3.5、4、4.5、5、5.5、6、6.5、7、7.5、8、8.5、9或9.5等,但并不仅限于所列举的数值,该数值范围内其他未列举的数值同样适用,优选为5~6。
作为本发明优选的技术方案,步骤(1)中所述伯胺硫酸盐类萃取剂为碳原子数为8~23的直链和/或支链伯胺硫酸盐,其中碳原子数可为8、10、12、15、17、19、21或23等,但并不仅限于所列举的数值,该数值范围内其他未列举的数值同样适用,更为具体的可以是(C8H17NH)2SO4、(C12H25NH)2SO4、(C15H31NH)2SO4、(C17H35NH)2SO4、(C19H39NH)2SO4、(C21H43NH)2SO4或(C23H47NH)2SO4中的任意一种或至少两种的混合物。
优选地,步骤(1)中所述伯胺硫酸盐类萃取剂为(C15H31NH)2SO4、(C17H35NH)2SO4或(C19H39NH)2SO4中的任意一种或至少两种的混合物,所述组合典型但非限制性实例有:(C15H31NH)2SO4和(C17H35NH)2SO4的组合,(C17H35NH)2SO4和(C19H39NH)2SO4的组合,(C15H31NH)2SO4、(C17H35NH)2SO4和(C19H39NH)2SO4的组合等。
本发明中,所用伯胺硫酸盐类萃取剂为中性盐类萃取剂,在实际实验室小试、中试或者工业化生产中,其安全性操作系数高,符合绿色可持续分离过程的原则。
所述伯胺硫酸盐类萃取剂的选择是影响离心萃取收率以及偏钒酸铵质量的关键因素之一。其中,伯胺硫酸盐类萃取剂又以(C15H31NH)2SO4、(C17H35NH)2SO4或(C19H39NH)2SO4中的任意一种或至少两种的混合物所达到的效果最好。
由于伯胺硫酸盐类萃取剂的萃取效果受到烷基链长短和自身疏水性的影响:烷基链短活泼性强,但是其自身的疏水性弱;烷基链长活泼性弱,但其自身的疏水性强。而本发明所选取的伯胺硫酸盐类萃取剂正好实现了活泼性和烷基链疏水性的最佳效果,从而实现了萃取的最佳效果。
作为本发明优选的技术方案,步骤(1)所述伯胺硫酸盐类萃取剂和含钒铬浸出液两相的相比为(1~5):(5~1),例如1:(5~1)、2:(5~1)、3:(5~1)、4:(5~1)或5:(5~1)等,又如(1~5):5、(1~5):4、(1~5):3、(1~5):2或(1~5):1等,还可为1:1、1:2、1:3、1:4、1:5、5:1、4:1、3:1、2:1或1:1等,但并不仅限于所列举的数值,该数值范围内其他未列举的数值同样适用,优选为1:1。
本发明中,所述伯胺硫酸盐类萃取剂和含钒铬浸出液的相比需控制在一定范围内,若伯胺硫酸盐类萃取相比太高,会造成单位体积的萃取剂萃取效率下降;若含钒铬浸出液的相比太高,会造成两相分相不好,萃取相有夹带。
优选地,步骤(1)所述伯胺硫酸盐类萃取剂与含钒铬浸出液中钒元素的摩尔比为1:(0.1~10),例如1:0.1、1:0.5、1:0.8、1:1、1:1.2、1:1.3、1:1.4、1:1.5、1:2、1:3、1:5、1:6、1:7、1:8或1:10等,但并不仅限于所列举的数值,该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
本发明中,所述伯胺硫酸盐类萃取剂与含钒铬浸出液中钒元素的摩尔比需控制在一定范围内,若伯胺硫酸盐类萃取剂摩尔比太高,会造成钒铬分离效果下降;若含钒铬浸出液含钒元素摩尔比太高,造成萃取收率下降。
作为本发明优选的技术方案,步骤(1)所述逆流离心萃取分离的级数为4级。本发明中,采用伯胺硫酸盐类萃取剂结合离心萃取器的优点,可以将离心萃取分离的级数较现有技术大幅度降低至3级~6级,又以4级达到的效果最优。
优选地,步骤(1)所述逆流离心萃取分离的温度为18℃~22℃,例如18℃、18.5℃、19℃、20℃、20.5℃、21℃、21.5℃或22℃等,但并不仅限于所列举的数值,该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地,步骤(1)所述逆流离心萃取分离中含钒铬浸出液与伯胺硫酸盐类萃取剂两相的总流量为0.8L/h~1L/h,例如0.8L/h、0.83L/h、0.85L/h、0.87L/h、0.9L/h、0.93L/h、0.95L/h、0.97L/h或1L/h等,但并不仅限于所列举的数值,该数值范围内其他未列举的数值同样适用,优选为1L/h。
优选地,步骤(1)所述逆流离心萃取分离的转速为3500r/min~5000r/min,例如3500r/min、3700r/min、3900r/min、4000r/min、4300r/min、4500r/min、4700r/min或5000r/min等,但并不仅限于所列举的数值,该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地,步骤(1)所述逆流离心萃取分离的时间为3.6min~7.2min,例如3.6min、4min、4.5min、5min、5.5min、6min、6.5min、7min或7.2min等,但并不仅限于所列举的数值,该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地,步骤(1)所述逆流离心萃取分离过程中添加稀释剂。
优选地,所述稀释剂为正己烷和/或磺化煤油。
作为本发明优选的技术方案,步骤(2)所述氨水的浓度为2.5wt%~3wt%,例如2.5wt%、2.6wt%、2.7wt%、2.8wt%、2.9wt%或3wt%等,但并不仅限于所列举的数值,该数值范围内其他未列举的数值同样适用,优选为2.5wt%~2.8wt%。
本发明中,由于所述萃取剂的碱性大于有机伯胺碱性物质,可以有效地对有机相进行反萃并使得偏钒酸铵化合物粉末析出。
优选地,步骤(2)所述上层萃取有机相与氨水的体积比为(1~1.5):1,例如1:1、1.1:1、1.2:1、1.3:1、1.4:1或1.5:1等,但并不仅限于所列举的数值,该数值范围内其他未列举的数值同样适用,优选为1:1。
优选地,步骤(2)所述上层萃取有机相与氨水的摩尔比为1:(1~1.5),例如1:1、1:1.1、1:1.2、1:1.3、1:1.4或1:1.5等,但并不仅限于所列举的数值,该数值范围内其他未列举的数值同样适用,优选为1:1.3。
优选地,步骤(2)将所述氨水一次性加入上层萃取有机相中。
本发明中,所述氨水需一次性加入到上层萃取有机相中,然后在两相条件下进行酸碱反应。一次性加入氨水,可以避免多次加入氨水的重复操作而造成的氨水挥发。
作为本发明优选的技术方案,步骤(2)所述反萃的温度为35℃~45℃,例如35℃、36℃、37℃、38℃、39℃、40℃、41℃、42℃、43℃、44℃或45℃等,但并不仅限于所列举的数值,该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地,步骤(2)所述反萃过程中搅拌。
优选地,所述搅拌的速率为90r/min~170r/min,例如90r/min、100r/min、110r/min、120r/min、130r/min、140r/min、150r/min、160r/min或170r/min等,但并不仅限于所列举的数值,该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
作为本发明优选的技术方案,步骤(2)所述后处理依次包括洗涤、过滤和干燥。
优选地,所述洗涤过程所用洗涤剂为去离子水、乙醇或丙酮中任意一种或至少两种的组合,所述组合典型但非限制性实例有:去离子水和乙醇的组合,乙醇和丙酮的组合,去离子水、乙醇和丙酮的组合等。
优选地,所述干燥采用真空箱进行干燥。本发明中所述干燥设备并不仅限于真空干燥箱,也可以采用其它干燥设备,本发明不作特殊限定。
优选地,所述真空干燥箱的真空度设置为0.05MPa~0.1MPa,例如0.05MPa、0.06MPa、0.07MPa、0.08MPa、0.09MPa或0.1MPa等,但并不仅限于所列举的数值,该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地,所述干燥的干燥温度为80℃~100℃,例如80℃、85℃、90℃、95℃、98℃或100℃等,但并不仅限于所列举的数值,该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
作为本发明优选的技术方案,步骤(2)所制得的偏钒酸铵的纯度≥99.1%。
作为本发明优选的技术方案,所述方法包括以下步骤:
(1)将钒元素浓度为0~42g/L且不包括0,初始pH为5~6的含钒铬浸出液与伯胺硫酸盐类萃取剂混合,伯胺硫酸盐类萃取剂和含钒铬浸出液两相的相比为1:1,伯胺硫酸盐类萃取剂与含钒铬浸出液中钒元素的摩尔比为1:(0.1~10),进行4级逆流离心萃取分离,控制逆流离心萃取的温度为18℃~22℃,转速为3500r/min~5000r/min,含钒铬浸出液与伯胺硫酸盐类萃取剂两相的总流量为1L/h,得到上层萃取有机相,其中所述伯胺硫酸盐类萃取剂为(C15H31NH)2SO4、(C17H35NH)2SO4或(C19H39NH)2SO4中的任意一种或至少两种的混合物;
(2)将步骤(1)得到的上层萃取有机相,将浓度为2.5wt%~2.8wt%的氨水一次性加入上层萃取有机相中进行反萃,控制上层萃取有机相与氨水的体积比为1:1,上层萃取有机相与氨水的摩尔比为1:1.3,反萃温度为35℃~45℃,反萃过程中以90r/min~170r/min的速率进行搅拌,得到白色粉末,所得白色粉末再经洗涤、过滤和干燥得到纯度≥99.1%的偏钒酸铵。
与现有技术相比,本发明具有以下有益效果:
(1)本发明在现有技术的基础上,采用伯胺硫酸盐类萃取剂结合离心萃取器的优点,通过3级~6级的离心萃取分离浸出液中的钒铬,可以大幅度提高钒的萃取率和钒铬的分离因子,钒的萃取率可以高达95-99.6%,钒铬的分离因子可以达到273.9;
(2)本发明所述方法中采用两步快速萃取分离并制备高纯偏钒酸铵,整个工艺在3.6-7.2min内即可快速高效的萃取分离钒铬,不仅能有效减少萃取过程中+5价钒和+6价铬对萃取剂的氧化降解作用,提高萃取剂的循环使用率,而且能够提高萃取和分离效率,提高钒铬废渣资源化利用的效率和降低回收成本,符合钒铬回收的经济和社会效益。
附图说明
图1是本发明所述快速离心萃取分离钒铬并制备偏钒酸铵的方法的工艺流程图。
具体实施方式
为更好地说明本发明,便于理解本发明的技术方案,下面对本发明进一步详细说明。但下述的实施例仅仅是本发明的简易例子,并不代表或限制本发明的权利保护范围,本发明保护范围以权利要求书为准。
如图1所示,本发明具体实施例部分提供了一种快速离心萃取分离钒铬并制备偏钒酸铵的方法,所述方法包括以下步骤:
(1)将含钒铬浸出液与伯胺硫酸盐类萃取剂混合,进行3级~6级逆流离心萃取分离,得到上层萃取有机相;
(2)将步骤(1)得到的上层萃取有机相,用氨水进行反萃,得到白色粉末,所得白色粉末再经后处理得到偏钒酸铵。
以下为本发明典型但非限制性实施例:
实施例1:
本实施例提供了一种快速离心萃取分离钒铬并制备偏钒酸铵的方法,所述方法包括以下步骤:
(1)采用伯胺硫酸盐类萃取剂与含钒铬浸出液进行离心萃取分离:
将钒元素浓度为23.7g/L,初始pH为5的含钒铬浸出液与伯胺硫酸盐类萃取剂混合,所述伯胺硫酸盐类萃取剂为(C15H31NH)2SO4、(C17H35NH)2SO4和(C19H39NH)2SO4的混合物,在伯胺硫酸盐类萃取剂和含钒铬浸出液两相的相比为1:1,伯胺硫酸盐类萃取剂与含钒铬浸出液中钒元素的摩尔比为1:5的条件下,进行4级逆流离心萃取分离,控制逆流离心萃取的温度为20℃,转速为4100r/min,含钒铬浸出液与伯胺硫酸盐类萃取剂两相的总流量为1L/h,萃取过程中加入稀释剂为磺化煤油,单位体积的萃取液在4.8min完成分离,得到上层萃取有机相,钒的萃取率达到99.6%;
(2)将步骤(1)得到的上层萃取有机相转入单口烧瓶中,保持温度为35℃~45℃,将浓度为2.5wt%~2.8wt%的氨水一次性加入上层萃取有机相中进行反萃,控制上层萃取有机相与氨水的体积比为1.5:1,上层萃取有机相与氨水的摩尔比为1:1.3,反萃过程中以100r/min的速率进行搅拌,得到白色粉末;
(3)步骤(2)所得白色粉末采用去离子水和乙醇洗涤,过滤,在真空度为0.05Mpa的真空干燥箱中恒温95℃下干燥产品,得到纯度≥99.1%的偏钒酸铵。
本实施例所用方法最终使钒的回收率为65%~68.5%,固体偏钒酸铵中铬的百分含量为0.21%。
实施例2:
本实施例提供了一种快速离心萃取分离钒铬并制备偏钒酸铵的方法,所述方法包括以下步骤:
(1)采用伯胺硫酸盐类萃取剂与含钒铬浸出液进行离心萃取分离:
将钒元素浓度为15g/L,初始pH为7的含钒铬浸出液与伯胺硫酸盐类萃取剂混合,所述伯胺硫酸盐类萃取剂为(C8H17NH)2SO4,在伯胺硫酸盐类萃取剂和含钒铬浸出液两相的相比为1:2,伯胺硫酸盐类萃取剂与含钒铬浸出液中钒元素的摩尔比为1:1的条件下,进行4级逆流离心萃取分离,控制逆流离心萃取的温度为21℃,转速为3900r/min,含钒铬浸出液与伯胺硫酸盐类萃取剂两相的总流量为1L/h,萃取过程中加入稀释剂为磺化煤油,单位体积的萃取液在4.8min内完成分离,得到上层萃取有机相,钒的萃取率达到98.7%;
(2)将步骤(1)得到的上层萃取有机相转入单口烧瓶中,保持温度为35℃,将浓度为2.5wt%~2.8wt%的氨水一次性加入上层萃取有机相中进行反萃,控制上层萃取有机相与氨水的体积比为1.3:1,上层萃取有机相与氨水的摩尔比为1:1.5,反萃过程中以90r/min的速率进行搅拌,得到白色粉末;
(3)步骤(2)所得白色粉末采用去离子水和乙醇洗涤,过滤,在真空度为0.05Mpa的真空干燥箱中恒温95℃下干燥产品,得到纯度≥99.1%的偏钒酸铵。
本实施例所用方法最终使钒的回收率为65%~68.5%,固体偏钒酸铵中铬的百分含量为0.19%。
实施例3:
本实施例提供了一种快速离心萃取分离钒铬并制备偏钒酸铵的方法,所述方法包括以下步骤:
(1)采用伯胺硫酸盐类萃取剂与含钒铬浸出液进行离心萃取分离:
将钒元素浓度为20g/L,初始pH为8的含钒铬浸出液与伯胺硫酸盐类萃取剂混合,所述伯胺硫酸盐类萃取剂为(C12H25NH)2SO4,在伯胺硫酸盐类萃取剂和含钒铬浸出液两相的相比为1:3,伯胺硫酸盐类萃取剂与含钒铬浸出液中钒元素的摩尔比为1:9的条件下,进行4级逆流离心萃取分离,控制逆流离心萃取的温度为18℃,转速为3700r/min,含钒铬浸出液与伯胺硫酸盐类萃取剂两相的总流量为1L/h,萃取过程中加入稀释剂为磺化煤油,单位体积的萃取液在4.8min内完成分离,得到上层萃取有机相,钒的萃取率达到97.2%;
(2)将步骤(1)得到的上层萃取有机相转入单口烧瓶中,保持温度为37℃,将浓度为2.5wt%~2.8wt%的氨水一次性加入上层萃取有机相中进行反萃,控制上层萃取有机相与氨水的体积比为1:1,上层萃取有机相与氨水的摩尔比为1:1,反萃过程中以110r/min的速率进行搅拌,得到白色粉末;
(3)步骤(2)所得白色粉末采用去离子水和乙醇洗涤,过滤,在真空度为0.07Mpa的真空干燥箱中恒温85℃下干燥产品,得到纯度≥99.1%的偏钒酸铵。
本实施例所用方法最终使钒的萃取率为65%~68.5%,固体偏钒酸铵中铬的百分含量为0.14%。
实施例4:
本实施例提供了一种快速离心萃取分离钒铬并制备偏钒酸铵的方法,所述方法包括以下步骤:
(1)采用伯胺硫酸盐类萃取剂与含钒铬浸出液进行离心萃取分离:
将钒元素浓度为22g/L,初始pH为8的含钒铬浸出液与伯胺硫酸盐类萃取剂混合,所述伯胺硫酸盐类萃取剂为(C21H43NH)2SO4,在伯胺硫酸盐类萃取剂和含钒铬浸出液两相的相比为1:4,伯胺硫酸盐类萃取剂与含钒铬浸出液中钒元素的摩尔比为1:5的条件下,进行4级逆流离心萃取分离,控制逆流离心萃取的温度为20℃,转速为4500r/min,含钒铬浸出液与伯胺硫酸盐类萃取剂两相的总流量为1L/h,萃取过程中加入稀释剂为磺化煤油,单位体积的萃取液在4.8min内完成分离,得到上层萃取有机相,钒的萃取率达到96.4%;
(2)将步骤(1)得到的上层萃取有机相转入单口烧瓶中,保持温度为37℃,将浓度为2.5wt%~2.8wt%的氨水一次性加入上层萃取有机相中进行反萃,控制上层萃取有机相与氨水的体积比为1.4:1,上层萃取有机相与氨水的摩尔比为1:1.2,反萃过程中以120r/min的速率进行搅拌,得到白色粉末;
(3)步骤(2)所得白色粉末采用去离子水和乙醇洗涤,过滤,在真空度为0.1Mpa的真空干燥箱中恒温85℃下干燥产品,得到纯度≥99.1%的偏钒酸铵。
本实施例所用方法最终使钒的萃取率为65%~68.5%,固体偏钒酸铵中铬的百分含量为0.15%。
实施例5:
本实施例提供了一种快速离心萃取分离钒铬并制备偏钒酸铵的方法,所述方法包括以下步骤:
(1)采用伯胺硫酸盐类萃取剂与含钒铬浸出液进行离心萃取分离:
将钒元素浓度为18g/L,初始pH为9.5的含钒铬浸出液与伯胺硫酸盐类萃取剂混合,所述伯胺硫酸盐类萃取剂为(C15H31NH)2SO4、(C17H35NH)2SO4和(C19H39NH)2SO4的混合物,在伯胺硫酸盐类萃取剂和含钒铬浸出液两相的相比为1:5,伯胺硫酸盐类萃取剂与含钒铬浸出液中钒元素的摩尔比为1:5的条件下,进行4级逆流离心萃取分离,控制逆流离心萃取的温度为20℃,转速为4700r/min,含钒铬浸出液与伯胺硫酸盐类萃取剂两相的总流量为1L/h,萃取过程中加入稀释剂为磺化煤油,单位体积的萃取液在4.8min内完成分离,得到上层萃取有机相,钒的萃取率达到96.4%;
(2)将步骤(1)得到的上层萃取有机相转入单口烧瓶中,保持温度为40℃,将浓度为2.5wt%~2.8wt%的氨水一次性加入上层萃取有机相中进行反萃,控制上层萃取有机相与氨水的体积比为1.2:1,上层萃取有机相与氨水的摩尔比为1:1.4,反萃过程中以140r/min的速率进行搅拌,得到白色粉末;
(3)步骤(2)所得白色粉末采用去离子水和乙醇洗涤,过滤,在真空度为0.1Mpa的真空干燥箱中恒温90℃下干燥产品,得到纯度≥99.1%的偏钒酸铵。
本实施例所用方法最终使钒的萃取率为65%~68.5%,固体偏钒酸铵中铬的百分含量为0.18%。
实施例6:
本实施例提供了一种快速离心萃取分离钒铬并制备偏钒酸铵的方法,所述方法包括以下步骤:
将钒元素浓度为22g/L,初始pH为7的含钒铬浸出液与伯胺硫酸盐类萃取剂混合,所述伯胺硫酸盐类萃取剂为(C17H35NH)2SO4,在伯胺硫酸盐类萃取剂和含钒铬浸出液两相的相比为2:1,伯胺硫酸盐类萃取剂与含钒铬浸出液中钒元素的摩尔比为1:6的条件下,进行4级逆流离心萃取分离,控制逆流离心萃取的温度为19℃,转速为4300r/min,含钒铬浸出液与伯胺硫酸盐类萃取剂两相的总流量为1L/h,萃取过程中加入稀释剂为磺化煤油,单位体积的萃取液在4.8min内完成分离,得到上层萃取有机相,钒的萃取率达到95.3%;
(2)将步骤(1)得到的上层萃取有机相转入单口烧瓶中,保持温度为41℃,将浓度为2.5wt%~2.8wt%的氨水一次性加入上层萃取有机相中进行反萃,控制上层萃取有机相与氨水的体积比为1.4:1,上层萃取有机相与氨水的摩尔比为1:1.2,反萃过程中以160r/min的速率进行搅拌,得到白色粉末;
(3)步骤(2)所得白色粉末采用去离子水和乙醇洗涤,过滤,在真空度为0.1Mpa的真空干燥箱中恒温93℃下干燥产品,得到纯度≥99.1%的偏钒酸铵。
本实施例所用方法最终使钒的萃取率为65%~68.5%,固体偏钒酸铵中铬的百分含量为0.23%。
实施例7:
本实施例提供了一种快速离心萃取分离钒铬并制备偏钒酸铵的方法,所述方法除了步骤(1)中含钒铬浸出液中钒元素浓度为41g/L,初始pH为6,伯胺硫酸盐类萃取剂为(C15H31NH)2SO4,伯胺硫酸盐类萃取剂和含钒铬浸出液两相的相比为5:1,伯胺硫酸盐类萃取剂与含钒铬浸出液中钒元素的摩尔比为1:7的条件下,进行3级逆流离心萃取分离,转速为3550r/min,含钒铬浸出液与伯胺硫酸盐类萃取剂两相的总流量为0.9L/h,单位体积的萃取液在4.8min内完成分离;步骤(2)中氨水浓度为2.5wt~2.6wt%,反萃过程中以170r/min的速率进行搅拌;步骤(3)中的干燥温度为100℃外,其他物料用量与制备过程均与实施例1中相同,最终得到纯度≥99.1%的偏钒酸铵。
本实施例所用方法钒的萃取率达到95.2%,最终使钒的萃取率为65%~68.5%,固体偏钒酸铵中铬的百分含量为0.22%。
实施例8:
本实施例提供了一种快速离心萃取分离钒铬并制备偏钒酸铵的方法,所述方法除了步骤(1)中伯胺硫酸盐类萃取剂为(C19H39NH)2SO4,进行6级逆流离心萃取分离,转速为5000r/min,含钒铬浸出液与伯胺硫酸盐类萃取剂两相的总流量为0.8L/h,单位体积的萃取液在4.8min内完成分离;步骤(2)中氨水浓度为2.9wt~3wt%;步骤(3)中的干燥温度为80℃外,其他物料用量与制备过程均与实施例1中相同,最终得到纯度≥99.1%的偏钒酸铵。
本实施例所用方法钒的萃取率达到98.6%,最终使钒的萃取率为66%~68.5%,固体偏钒酸铵中铬的百分含量为0.13%。
对比例1:
本对比例提供了一种快速离心萃取分离钒铬并制备偏钒酸铵的方法,所述方法除了采用普通叔胺类萃取剂进行萃取外,其他物料用量与制备过程均与实施例1中相同,最终得到的偏钒酸铵的纯度为96.5%。
本对比例所用方法会造成钒的萃取率降低,钒的萃取率仅为87.4%;进而使最终使钒的回收率为51%~55%,固体偏钒酸铵中铬的百分含量为0.98%。
对比例2:
本对比例提供了一种快速离心萃取分离钒铬并制备偏钒酸铵的方法,所述方法除了采用仲胺(如仲胺7207)萃取进行外,其他物料用量与制备过程均与实施例1中相同,最终得到的偏钒酸铵的纯度为95.5%。
本对比例所用方法会造成钒的萃取率降低,钒的萃取率仅为79.2%;进而使最终使钒的回收率为45%~48%,固体偏钒酸铵中铬的百分含量为1.15%。
对比例3:
本对比例提供了一种快速离心萃取分离钒铬并制备偏钒酸铵的方法,所述方法除了所述伯胺硫酸盐类萃取剂用量过少,即伯胺硫酸盐类萃取剂与含钒铬浸出液中钒元素的摩尔比为1:15外,其他物料用量与制备过程均与实施例1中相同,最终得到的偏钒酸铵的纯度为99.1%。
本对比例所用方法会造成钒的萃取率下降,钒的萃取率仅为45.9%;进而使最终使钒的回收率为23%~25%,固体偏钒酸铵中铬的百分含量为0.20%。
对比例4:
本对比例提供了一种快速离心萃取分离钒铬并制备偏钒酸铵的方法,所述方法除了所述伯胺硫酸盐类萃取剂为碳原子数为5的直链伯胺硫酸盐外,其他物料用量与制备过程均与实施例1中相同,最终得到的偏钒酸铵的纯度为97.4%。
本对比例所用方法会造成最终产品偏钒酸铵纯度下降,进而使最终使钒的回收率为65%~68.5%,固体偏钒酸铵中铬的百分含量为0.86%。
对比例5:
本对比例提供了一种离心萃取分离钒铬并制备偏钒酸铵的方法,所述方法除了所述伯胺硫酸盐类萃取剂为碳原子数为25的支链伯胺硫酸盐外,其他物料用量与制备过程均与实施例1中相同,最终得到的偏钒酸铵的纯度为99.1%。
本对比例所用方法会造成钒萃取收率下降,钒的萃取率仅为75.4%,进而使最终使钒的回收率为40%~42%,固体偏钒酸铵铬的百分含量为0.18%。
对比例6:
本对比例提供了一种快速离心萃取分离并钒铬制备偏钒酸铵的方法,所述方法除了步骤(1)中进行10级逆流离心萃取分离外,其他物料用量与制备过程均与实施例1中相同,最终得到的偏钒酸铵的纯度为99.3%,钒回收率65%~68.5%,固体偏钒酸铵中铬的百分含量为0.12%。
本对比例所用方法会造成生产成本提高,由于离心萃取设备需要一次性投资较高,这样使得单位产品回收成本上升2.5倍。
综合上述实施例和对比例的结果可以看出,本发明在现有技术的基础上,采用伯胺硫酸盐类萃取剂结合离心萃取器的优点,通过3级~6级的离心萃取分离浸出液中的钒铬,可以大幅度提高钒的萃取率和钒铬的分离因子,钒的萃取率可以高达95-99.6%,钒铬的分离因子可以达到273.9;同时,本发明所述方法中采用两步快速萃取分离并制备高纯偏钒酸铵,整个工艺在3.6-7.2min内即可快速高效的萃取分离钒铬,不仅能有效减少萃取过程中+5价钒和+6价铬对萃取剂的氧化降解作用,提高萃取剂的循环使用率,而且能够提高萃取和分离效率,提高钒铬废渣资源化利用的效率和降低回收成本,符合钒铬回收的经济和社会效益。
申请人声明,本发明通过上述实施例来说明本发明的详细结构特征,但本发明并不局限于上述详细结构特征,即不意味着本发明必须依赖上述详细结构特征才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了,对本发明的任何改进,对本发明所选用部件的等效替换以及辅助部件的增加、具体方式的选择等,均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
以上详细描述了本发明的优选实施方式,但是,本发明并不限于上述实施方式中的具体细节,在本发明的技术构思范围内,可以对本发明的技术方案进行多种简单变型,这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是,在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征,在不矛盾的情况下,可以通过任何合适的方式进行组合,为了避免不必要的重复,本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外,本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合,只要其不违背本发明的思想,其同样应当视为本发明所公开的内容。
Claims (30)
1.一种离心萃取分离钒铬并制备偏钒酸铵的方法,其特征在于,所述方法包括以下步骤:
(1)将含钒铬浸出液与伯胺硫酸盐类萃取剂混合,进行3级~6级逆流离心萃取分离,得到上层萃取有机相;
(2)将步骤(1)得到的上层萃取有机相,用氨水进行反萃,得到白色粉末,所得白色粉末再经后处理得到偏钒酸铵;
步骤(1)所述含钒铬浸出液的初始pH值为5~6;步骤(1)所述逆流离心萃取分离的时间为3.6min~7.2min;
步骤(1)所述伯胺硫酸盐类萃取剂为(C15H31NH)2SO4、(C17H35NH)2SO4或(C19H39NH)2SO4中的任意一种或至少两种的混合物。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,步骤(1)所述含钒铬浸出液为工业钒铬废渣的含钒铬浸出液。
3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,步骤(1)中所述含钒铬浸出液的中钒元素的浓度为0~42g/L且不包括0。
4.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,步骤(1)所述伯胺硫酸盐类萃取剂和含钒铬浸出液两相的相比为(1~5):(5~1)。
5.根据权利要求4所述的方法,其特征在于,步骤(1)所述伯胺硫酸盐类萃取剂和含钒铬浸出液两相的相比为1:1。
6.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,步骤(1)所述伯胺硫酸盐类萃取剂与含钒铬浸出液中钒元素的摩尔比为1:(0.1~10)。
7.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,步骤(1)所述逆流离心萃取分离的级数为4级。
8.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,步骤(1)所述逆流离心萃取分离的温度为18℃~22℃。
9.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,步骤(1)所述逆流离心萃取分离中含钒铬浸出液与伯胺硫酸盐类萃取剂两相的总流量为0.8L/h~1L/h。
10.根据权利要求9所述的方法,其特征在于,步骤(1)所述逆流离心萃取分离中含钒铬浸出液与伯胺硫酸盐类萃取剂两相的总流量为1L/h。
11.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,步骤(1)所述逆流离心萃取分离的转速为3500r/min~5000r/min。
12.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,步骤(1)所述逆流离心萃取分离过程中添加稀释剂。
13.根据权利要求12所述的方法,其特征在于,所述稀释剂为正己烷和/或磺化煤油。
14.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,步骤(2)所述氨水的浓度为2.5wt%~3wt%。
15.根据权利要求14所述的方法,其特征在于,步骤(2)所述氨水的浓度为2.5wt%~2.8wt%。
16.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,步骤(2)所述上层萃取有机相与氨水的体积比为(1~1.5):1。
17.根据权利要求16所述的方法,其特征在于,步骤(2)所述上层萃取有机相与氨水的体积比为1:1。
18.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,步骤(2)所述上层萃取有机相与氨水的摩尔比为1:(1~1.5)。
19.根据权利要求18所述的方法,其特征在于,步骤(2)所述上层萃取有机相与氨水的摩尔比为1:1.3。
20.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,步骤(2)将所述氨水一次性加入上层萃取有机相中。
21.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,步骤(2)所述反萃的温度为35℃~45℃。
22.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,步骤(2)所述反萃过程中搅拌。
23.根据权利要求22所述的方法,其特征在于,所述搅拌的速率为90r/min~170r/min。
24.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,步骤(2)所述后处理依次包括洗涤、过滤和干燥。
25.根据权利要求24所述的方法,其特征在于,所述洗涤过程所用洗涤剂为去离子水、乙醇或丙酮中任意一种或至少两种的组合。
26.根据权利要求24所述的方法,其特征在于,所述干燥采用真空箱进行干燥。
27.根据权利要求26所述的方法,其特征在于,所述真空干燥箱的真空度设置为0.05MPa~0.1MPa。
28.根据权利要求24所述的方法,其特征在于,所述干燥的干燥温度为80℃~100℃。
29.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,步骤(2)所制得的偏钒酸铵的纯度≥99.1%。
30.根据权利要求1-29任一项所述的方法,其特征在于,所述方法包括以下步骤:
(1)将钒元素浓度为0~42g/L且不包括0,初始pH为5~6的含钒铬浸出液与伯胺硫酸盐类萃取剂混合,伯胺硫酸盐类萃取剂和含钒铬浸出液两相的相比为1:1,伯胺硫酸盐类萃取剂与含钒铬浸出液中钒元素的摩尔比为1:(0.1~10),进行4级逆流离心萃取分离,控制逆流离心萃取的温度为18℃~22℃,转速为3500r/min~5000r/min,含钒铬浸出液与伯胺硫酸盐类萃取剂两相的总流量为1L/h,得到上层萃取有机相,其中所述伯胺硫酸盐类萃取剂为(C15H31NH)2SO4、(C17H35NH)2SO4或(C19H39NH)2SO4中的任意一种或至少两种的混合物;
(2)将步骤(1)得到的上层萃取有机相,将浓度为2.5wt%~2.8wt%的氨水一次性加入上层萃取有机相中进行反萃,控制上层萃取有机相与氨水的体积比为1:1,上层萃取有机相与氨水的摩尔比为1:1.3,反萃温度为35℃~45℃,反萃过程中以90r/min~170r/min的速率进行搅拌,得到白色粉末,所得白色粉末再经洗涤、过滤和干燥得到纯度≥99.1%的偏钒酸铵。
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