CN108516587A - 五氧化二钒及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及材料制备领域，具体而言，涉及一种五氧化二钒及其制备方法。一种五氧化二钒的制备方法，包括以下步骤：将经过萃取的四价钒溶液的pH调至7‑7.5后在400‑500℃下煅烧2‑5小时后得到五氧化二钒。该方法操作简单、反应时间短，能够快速制备得到高纯度五氧化二钒。

Description

五氧化二钒及其制备方法

技术领域

本发明涉及材料制备领域，具体而言，涉及一种五氧化二钒及其制备方法。

背景技术

五氧化二钒广泛用于冶金、化工等行业，主要用于冶炼钒铁。用作合金添加剂，占五氧化二钒总消耗量的80％以上，其次是用作有机化工的催化剂，即触媒，约占总量的10％，另处用作无机化学品、化学试剂、搪瓷和磁性材料等约占总量的10％。常见的五氧化二钒制备是添加硫酸铝后形成沉淀，而后进行烧结，或者利用强碱使得含钒的物质溶解在碱性溶液中，而后除杂煅烧，上述方法制备五氧化二钒操作繁琐、且引入新的杂质，且引入的杂质不易去除，影响制备的五氧化二钒的品质。

发明内容

本发明提供了一种五氧化二钒的制备方法，该方法操作简单、反应时间短，能够快速制备得到高纯度五氧化二钒。

本发明还提供一种五氧化二钒，该五氧化二钒性质稳定且纯度高。

本发明是这样实现的：

一种五氧化二钒的制备方法，包括以下步骤：

将经过萃取的四价钒溶液的pH调至7-7.5后在400-500℃下煅烧2-5小时后得到五氧化二钒。

一种五氧化二钒，其通过上述的五氧化二钒的制备方法制备得到。

本发明的有益效果是：通过萃取提纯四价钒溶液，并将四价钒从四价钒溶液中析出，而后严格控制的pH值以及煅烧的条件，继而能够得到纯度高的五氧化二钒，且本发明实施例提供的操作条件相对现有的制备条件而言，其条件更温和，更易于实现，且整个制备过程操作简单，能耗低。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明提供的制备五氧化二钒的工艺流程图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

下面对本发明实施例的五氧化二钒及其制备方法进行具体说明。

参见图1，一种五氧化二钒的制备方法，具体地，包括以下步骤：

S1、预处理；

本发明实施例提供的制备五氧化二钒的原料为含有五价钒的钒溶液，因此需要将含有五价钒的钒溶液与还原剂反应后得到四价钒溶液。使用的还原剂为亚硫酸钠、二氧化硫、铁粉或草酸中的一种或几种。

本发明实施例通过检测放电处理的溶液的电位滴定法判定五价钒是否全部还原为四价钒。具体检测方法可以参见“钒电池电解液的电位滴定分析；田波、严川伟等；测试与分析；2003年第33卷第4期”或者国家标准的电位滴定法，继而可直接观测低价态的钒是否反映完全。或者通过滴定反应监测五价的钒是否反应完全。

S2、萃取；

将四价钒溶液进行萃取，萃取是利用磷酸酯类萃取剂进行萃取，优选为二(2-乙基己基)磷酸酯(P204，D2EHPA)和磷酸三丁酯(TBP)混合萃取剂，优选溶剂为煤油。二(2-乙基己基)磷酸酯的浓度为0.1-0.5mol/L，优选为0.2-0.3mol/L；磷酸三丁酯的浓度为0.1-0.3mol/L，优选为0.15-0.25mol/L。采用上述物质混合制备得到混合萃取剂提升萃取效果，提升后续制得的五氧化二钒的纯度。

进一步地，萃取是利用萃取剂进行3-5次一级萃取，相比(O/A)2:1至1:2，优选相比(O/A)为1:1，萃取时间2-10分钟，优选为5分钟，进行多次萃取能够去除四价钒溶液中大部分杂质。

进一步地，每次萃取后的有机相利用酸性物质进行反萃取，优选，所述酸性物质为强酸，更优选为硫酸。采用的硫酸的浓度为1.5mol/L反萃过程中相比(O/A)为1:1至10:1，优选相比(O/A)为5:1。

且第一次一级萃取后得到的萃取余液再进行二级萃取，即利用混合萃取剂进行萃取，并将二级萃取得到萃取液添加至第一次一级萃取的原料中进行萃取。即将二级萃取得到的萃取液进行反萃取，反萃取后得到的反萃取液添加至第一次一级萃取的原料中，进行再次萃取。而二级萃取得到的萃取余液则直接作为废料进行后续处理。

而第一次一级萃取得到的萃取液进行反萃取得到反萃取液和反萃取余液，反萃取液进行第二次一级萃取，而反萃取余液则返回至第一次一级萃取的原料中进行第一次一级萃取。

如此反复进行3-5次萃取-反萃取得到纯度较高的四价钒溶液，且能够将还原的四价钒全部提纯出来。

S3、调节pH；

提纯四价钒溶液呈现酸性，其不能直接用于煅烧，需要将钒以四价钒水合物的方式析出，继而进行煅烧得到五氧化二钒。因此，需要调节四价钒溶液的酸碱度。具体是将四价钒溶液的pH调至6.8-7.5，即使得调节pH后的溶液呈现中性，继而在后续煅烧中能够得到五氧化二钒，且保证得到的五氧化二钒的产率和纯度。

具体地，调节所述四价钒溶液的pH值是利用碱性物质进行调节。碱性物质为弱碱性物质，优选地，所述弱碱性物质为氨水。采用弱碱性物质调节四价钒溶液的pH值是为了防止添加强碱物质，其对溶液的pH值影响较大，即即使添加少量的强碱物质，也会导致四价钒溶液的pH值发生较大的变化，而四价钒溶液所需的pH值范围较小，使用强碱容易造成pH调节过量，继而导致后续制备得到的不是五氧化二钒或者其纯度降低。

而使用的氨水的量通过检测四价钒溶液的pH来进行判定，继而在添加氨水的过程中，需要缓慢添加，即以20-25滴/分钟的速率添加氨水，且实时检测滴加氨水的四价钒溶液的pH值，继而保证四价钒溶液的pH值位于本发明所要求的范围内。

S4、洗涤以及过滤；

经过pH调节后的混合液中的是无定形状态的四价钒水合物，四价钒水合物在溶液中的浓度为100-200g/L。即四价钒水合物在混合液中的浓度为100-200g/L。

而添加了氨水调节了四价钒溶液的pH，因此混合液中含有氨水，因此需要将氨水去除，而氨水易溶于水，因此，采用多次洗涤的方式即可基本去除氨水。而洗涤使用的溶剂为去离子水，且清洗2-3次，保证得到高纯度的四价钒水合物。

S5、煅烧；

将过滤后得到的物质在400-500℃下煅烧2-5小时后得到五氧化二钒。本发明采用煅烧制备得到的粉末中五氧化二钒占99％以上，说明其产率极高，以及纯度极高，且煅烧采用的是常压(即0.1-0.2Mpa)，温度相对于其他煅烧温度而言也大幅度降低，煅烧时间也缩短至2-5小时，且在该操作范围内得到的基本为五氧化二钒。采用上述操作条件的主要原因是更改了上述操作条件，会导致制备得到的物质发生变化，且杂质含量增加，降低五氧化二钒的纯度。

需要说明的是，本发明实施例中四价钒溶液的pH值以及煅烧的温度和时间都极为重要，任意更改一个数据都可能导致制备得到的五氧化二钒的纯度降低甚至得到的并非五氧化二钒。

本发明还提供一种五氧化二钒，其通过上述五氧化二钒的制备方法制备得到。

本发明通过萃取提纯四价钒溶液，并将四价钒从四价钒溶液中析出，而后严格控制的pH值以及煅烧的条件，继而能够得到纯度高的五氧化二钒，且本发明实施例提供的操作条件相对现有的制备条件而言，其条件更温和，更易于实现，且整个制备过程操作简单，能耗低。

以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。

实施例1

一种五氧化二钒的制备方法，包括以下步骤：

S1、预处理；

取100mL含有五价钒的钒溶液在搅拌条件下添加还原剂，并通过检测放电处理的溶液的电位滴定法判定低价位的钒是否全部氧化为四价钒。还原剂为亚硫酸钠

S2、萃取；

将500mL混合萃取剂(含有0.3mol/L P204和0.2mol/L TBP的煤油)，加入到四价钒溶液(500mL)中，进行第一次一级萃取，萃取剂与浸出液相比(O/A)为1:1，振荡5分钟，静置分液得到萃取液(有机相)和萃取余液。

有机相进行反萃取，利用1.5mol/L硫酸进行洗脱，500mL的有机相中加入100mL1.5mol/L硫酸进行第一次反萃取，有机相与水相比(O/A)为5:1，振荡5分钟后，静置分液，取下层100mL的反萃液。

而萃取余液进行二级萃取，即萃取余液100mL(加去离子水至500mL)再与500mL混合萃取剂混合振荡5分钟，静置分液。二级萃取得到的有机相中加入100mL 1.5mol/L硫酸进行洗脱(相比O/A为5:1)，振荡5分钟后，静置分液，反萃液100mL添加至第一次一级萃取的原料中。

将第一次反萃取得到的反萃液100mL(加去离子水至500mL)与500mL混合萃取剂混合进行第二次一级萃取，萃取剂与浸出液相比(O/A)为1:1，振荡5分钟，静置分液。利用1.5mol/L硫酸进行洗脱，500mL的有机相加入100mL 1.5mol/L硫酸，有机相与水相比(O/A)为5:1，振荡5分钟后，静置分液，取下层100mL的反萃液。

将第二次反萃取得到的反萃液100mL(加去离子水至500mL)与500mL混合萃取剂混合进行第三次一级萃取，萃取剂与浸出液相比(O/A)为1:1，振荡5分钟，静置分液。利用1.5mol/L硫酸进行洗脱，500mL的有机相加入100mL 1.5mol/L硫酸，有机相与水相比(O/A)为5:1，振荡5分钟后，静置分液，取下层100mL的反萃液。

S3、萃取调节pH；

利用氨水将四价钒溶液的pH调至7。调节过程中，以20滴/分钟的速率添加氨水，且实时检测滴加氨水的四价钒溶液的pH值。

S3、洗涤以及过滤；

四价钒水合物在混合液中的浓度为100g/L。使用去离子水清洗2次。且每次洗涤均进行过滤。

S4、煅烧；

将过滤后得到的物质在常压、400℃下煅烧2小时后得到五氧化二钒，煅烧得到的粉末中五氧化二钒占99.4％。

本发明还提供一种五氧化二钒，其通过上述五氧化二钒的制备方法制备得到。

实施例2

本实施例提供一种五氧化二钒的制备方法，该方法与实施例1的制备方法基本一致，区别在于操作条件发生变化。

还原剂为二氧化硫，混合萃取剂中二(2-乙基己基)磷酸酯的浓度为0.1mol/L，磷酸三丁酯的浓度为0.15mol/L，萃取次数为4次，萃取的相比(O/A)2:1，萃取时间2分钟，反萃过程中相比(O/A)为1:1。

利用氨水将四价钒溶液的pH调至7.5。调节过程中，以25滴/分钟的速率添加氨水，且实时检测滴加氨水的四价钒溶液的pH值。四价钒水合物在混合液中的浓度为150g/L。使用去离子水清洗3次。

煅烧的温度为500℃，煅烧时间为5小时，得到五氧化二钒的纯度为99.6％。

实施例3

本实施例提供一种五氧化二钒的制备方法，该方法与实施例1的制备方法基本一致，区别在于操作条件发生变化。

还原剂为二氧化硫和草酸，混合萃取剂中二(2-乙基己基)磷酸酯的浓度为0.5mol/L，磷酸三丁酯的浓度为0.25mol/L，萃取次数为5次，萃取的相比(O/A)1:2，萃取时间10分钟，反萃过程中相比(O/A)为10:1。

利用氨水将四价钒溶液的pH调至6.8。调节过程中，以23滴/分钟的速率添加氨水，且实时检测滴加氨水的四价钒溶液的pH值。四价钒水合物在混合液中的浓度为200g/L。使用去离子水清洗3次。

煅烧的温度为450℃，煅烧时间为4小时，得到五氧化二钒的纯度为99.7％。

实施例4

本实施例提供一种五氧化二钒的制备方法，该方法与实施例1的制备方法基本一致，区别在于操作条件发生变化。

还原剂为二氧化硫、亚硫酸钠和草酸，混合萃取剂中二(2-乙基己基)磷酸酯的浓度为0.3mol/L，磷酸三丁酯的浓度为0.1mol/L，萃取次数为1次，萃取的相比(O/A)1.5:1，萃取时间8分钟，反萃过程中相比(O/A)为7:1。

利用氨水将四价钒溶液的pH调至7.3。调节过程中，以22滴/分钟的速率添加氨水，且实时检测滴加氨水的四价钒溶液的pH值。四价钒水合物在混合液中的浓度为120g/L。使用去离子水清洗3次。

煅烧的温度为470℃，煅烧时间为3小时，得到五氧化二钒的纯度为99.9％。

对比例1:其按照实施例1提供的制备方法制备五氧化二钒，区别在于四价钒溶液的pH为8。

对比例2:其按照实施例1提供的制备方法制备五氧化二钒，区别在于煅烧温度为300℃。

对比例3:其按照实施例1提供的制备方法制备五氧化二钒，区别在于煅烧时间为8小时。

对比例1-3制备得到的粉末中五氧化二钒纯度降低，含有其他钒化合物，其中仅含五氧化二钒3.4％、4.8％以及4.1％。

综上所述，本发明通过萃取提纯四价钒溶液，并将四价钒从四价钒溶液中析出，而后严格控制的pH值以及煅烧的条件，继而能够得到纯度高的五氧化二钒，且本发明实施例提供的操作条件相对现有的制备条件而言，其条件更温和，更易于实现，且整个制备过程操作简单，能耗低。

以上所述仅为本发明的优选实施方式而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种五氧化二钒的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

将经过萃取的四价钒溶液的pH调至7-7.5后在400-500℃下煅烧2-5小时后得到五氧化二钒。

2.根据权利要求1所述的五氧化二钒的制备方法，其特征在于，萃取是利用磷酸酯类萃取剂进行萃取，优选为二(2-乙基己基)磷酸酯和磷酸三丁酯混合萃取剂，优选溶剂为煤油。

3.根据权利要求2所述的五氧化二钒的制备方法，其特征在于，萃取是利用所述萃取剂进行3-5次一级萃取，相比(O/A)2:1至1:2，萃取时间2-10分钟。

4.根据权利要求2所述的五氧化二钒的制备方法，其特征在于，二(2-乙基己基)磷酸酯的浓度为0.1-0.5mol/L，优选为0.2-0.3mol/L；磷酸三丁酯的浓度为0.1-0.3mol/L，优选为0.15-0.25mol/L。

5.根据权利要求2所述的五氧化二钒的制备方法，其特征在于，每次萃取后的有机相利用酸性物质进行反萃取，优选，所述酸性物质为强酸，更优选为硫酸。

6.根据权利要求2所述的五氧化二钒的制备方法，其特征在于，第一次一级萃取后得到的萃取余液再进行二级萃取，并将二级萃取得到萃取液添加至第一次一级萃取的原料中进行萃取。

7.根据权利要求1所述的五氧化二钒的制备方法，其特征在于，调节所述四价钒溶液的pH值是利用碱性物质进行调节；优选地，碱性物质为弱碱性物质，优选地，所述弱碱性物质为氨水。

8.根据权利要求1所述的五氧化二钒的制备方法，其特征在于，所述四价钒溶液是含有五价钒的钒溶液与还原剂反应后得到的溶液。

9.根据权利要求8所述的五氧化二钒的制备方法，其特征在于，所述还原剂为亚硫酸钠、二氧化硫、铁粉或草酸中的一种或几种。

10.一种五氧化二钒，其特征在于，其通过权利要求1所述的五氧化二钒的制备方法制备得到。