CN110963528B - 一种球形高密度偏钒酸铵、其制备方法及用途 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种球形高密度偏钒酸铵、其制备方法及用途。本发明球形高密度偏钒酸铵的制备方法，包括以下步骤：分别将含钒溶液和硫酸铵溶液加热至40～60℃；向开启搅拌的反应器中同时加入含钒溶液和硫酸铵溶液，所述反应器为圆柱形反应器，所述圆柱形反应器内侧壁上纵向对称的设置有多块挡板，所述挡板沿径向延伸；所述含钒溶液的进液速度与硫酸铵溶液的进液速度的比为1～3:1；向混合溶液中加入碱性物质调节溶液pH至8～10，将溶液过滤，固体经水洗涤、烘干得到球形高密度偏钒酸铵。本发明所述球形高密度偏钒酸铵制备方法能改善偏钒酸铵的物理特性，制备得到高密度的球形偏钒酸铵，密度可高达1.2g/cm3以上。

Description

一种球形高密度偏钒酸铵、其制备方法及用途
技术领域
本发明涉及偏钒酸铵技术，尤其涉及一种球形高密度偏钒酸铵、其制备方法及用途。
背景技术
偏钒酸铵是白色的结晶性粉末，微溶于冷水，溶于热水及稀氨水，在空气中灼烧时变成五氧化二钒。主要用于化学试剂、催化剂、电池材料等，也可用于制备五氧化二钒。目前偏钒酸铵主要是通过钒矿提炼、合成和纯化制得。CN 106430305-一种高密度偏钒酸铵的生产方法-公开，该专利方法介绍的是通过含钒溶液中加入助剂(钠盐、钾盐、镁盐或PAM)，一定温度再进行铵盐沉钒得到高密的偏钒酸铵；得到的偏钒酸铵是颗粒粗大的不规则形状的单晶，堆积密度较难大于1.2g/cm3。
发明内容
本发明的目的在于，针对上述目前偏钒酸铵密度低的问题，提出一种球形高密度偏钒酸铵的制备方法，采用该方法能改善偏钒酸铵的物理特性，制备得到高密度的球形偏钒酸铵，密度可高达1.2g/cm3以上。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种球形高密度偏钒酸铵的制备方法，包括以下步骤：
步骤1、将固体硫酸铵溶于水中，加入碱性物质调节pH至5～8制备得到硫酸铵溶液；含钒溶液中加入酸性物质或碱性物质调节pH至7～10；
步骤2、分别将含钒溶液和硫酸铵溶液加热至40～60℃，优选为50℃；
步骤3、向开启搅拌的反应器中同时加入含钒溶液和硫酸铵溶液，所述反应器为圆柱形反应器，所述圆柱形反应器内侧壁上纵向对称的设置有多块挡板，所述挡板沿径向延伸；所述含钒溶液与硫酸铵溶液体积比为1～3:1，优选为1.5～2.5：1，更优选为2:1；所述含钒溶液和硫酸铵溶液可一次性加入或持续加入到反应器中；
步骤4、搅拌进液直至溶液体积到达反应容器有效容积，停止含钒溶液和硫酸铵溶液的加入，向混合溶液中加入碱性物质调节溶液pH至8～10，将溶液升温至大于等于75℃，小于等于85℃，恒温搅拌2～4h；优选的调节溶液pH至8.5-9.5，更优选的调节溶液pH至9；优选的将溶液升温至大于等于80℃，小于等于85℃，更优选的将溶液升温至80℃；优选的恒温搅拌2.5-3.5h，更优选的恒温搅拌3h；
步骤5、持续搅拌，并将溶液温度调整至大于等于60℃，小于75℃，恒温搅拌5～30h；优选的将溶液温度调整至大于等于60℃，小于70，更优选的将溶液温度调整至70℃；优选的恒温搅拌10-30h，更优选的恒温搅拌20h。适当体系降低温度能提高钒收率和颗粒堆积密度，可能是由于降温过程生成了较小的AMV颗粒或在原有颗粒基础上继续结晶填充缝隙，从而提高密度的效果。
步骤6、将步骤5得到的溶液过滤，固体经水洗涤、烘干得到球形高密度偏钒酸铵。
进一步地，所述含钒溶液中V＝0.66～1.10mol/L(V2O5＝60～100g/L)，pH＝7～10。优选的V＝0.8-1.0mol/L，更有选的V＝0.88mol/L(V2O5＝80g/L)；优选的pH＝8～10，更优选的pH＝9。
进一步地，所述含钒溶液为偏钒酸钠溶液和/或偏钒酸铵溶液。
进一步地，所述硫酸铵溶液中NH4 +＝60～100g/L，pH＝5～8。优选的NH4 +＝70～90g/L，更有选的NH4 +＝80g/L；优选的pH＝6～8，更有选的pH＝7。
进一步地，所述碱性物质为片碱、碳酸钠、氢氧化钾和碳酸钾中的一种或多种；所述酸性物质为浓硫酸、盐酸和硝酸中的一种或多种。当含钒溶液pH高于10时，加酸性物质调节pH至7～10。
进一步地，步骤2所述搅拌速度为600～1200r/min。
进一步地，步骤5所述搅拌速度为600～1200r/min。
本发明的另一个目的还公开了一种球形高密度偏钒酸铵，采用上述方法制备而成。该球形高密度偏钒酸铵堆积密度可达1.2g/cm3以上，最大可达1.5g/cm3。
本发明的另一个目的还公开了一种用于制备球形高密度偏钒酸铵的反应器，为圆柱形反应器，所述圆柱形反应器内侧壁上纵向对称的设置有多块挡板，所述挡板沿径向延伸，所述挡板径向宽度与圆柱形反应器内径比为1～2:10；所述圆柱形反应器内设置有搅拌装置。优选的所述搅拌装置设置在圆柱形反应器的中部或底部中心。
本发明反应容器使用平底直立的圆筒形容器，圆筒形容器内壁对称径向安装2块挡板，使流体切向流转变为轴向或径向流(正常搅拌桨叶轮旋转，在离心力的作用下产生切向流，使液体甩向壁四周，并沿釜周边上升，中心液面则自然下降，于是在釜内形成一个大凹穴，这种现象称为“打漩”，加挡板后可以避免“打漩”现象)。
进一步地，所述圆柱形反应器内侧壁上纵向对称的设置有两块挡板。
进一步地，所述挡板径向宽度与圆柱形反应器内径比为1.5:10。
本发明的另一个目的还公开了一种球形高密度偏钒酸铵通过焙解制备高密钒氧化物的用途，制备得到的钒氧化物的堆积密度可达1.05g/cm3以上。
本发明球形高密度偏钒酸铵、制备方法、反应器及其用途，与现有技术相比较具有以下优点：
1)本发明制备得到的偏钒酸铵为致密球形规则颗粒，堆积密度可达1.2g/cm3以上，最大可达1.5g/cm3。
2)本发明制备方法简单、适用性强，可用于多种含钒溶液，可有效改善后续操作粉尘问题。
3)本发明用于制备球形高密度偏钒酸铵的反应器通过挡板改变搅拌方式，有助于增加轴向或径向力，对颗粒进行打磨，明显提高颗粒球形度。
附图说明
图1为本发明球形高密度偏钒酸铵反应容器结构示意图
图2为实施例1获得的高密AMV显微镜图片；
图3为实施例2获得的高密AMV显微镜图片；
图4为实施例2获得的高密AMV放大倍率为300的扫描电镜图片；
图5为实施例2获得的高密AMV放大倍率为1000的扫描电镜图片。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明进一步说明：
实施例1
本实施例公开了一种球形高密度偏钒酸铵的制备方法，该方法采用如图1所示的应容器，该反应器为圆柱形反应器，所述圆柱形反应器内侧壁上纵向对称的设置有两块挡板1，所述挡板1沿径向延伸，所述挡板1径向长度与圆柱形反应器内径比为1.5:10；所述圆柱形反应器内底部中心设置有搅拌装置，该反应器的有效容积750ml。
本实施例反应器内壁设置的2块挡板，能使流体切向流转变为轴向或径向流，正常搅拌桨叶轮旋转，在离心力的作用下产生切向流，使液体甩向壁四周，并沿釜周边上升，中心液面则自然下降，于是在釜内形成一个大凹穴，这种现象称为“打漩”，加挡板后可以避免“打漩”现象。
本实施例球形高密度偏钒酸铵的制备方法包括以下步骤：
配置硫酸铵溶液，溶液中NH4 +＝60g/L，pH＝8。配置含钒溶液，溶液中V2O5＝100g/L，pH＝10。将硫酸铵溶液和含钒溶液加热至40℃。开启搅拌，搅拌转速600r/min，向图1所示反应容器中同时加入含钒溶液和硫酸铵溶液。含钒溶液的进液速度为2ml/min，硫酸铵溶液的进液速度为1ml/min。250min停止进液，加片碱调节溶液pH至8，升温至75℃，保温搅拌2h。搅拌转速调整至1200r/min，降温至60℃恒温搅拌5h。溶液过滤，清水洗涤烘干后得到高密度AMV，AMV的堆积密度为1.25g/cm3。
图2为本实施例获得的高密度偏钒酸铵AMV显微镜图片，可见本实施例制备得到的AMV呈现球状规则颗粒。
实施例2
本实施例公开了一种球形高密度偏钒酸铵的制备方法，采用与实施例1相同的反应器，制备步骤如下：
配置硫酸铵溶液，溶液中NH4 +＝100g/L，pH＝5。配置含钒溶液，溶液中V2O5＝60g/L，pH＝8。将硫酸铵溶液和含钒溶液加热至60℃。开启搅拌，搅拌转速1200r/min，向图1所示反应容器(有效容积750ml)中同时加入含钒溶液和硫酸铵溶液。含钒溶液的进液速度为20ml/min，硫酸铵溶液的进液速度为20ml/min。19min停止进液，加片碱调节溶液pH至10，升温至85℃，保温搅拌4h。搅拌转速调整至800r/min，降温至70℃恒温搅拌25h。溶液过滤，清水洗涤烘干后得到高密度偏钒酸铵AMV，AMV的堆积密度为1.50g/cm3。
图3为实施例2获得的高密AMV显微镜图片；图4为实施例2获得的高密AMV放大倍率为300的扫描电镜图片；图5为实施例2获得的高密AMV放大倍率为1000的扫描电镜图片。如图3-4可见本实施例制备得到的AMV呈现致密球状规则颗粒。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (6)

1.一种球形高密度偏钒酸铵的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、将固体硫酸铵溶于水中，加入碱性物质调节pH至5~8制备得到硫酸铵溶液；含钒溶液中加入酸性物质或碱性物质调节pH至7~10；
步骤2、分别将含钒溶液和硫酸铵溶液加热至40~60℃；
步骤3、向开启搅拌的反应器中同时加入含钒溶液和硫酸铵溶液，所述反应器为圆柱形反应器，所述圆柱形反应器内侧壁上纵向对称的设置有多块挡板，所述挡板沿径向延伸；所述含钒溶液与硫酸铵溶液的体积比为1~3:1；
步骤4、向混合溶液中加入碱性物质调节溶液pH至8~10，将溶液升温至大于等于75℃，小于等于85℃，恒温搅拌2~4h；
步骤5、持续搅拌，并将溶液温度调整至大于等于60℃，小于75℃，恒温搅拌5~30h；
步骤6、将步骤5得到的溶液过滤，固体经水洗涤、烘干得到球形高密度偏钒酸铵。
2.根据权利要求1所述球形高密度偏钒酸铵的制备方法，其特征在于，所述含钒溶液中V=0.66~1.10mol/L。
3.根据权利要求1或2所述球形高密度偏钒酸铵的制备方法，其特征在于，所述含钒溶液为偏钒酸钠溶液和/或偏钒酸铵溶液。
4.根据权利要求1所述球形高密度偏钒酸铵的制备方法，其特征在于，所述硫酸铵溶液中NH4 +=60~100g/L。
5.根据权利要求1所述球形高密度偏钒酸铵的制备方法，其特征在于，所述碱性物质为片碱、碳酸钠、氢氧化钾和碳酸钾中的一种或多种；所述酸性物质为浓硫酸、盐酸和硝酸中的一种或多种。
6.根据权利要求1所述球形高密度偏钒酸铵的制备方法，其特征在于，步骤5所述搅拌速度为600~1200r/min。
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