CN111994952A - 冶金级五氧化二钒真空升华制备高纯五氧化二钒的方法 - Google Patents

冶金级五氧化二钒真空升华制备高纯五氧化二钒的方法 Download PDF

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彭毅
蒋霖
申彪
叶露
陈燕
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    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01PINDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2006/00Physical properties of inorganic compounds
    • C01P2006/80Compositional purity

Abstract

本发明公开了一种冶金级五氧化二钒真空升华制备高纯五氧化二钒的方法,属于化工和冶金领域。本发明是利用冶金级五氧化二钒中五氧化二钒与杂质元素熔点和升华性质的差异,采用真空升华的方式提纯冶金级五氧化二钒获得高纯五氧化二钒,解决现有技术流程长、成本高的问题。本发明具体可以包括如下步骤:a、冶金级五氧化二钒干燥、粉碎;b、送入真空升华设备,抽真空至10‑3~10‑6Pa,升温至700~1000℃进行真空升华;c、真空升华完成后,冷却,停止真空,取出得到高纯五氧化二钒。本发明效率高、流程短、成本低,适于在本领域推广应用。

Description

冶金级五氧化二钒真空升华制备高纯五氧化二钒的方法
技术领域
本发明属于化工和冶金领域,涉及一种高纯五氧化二钒制备的方法,具体涉及一种冶金级五氧化二钒真空升华制备高纯五氧化二钒的方法。
背景技术
高纯V2O5被广泛用于钒电池电解液制备、钒催化剂生产及其他高附加值产品的制备,受到广泛关注,但国内有关高纯度V2O5的研究起步较晚,报道也很少。现有高纯V2O5的制备都是以钒渣钠化焙烧浸出液、石煤提钒溶液或多钒酸铵、偏钒酸铵为原料对除杂和沉钒过程进行研究。目前,高纯V2O5生产存在成本高、流程复杂、产品质量波动等问题,有待开发新的技术和装备高效、低成本生产高纯V2O5
如公开号CN102531054A、公开日2017年7月4日的专利,利用粗偏钒酸铵为原料,经热水溶解、镁盐/钙盐除杂,再加入铵盐或氨水沉淀偏钒酸铵,将偏钒酸铵过滤、清洗后进行煅烧得到纯度>99.9%的V2O5产品。
如公开号CN102923775A、公开日2013年2月13日的专利,釆用多钒酸铵、碱溶、酸化除杂、碱溶、铵盐沉钒工艺制得了纯度达99.99%的五氧化二钒。
如公开号CN104538660A、公开日2015年4月22日的专利,以多钒酸铵为原料,加氢氧化钠溶解,再加入氧化钙、氢氧化钙或氢氧化钙浆料沉钒获得钒酸钙,用碳酸氢铵浸出钒酸钙,加铝酸钠、硫酸铝或氢氧化铝除硅获得净化液,向净化液通入氨气,冷却结晶偏钒酸铵,焙烧后得到纯度>99.5%的V2O5
如公开号CN104831075A、公开日2015年8月12日的专利,从废钒钼系SCR催化剂中分离钒、钼并制备高纯V2O5。将钒钼溶液进行萃取分离,反萃富钒有机相得到反萃液,进行二次萃取和反萃得到富钒溶液,加入硫酸铵沉钒,经干燥、煅烧得到纯度>99%的V2O5
如公开号CN104099483A、公开日2014年1月15日的专利,将全湿法提钒所得的反萃液中的四价钒氧化为五价,并析出多聚钒酸沉淀,固液分离并将多聚钒酸沉淀加入到硫酸溶液中,再加入碳酸氢铵生成多钒酸铵,最后煅烧得到纯度>99.9%高纯五氧化二钒。目前,钒渣钙化焙烧熟料深度提钒的研究包括熟料浸出过程和尾渣二次浸出,根据钙化熟料中含钒物相的分步规律,尾渣深度浸出提钒是更直接有效提升钒收率的方法。然而,尾渣深度浸出通常采用低pH酸浸,产生的深度浸出液钒浓度低、酸量高、杂质含量高,直接沉钒获得钒产品困难,限制其产业化应用。
如公开号CN107285382A、公开日2017年1月24日的专利,将工业级偏钒酸铵溶解于碱溶液中,通过碱性阴离子交换树脂进行钒吸附,对吸附后的碱性阴离子交换树脂进行解析,获得含钒溶液,并进一步与酸性阳离子交换树脂接触,获得纯化后的含钒溶液。向纯化后的含钒溶液加入沉钒剂,获得初级偏钒酸铵,进一步提高重结晶、洗涤、干燥获得高纯偏钒酸铵,煅烧获得高纯V2O5
如公开号CN106676289A、公开日2018年1月26日的专利,将含钒物料进行焙烧,得到五氧化二钒含量在49wt%以下的焙烧产物,之后将焙烧产物与氯化剂在惰性气氛中进行反应,反应的温度为150℃~200℃,得到三氯氧钒气体和残渣,将三氯氧钒气体进行后处理,得到高纯五氧化二钒;所述氯化剂选自无水三氯化铝或无水三氯化铝与氯化钠的混合物。所述方法条件温和,使得钒以气态的形式逸出,易与其它物质进行分离,产品纯度较高,省去了后续的分离除杂步骤,能够得到纯度≥99%的五氧化二钒产品。
如公开号CN106430307A、公开日2017年2月22日的专利,将酸性沉钒与碱性沉钒结合,水解沉钒与阳离子交换除杂相结合;利用水解沉钒,在酸性条件下除去部分杂质,将所得钒的水解产物滴加稀氢氧化钠溶解,过滤除去沉淀杂质,再利用阳离子交换树脂去除微量的二价或二价以上金属阳离子杂质;沉钒时采用液态加铵的方式,可以有效地控制加铵速度,使铵盐更加均匀快速地分散在溶液中,减小了共沉淀现象的发生几率,在减少了洗涤废水排放的同时,也降低了铵盐的消耗;该方法由于首先利用了水解沉钒进行初步除杂,可以延长阳离子交换树脂的使用周期以及树脂的使用寿命,使生产工艺得到简化,降低了生产成本。最后再用离子交换树脂深度除杂,保证产品质量的稳定。
如公开号CN106241873A、公开日2016年12月21日的专利,用偏钒酸铵粗品配置溶解液;向溶解液中加入氢氧化钠和碳酸钠,调节其pH值至8.5~9.0;向调节pH值后的溶解液中加入净化剂,固液分离得到滤液;向滤液中加入氯化铵得到偏钒酸铵沉淀,该沉淀经洗涤、脱水后得到偏钒酸铵晶体;在500~550℃下,煅烧偏钒酸铵晶体2~2.5小时,得到五氧化二钒。
如公开号CN107555478A、公开日2018年1月9日的专利,采用流态化氯化将工业级钒氧化物转化为三氯氧钒,通过两级除尘和四级淋洗,得到粗三氯氧钒;粗三氯氧钒经过两级精馏、催化氧化和煅烧处理得到高纯五氧化二钒粉体。本发明通过向氯化流化床喷洒三氯氧钒泥浆防止炉温过高;通过在催化氧化流化床内设置水平多孔内构件,抑制大气泡产生,提高反应效率。本发明具有原料适应性强、无污染废水排放、生产能耗和操作成本低、产品质量稳定等优点,适用于4N以上高纯五氧化二钒粉体的大规模工业化生产。
由此可见,目前高纯五氧化二钒生产都存在流程长、成本高,或难于获得高品质产品的问题,该问题还有待本领域技术人员解决。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是高纯五氧化二钒生产流程长、成本高的问题。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:冶金级五氧化二钒真空升华制备高纯五氧化二钒的方法,其特征在于:利用冶金级五氧化二钒中五氧化二钒与杂质元素熔点和升华性质的差异,采用真空升华的方式提纯冶金级五氧化二钒获得高纯五氧化二钒。
上述方法包括如下步骤:
a、冶金级五氧化二钒干燥、粉碎;
b、将步骤a处理后的冶金级五氧化二钒送入真空升华设备,抽真空至10-3~10- 6Pa,升温至700~1000℃进行真空升华;
c、真空升华完成后,冷却,停止真空,取出得到高纯五氧化二钒。
上述方法步骤a中,干燥的温度80~150℃,干燥时间30~120min。
上述方法步骤a中,粉碎采用气流粉碎的方式,粉碎至-80目。
上述方法步骤b中,升温至700~1000℃,保温30~120min进行真空升华。
进一步的是,上述方法步骤b中,将步骤a处理后的冶金级五氧化二钒送入真空升华设备,先通入0.02~0.2MPa分压的氮气,再抽真空至10-3~10-6Pa,升温至700~1000℃,保温30~120min进行真空升华。
上述方法步骤c中,真空升华完成后,停止加热,冷却至<300℃时停止真空,再冷却6小时以上之后向真空升华设备充入0.02~0.2MPa分压氮气,最后取出得到高纯五氧化二钒。
上述方法中,所述冶金级五氧化二钒指含钒物料经钠化、钙化焙烧或直接酸浸工艺提钒,获得的V2O5含量>98%的产品。
上述方法中,所述真空升华设备是配备了机械泵、分子泵和加热炉膛的设备。
进一步的是,所述真空升华设备调整真空度区间包括10-6~50Pa,加热温度区间包括30~1000℃。
本发明的有益效果是:制备高纯五氧化二钒,目前现有技术都采用萃取反萃取、离子交换着树脂等湿法工艺进行除杂纯化,成本过高、流程冗长;本发明创造性的利用冶金级五氧化二钒中五氧化二钒与杂质元素熔点和升华性质的差异,采用真空升华的方式提纯冶金级五氧化二钒获得高纯五氧化二钒,解决了上述问题,效率高、流程短、成本低,适于在本领域推广应用。
具体实施方式
本发明冶金级五氧化二钒真空升华制备高纯五氧化二钒的方法,利用冶金级五氧化二钒中五氧化二钒与杂质元素熔点和升华性质的差异,采用真空升华的方式提纯冶金级五氧化二钒获得高纯五氧化二钒。
为了更加高效的制备高纯五氧化二钒,工艺更顺畅,设备更耐用,优选的,上述方法包括如下步骤:
a、冶金级五氧化二钒干燥、粉碎;
b、将步骤a处理后的冶金级五氧化二钒送入真空升华设备,抽真空至10-3~10- 6Pa,升温至700~1000℃进行真空升华;
c、真空升华完成后,冷却,停止真空,取出得到高纯五氧化二钒。
进一步优选步骤a中,干燥的温度80~150℃,干燥时间30~120min。粉碎采用气流粉碎的方式,粉碎至-80目。
优选步骤b中,升温至700~1000℃,保温30~120min进行真空升华。
为了更加高效的制备高纯五氧化二钒,产品纯度更高,进一步优选的是,上述方法步骤b中,将步骤a处理后的冶金级五氧化二钒送入真空升华设备,先通入0.02~0.2MPa分压的氮气,再抽真空至10-3~10-6Pa,升温至700~1000℃,保温30~120min进行真空升华。
上述方法步骤c中,优选真空升华完成后,停止加热,冷却至<300℃时停止真空,再冷却6小时以上之后向真空升华设备充入0.02~0.2MPa分压氮气,最后取出得到高纯五氧化二钒。
上述方法中,所述冶金级五氧化二钒指含钒物料经钠化、钙化焙烧或直接酸浸工艺提钒,获得的V2O5含量>98%的产品。
上述方法中,所述真空升华设备是配备了机械泵、分子泵和加热炉膛的设备。
进一步的是,所述真空升华设备调整真空度区间包括10-6~50Pa,加热温度区间包括30~1000℃。
下面通过实施例对本发明技术方案和效果作进一步的说明,实施例所用冶金级五氧化二钒的成分如下:V2O598%,Si0.1~0.6%,Cr0.1~0.5%,Fe0.1~0.3%,Al0.1~0.3%,Ca0.1~0.2%,Mg0.1~0.2%。
实施例1
取200克冶金级五氧化二钒,先在100℃下干燥120min,并加入500mL的铂金坩埚中,随后置入真空升华仪炉膛中部,关闭真空升华仪,充入0.1Pa的氮气,开启冷却水和真空泵,并按5℃/min升温,3h后真空升华仪真空度达到2.0×10-5Pa,炉膛中部温度达到700℃,保温120min。保温结束后关闭加热电流,继续维持真空泵工作,4h后真空升华仪降温到280℃时,关闭真空泵、冷却水和电源。6h后充入0.1MPa的氮气,放空,打开真空升华仪,取出铂金坩埚和升华台,并收集升华台上的五氧化二钒产品,计量和分析,升华得到的五氧化二钒产品V2O5含量为99.95%,Si、Na、Cr、S、Al、Fe均<0.001%,达到高纯五氧化二钒标准的要求,升华收率93.5%。
实施例2
取200克冶金级五氧化二钒,先在150℃下干燥60min,并加入500mL的铂金坩埚中,随后置入真空升华仪炉膛中部,关闭真空升华仪,充入0.02Pa的氮气,开启冷却水和真空泵,并按5℃/min升温,4h后真空升华仪真空度达到1.0×10-6Pa,炉膛中部温度达到1000℃,保温30min。保温结束后关闭加热电流,继续维持真空泵工作,5h后真空升华仪降温到250℃时,关闭真空泵、冷却水和电源。6h后充入0.2MPa的氮气,放空,打开真空升华仪,取出铂金坩埚和升华台,并收集升华台上的五氧化二钒产品,计量和分析,升华得到的五氧化二钒产品V2O5含量为99.98%,Si、Na、Cr、S、Al、Fe均<0.001%,达到高纯五氧化二钒标准的要求,升华收率95.5%。

Claims (10)

1.冶金级五氧化二钒真空升华制备高纯五氧化二钒的方法,其特征在于:利用冶金级五氧化二钒中五氧化二钒与杂质元素熔点和升华性质的差异,采用真空升华的方式提纯冶金级五氧化二钒获得高纯五氧化二钒。
2.根据权利要求1所述的冶金级五氧化二钒真空升华制备高纯五氧化二钒的方法,其特征在于包括如下步骤:
a、冶金级五氧化二钒干燥、粉碎;
b、将步骤a处理后的冶金级五氧化二钒送入真空升华设备,抽真空至10-3~10-6Pa,升温至700~1000℃进行真空升华;
c、真空升华完成后,冷却,停止真空,取出得到高纯五氧化二钒。
3.根据权利要求2所述的冶金级五氧化二钒真空升华制备高纯五氧化二钒的方法,其特征在于:步骤a中,干燥的温度80~150℃,干燥时间30~120min。
4.根据权利要求2所述的冶金级五氧化二钒真空升华制备高纯五氧化二钒的方法,其特征在于:步骤a中,粉碎采用气流粉碎的方式,粉碎至-80目。
5.根据权利要求2所述的冶金级五氧化二钒真空升华制备高纯五氧化二钒的方法,其特征在于:步骤b中,升温至700~1000℃,保温30~120min进行真空升华。
6.根据权利要求5所述的冶金级五氧化二钒真空升华制备高纯五氧化二钒的方法,其特征在于:将步骤a处理后的冶金级五氧化二钒送入真空升华设备,先通入0.02~0.2MPa分压的氮气,再抽真空至10-3~10-6Pa,升温至700~1000℃,保温30~120min进行真空升华。
7.根据权利要求2所述的冶金级五氧化二钒真空升华制备高纯五氧化二钒的方法,其特征在于:步骤c中,真空升华完成后,停止加热,冷却至<300℃时停止真空,再冷却6小时以上之后向真空升华设备充入0.02~0.2MPa分压氮气,最后取出得到高纯五氧化二钒。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的冶金级五氧化二钒真空升华制备高纯五氧化二钒的方法,其特征在于:所述冶金级五氧化二钒指含钒物料经钠化、钙化焙烧或直接酸浸工艺提钒,获得的V2O5含量>98%的产品。
9.根据权利要求1至7中任一项所述的冶金级五氧化二钒真空升华制备高纯五氧化二钒的方法,其特征在于:所述真空升华设备是配备了机械泵、分子泵和加热炉膛的设备。
10.根据权利要求9所述的冶金级五氧化二钒真空升华制备高纯五氧化二钒的方法,其特征在于:所述真空升华设备调整真空度区间包括10-6~50Pa,加热温度区间包括30~1000℃。
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