CN114408971B - 一种清洁高效制备99级五氧化二钒的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种清洁高效制备99级五氧化二钒的方法。其技术方案是：将富钒液的pH值用沉淀剂调节至1.8～2.2，于95～100℃条件下搅拌80～100min，固液分离，得钒沉淀和沉钒母液。按纯化剂中的铵根离子∶富钒液中的钒离子的摩尔比为1～1.5∶1；将纯化剂与钒沉淀混合，在55～75℃和转速为400～450r/min的条件下搅拌5～10min，固液分离，得第1次纯化钒沉淀和第1次纯化后液；依次类推，直至第n次纯化(n为3～5的自然数)，即得最终的纯化钒沉淀和最终的纯化后液。将最终的纯化钒沉淀在500～520℃条件下煅烧1～2h，制得99级五氧化二钒产品。本发明具有操作简便、生产效率高、铵耗量少和环境友好型特点，所制备的五氧化二钒产品纯度高。
Description
技术领域
本发明属于制备五氧化二钒技术领域。具体涉及一种清洁高效制备99级五氧化二钒的方法。
背景技术
现有五氧化二钒制备工艺主要有水解沉钒、铵盐沉钒、铁盐沉钒和钙盐沉钒。铁盐沉钒和钙盐沉钒应用范围较小，主要用于钒中间产物的富集。铵盐沉钒具有沉钒率高、产品纯度高等优点，但铵盐作为沉淀剂不可避免地会产生大量的氨氮废水，对环境会造成严重影响。铵盐沉钒的铵消耗量一般在4左右。水解沉钒虽对环境污染小，但制得的产品V2O5纯度低(85.00％左右)。随着环境保护的加强，现有沉钒工艺的局限性和环境问题严重制约了沉钒技术的可持续发展，已引起本领域技术人员的关注。
目前，对于水解沉钒的研究文献虽多，但多数以水解沉钒的工艺参数来展开研究，例如文献(伍珍秀等，钒铬溶液水解沉钒试验研究[J].钢铁钒钛,2020-05-06)、文献(高官金，钒铬液水热水解法提钒技术研究[J].钢铁钒钛，2017-10-15)、和文献(唐先庆等，高效低耗绿色沉钒技术实验研究[J].铁合金.2014-12-08)均从初始钒浓度、水解沉钒温度、沉钒pH值等工艺条件对水解沉钒全面研究。尚未提及对于水解沉钒产品的纯化除杂。同时，现有的水解沉钒制备的产品主要也是作为中间产物，溶于碱溶液再通过铵盐沉钒制备高纯五氧化二钒。
“一种钒液无铵沉钒制备高纯五氧化二钒的方法”(CN111592042A)专利技术，采用水解沉钒制备水解沉钒产物，用有机酸对水解沉钒产物进行纯化，虽然该方法能够制备出高纯五氧化二钒，但使用这种方法酸耗量高。“一种高纯五氧化二钒制备方法”(CN106430307A)专利技术，在酸性条件下进行水解沉钒去除部分杂质，再将水解沉钒产物溶解在稀氢氧化钠中，固液分离去除可沉淀杂质，最后利用离子交换树脂进行深度除杂。这种方法操作繁琐，过程复杂，且使用离子交换树脂成本较高。
上述水解沉钒工艺存在产品纯度低、铵盐沉钒工艺铵耗量高、环境污染大、操作复杂和成本高等技术缺陷。
发明内容
本发明旨在克服现有技术缺陷，目的在于提供一种铵耗量低、环境污染小、操作简单、成本低的清洁高效制备99级五氧化二钒的方法；用该方法制备的五氧化二钒纯度高。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案的具体步骤是：
步骤1、沉钒
将富钒液的pH值用沉淀剂调节至1.8～2.2，再于95～100℃条件下搅拌80～100min，固液分离，得钒沉淀和沉钒母液。
步骤2、纯化
步骤2.1、第1次纯化
按纯化剂中的铵根离子∶所述富钒液中的钒离子的摩尔比为1～1.5∶1；将所述纯化剂与所述钒沉淀混合，在55～75℃和转速为400～450r/min的条件下搅拌5～10min，固液分离，即得第1次纯化钒沉淀和第1次纯化后液。
步骤2.2、第2次纯化
按步骤2.1所述纯化剂的加入量，重新投入纯化剂于所述第1次纯化钒沉淀中，混合，在55～75℃和转速400～450r/min的条件下搅拌5～10min，固液分离，即得第2次纯化钒沉淀和第2次纯化后液。
依次类推。
步骤2.n、第n次纯化
按步骤2.1所述纯化剂的加入量，再重新投入纯化剂于第n-1次纯化钒沉淀混合，在55～75℃和转速400～450r/min的条件下搅拌5～10min，固液分离，即得最终的纯化钒沉淀和最终的纯化后液；n为3～5的自然数。
步骤3、煅烧
将最终的纯化钒沉淀在500～520℃条件下煅烧1～2h，制得99级五氧化二钒产品。
所述富钒液的化学成分是：钒离子浓度为20～60g/L，铁离子浓度小于2g/L，铝离子浓度小于25g/L，钙离子浓度小于1g/L，硅离子浓度小于1g/L，磷离子浓度小于0.8g/L；所述富钒液的钒离子以五价钒的形式存在；所述富钒液的pH值为-0.4～0。
所述沉淀剂为碳酸钠溶液、氢氧化钠溶液和碳酸氢钠溶液中的一种以上。
所述纯化剂为氯化铵溶液、硫酸铵溶液、碳酸铵溶液、碳酸氢铵溶液和氨水中的一种以上；所述纯化剂中的NH4 +浓度为20～40g/L。
由于采用上述技术方案，本发明与现有技术相比具有以下积极效果：
(1)本发明采用的沉钒剂对富钒液进行沉钒，钠离子与钒酸根反应生成难以溶解的多聚钒酸钠化合物，以沉淀的形式析出，得钒沉淀和沉钒母液；沉钒过程不带入铵根离子，环境污染小；沉钒率为99.00％以上，生产效率高；沉钒母液主要成分为硫酸钠，蒸发结晶可获得副产品硫酸钠晶体，能对钠盐进行回收，提高了生产经济效益。
(2)由于铵根离子与钒酸根的结合能力大于钠离子，铵根离子可取代钒沉淀中的钠离子，生成最终的钒纯化沉淀(多聚钒酸铵)，提高了五氧化二钒产品的纯度。在相同溶液体系下进行不同沉钒工艺的试验研究，对比氨水沉钒和铵盐沉钒工艺，本发明的铵耗量降低了80.00％以上，环境污染小；且在减少铵耗量的同时保证了五氧化二钒产品纯度达到99％以上，所制备的99级五氧化二钒具有显著的经济效果。
(3)本发明采用铵盐溶液作为纯化剂对钒沉淀进行纯化，易于操作，纯化效果好。纯化后液经检测：铵根离子浓度为2～3g/L；钠离子浓度为5～8g/L；氯离子浓度为6～10g/L。纯化过程中钒损失率仅0.02％，提高了钒生产效率；最终的纯化后液中铵根离子的浓度低，降低了废水处理难度，减少了废水处理成本；同时根据氯化铵与氯化钠溶解度随温度的变化不同，冷却结晶即可分离出氯化铵和硫酸钠晶体，同时可对铵根离子进行回用，进一步减少了铵耗量和降低了生产成本。同时副产物硫酸钠也具有经济效益。
因此，本发明具有操作简便、生产效率高、铵耗量少和环境友好型特点，所制备的五氧化二钒产品纯度高。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，现结合具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
一种清洁高效制备99级五氧化二钒的方法。本具体实施方式的制备方法是：
步骤1、沉钒
将富钒液的pH值用沉淀剂调节至1.8～2.2，再于95～100℃条件下搅拌80～100min，固液分离，得钒沉淀和沉钒母液。
步骤2、纯化
步骤2.1、第1次纯化
按纯化剂中的铵根离子∶所述富钒液中的钒离子的摩尔比为1～1.5∶1；将所述纯化剂与所述钒沉淀混合，在55～75℃和转速为400～450r/min的条件下搅拌5～10min，固液分离，即得第1次纯化钒沉淀和第1次纯化后液。
步骤2.2、第2次纯化
按步骤2.1所述纯化剂的加入量，重新投入纯化剂于所述第1次纯化钒沉淀中，混合，在55～75℃和转速400～450r/min的条件下搅拌5～10min，固液分离，即得第2次纯化钒沉淀和第2次纯化后液。
依次类推。
步骤2.n、第n次纯化
按步骤2.1所述纯化剂的加入量，再重新投入纯化剂于第n-1次纯化钒沉淀混合，在55～75℃和转速400～450r/min的条件下搅拌5～10min，固液分离，即得最终的纯化钒沉淀和最终的纯化后液；n为3～5的自然数。
步骤3、煅烧
将最终的纯化钒沉淀在500～520℃条件下煅烧1～2h，制得99级五氧化二钒产品。
所述富钒液的化学成分是：钒离子浓度为20～60g/L，铁离子浓度小于2g/L，铝离子浓度小于25g/L，钙离子浓度小于1g/L，硅离子浓度小于1g/L，磷离子浓度小于0.8g/L；所述富钒液的钒离子以五价钒的形式存在；所述富钒液的pH值为-0.4～0。
所述沉淀剂为碳酸钠溶液、氢氧化钠溶液和碳酸氢钠溶液中的一种以上。
所述纯化剂为氯化铵溶液、硫酸铵溶液、碳酸铵溶液、碳酸氢铵溶液和氨水中的一种以上；所述纯化剂中的NH4 +浓度为20～40g/L。
实施例1
一种清洁高效制备99级五氧化二钒的方法。本实施例的制备方法是：
步骤1、沉钒
将富钒液的pH值用沉淀剂调节至1.8，再于95℃条件下搅拌80min，固液分离，得钒沉淀和沉钒母液。
步骤2、纯化
步骤2.1、第1次纯化
按纯化剂中的铵根离子∶所述富钒液中的钒离子的摩尔比为1∶1；将所述纯化剂与所述钒沉淀混合，在55℃和转速为400r/min的条件下搅拌5min，固液分离，即得第1次纯化钒沉淀和第1次纯化后液。
步骤2.2、第2次纯化
按步骤2.1所述纯化剂的加入量，重新投入纯化剂于所述第1次纯化钒沉淀中，混合，在55℃和转速400r/min的条件下搅拌5min，固液分离，即得第2次纯化钒沉淀和第2次纯化后液。
步骤2.3、第3次纯化
按步骤2.1所述纯化剂的加入量，再重新投入纯化剂于第2次纯化钒沉淀混合，在55℃和转速400r/min的条件下搅拌5min，固液分离，即得最终的纯化钒沉淀和最终的纯化后液。
步骤3、煅烧
将所述最终的纯化钒沉淀在500℃条件下煅烧1h，制得99级五氧化二钒产品。
所述富钒液的化学成分是：钒离子浓度为20.91g/L，铁离子浓度为0.06g/L，铝离子浓度为5.78g/L，钙离子浓度为0.41g/L，硅离子浓度为0.21g/L，磷离子浓度为0.41g/L；所述富钒液的钒离子以五价钒的形式存在；所述富钒液的pH值为-0.2。
所述沉淀剂为碳酸钠溶液。
所述纯化剂为氯化铵溶液；所述纯化剂中的NH4 +浓度为20g/L。
本实施例经检测：沉钒率为99.04％；铵耗量降低了83.20％；五氧化二钒产品纯度为99.05％。
实施例2
一种清洁高效制备99级五氧化二钒的方法。本实施例的制备方法是：
步骤1、沉钒
将富钒液的pH值用沉淀剂调节至2，再于98℃条件下搅拌90min，固液分离，得钒沉淀和沉钒母液。
步骤2、纯化
步骤2.1、第1次纯化
按纯化剂中的铵根离子∶所述富钒液中的钒离子的摩尔比为1.25∶1；将所述纯化剂与所述钒沉淀混合，在65℃和转速为420r/min的条件下搅拌7min，固液分离，即得第1次纯化钒沉淀和第1次纯化后液。
步骤2.2、第2次纯化
按步骤2.1所述纯化剂的加入量，重新投入纯化剂于所述第1次纯化钒沉淀中，混合，在65℃和转速420r/min的条件下搅拌7min，固液分离，即得第2次纯化钒沉淀和第2次纯化后液。
依次类推。
步骤2.4、第4次纯化
按步骤2.1所述纯化剂的加入量，再重新投入纯化剂于第3次纯化钒沉淀混合，在65℃和转速420r/min的条件下搅拌7min，固液分离，即得最终的纯化钒沉淀和最终的纯化后液。
步骤3、煅烧
将所述最终的纯化钒沉淀在510℃条件下煅烧1.5h，制得99级五氧化二钒产品。
所述富钒液的化学成分是：钒离子浓度为42.27g/L，铁离子浓度为/L，铝离子浓度8.80g/L，钙离子浓度为0.44g/L，硅离子浓度为0.26g/L，磷离子浓度为0.48g/L；所述富钒液的钒离子以五价钒的形式存在；所述富钒液的pH值为-0.16。
所述沉淀剂为氢氧化钠溶液。
所述纯化剂为硫酸铵溶液；所述纯化剂中的NH4 +浓度为30g/L。
本实施例经检测：沉钒率为99.16％；铵耗量降低了81.32％；五氧化二钒产品纯度为99.12％。
实施例3
一种清洁高效制备99级五氧化二钒的方法。本实施例的制备方法是：
步骤1、沉钒
将富钒液的pH值用沉淀剂调节至2.2，再于100℃条件下搅拌100min，固液分离，得钒沉淀和沉钒母液。
步骤2、纯化
步骤2.1、第1次纯化
按纯化剂中的铵根离子∶所述富钒液中的钒离子的摩尔比为1.5∶1；将所述纯化剂与所述钒沉淀混合，在75℃和转速为450r/min的条件下搅拌10min，固液分离，即得第1次纯化钒沉淀和第1次纯化后液。
步骤2.2、第2次纯化
按步骤2.1所述纯化剂的加入量，重新投入纯化剂于所述第1次纯化钒沉淀中，混合，在75℃和转速450r/min的条件下搅拌10min，固液分离，即得第2次纯化钒沉淀和第2次纯化后液。
依次类推。
步骤2.5、第5次纯化
按步骤2.1所述纯化剂的加入量，再重新投入纯化剂于第4次纯化钒沉淀混合，在75℃和转速450r/min的条件下搅拌10min，固液分离，即得最终的纯化钒沉淀和最终的纯化后液。
步骤3、煅烧
将所述最终的纯化钒沉淀在520℃条件下煅烧2h，制得99级五氧化二钒产品。
所述富钒液的化学成分是：钒离子浓度为58.69g/L，铁离子浓度为0.25g/L，铝离子浓度为10.63g/L，钙离子浓度为0.53g/L，硅离子浓度为0.35g/L，磷离子浓度为0.58g/L；所述富钒液的钒离子以五价钒的形式存在；所述富钒液的pH值为-0.06。
所述沉淀剂为碳酸氢钠溶液。
所述纯化剂为碳酸铵溶液；所述纯化剂中的NH4 +浓度为40g/L。
本实施例经检测：沉钒率为99.23％；铵耗量降低了80.16％；五氧化二钒产品纯度为99.20％。
本具体实施方式与现有技术相比具有以下积极效果：
(1)本具体实施方式采用的沉钒剂对富钒液进行沉钒，钠离子与钒酸根反应生成难以溶解的多聚钒酸钠化合物，以沉淀的形式析出，得钒沉淀和沉钒母液；沉钒过程不带入铵根离子，环境污染小；沉钒率为99.00％以上，生产效率高；沉钒母液主要成分为硫酸钠，蒸发结晶可获得副产品硫酸钠晶体，能对钠盐进行回收，提高了生产经济效益。
(2)由于铵根离子与钒酸根的结合能力大于钠离子，铵根离子可取代钒沉淀中的钠离子，生成最终的钒纯化沉淀(多聚钒酸铵)，提高了五氧化二钒产品的纯度。在相同溶液体系下进行不同沉钒工艺的试验研究，对比氨水沉钒和铵盐沉钒工艺，本具体实施方式的铵耗量降低了80.00％以上，环境污染小；且在减少铵耗量的同时保证了五氧化二钒产品纯度达到99％以上，所制备的99级五氧化二钒具有显著的经济效果。
(3)本具体实施方式采用铵盐溶液作为纯化剂对钒沉淀进行纯化，易于操作，纯化效果好。纯化后液经检测：铵根离子浓度为2～3g/L；钠离子浓度为5～8g/L；氯离子浓度为6～10g/L。纯化过程中钒损失率仅0.02％，提高了钒生产效率；最终的纯化后液中铵根离子的浓度低，降低了废水处理难度，减少了废水处理成本；同时根据氯化铵与氯化钠溶解度随温度的变化不同，冷却结晶即可分离出氯化铵和硫酸钠晶体，同时可对铵根离子进行回用，进一步减少铵耗量和降低生产成本。同时副产物硫酸钠也具有经济效益。
因此，本具体实施方式具有操作简便、生产效率高、铵耗量少和环境友好型特点，所制备的五氧化二钒产品纯度高。
Claims (1)
1.一种清洁高效制备99级五氧化二钒的方法，其特征在于所述方法的具体步骤是：
步骤1、沉钒
将富钒液的pH值用沉淀剂调节至1.8～2.2，再于95～100℃条件下搅拌80～100min，固液分离，得钒沉淀和沉钒母液；
步骤2、纯化
步骤2.1、第1次纯化
按纯化剂中的铵根离子∶所述富钒液中的钒离子的摩尔比为1～1.5∶1；将所述纯化剂与所述钒沉淀混合，在55～75℃和转速为400～450r/min的条件下搅拌5～10min，固液分离，即得第1次纯化钒沉淀和第1次纯化后液；
步骤2.2、第2次纯化
按步骤2.1所述纯化剂的加入量，重新投入纯化剂于所述第1次纯化钒沉淀中，混合，在55～75℃和转速400～450r/min的条件下搅拌5～10min，固液分离，即得第2次纯化钒沉淀和第2次纯化后液；
依次类推；
步骤2.n、第n次纯化
按步骤2.1所述纯化剂的加入量，再重新投入纯化剂于第n-1次纯化钒沉淀中，混合，在55～75℃和转速400～450r/min的条件下搅拌5～10min，固液分离，即得最终的纯化钒沉淀和最终的纯化后液；n为3～5的自然数；
步骤3、煅烧
将最终的纯化钒沉淀在500～520℃条件下煅烧1～2h，制得99级五氧化二钒产品；
所述富钒液的化学成分是：钒离子浓度为20～60g/L，铁离子浓度小于2g/L，铝离子浓度小于25g/L，钙离子浓度小于1g/L，硅离子浓度小于1g/L，磷离子浓度小于0.8g/L；所述富钒液的钒离子以五价钒的形式存在；所述富钒液的pH值为-0.4～0；
所述沉淀剂为碳酸钠溶液、氢氧化钠溶液和碳酸氢钠溶液中的一种以上；
所述纯化剂为氯化铵溶液、硫酸铵溶液、碳酸铵溶液、碳酸氢铵溶液和氨水中的一种以上；所述纯化剂中的NH4 +浓度为20～40g/L。
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