CN117383613B - 一种五氧化二钒的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种五氧化二钒的制备方法，所述方法包括以下步骤：（1）碱溶：混合氢氧化钠、碳酸钠、含有含钒的铵盐的原料和水，加热反应，过滤；（2）一次除杂：向滤液中加入硫酸铁，搅拌后，加入硫酸钠，搅拌反应后，冷却静置，过滤；（3）二次除杂：将滤液的pH调节至8‑9，加入二甲基二硫代氨基甲酸钠，升温反应后，加入硫酸铜，搅拌反应后，冷却静置，过滤；（4）沉钒：向滤液中加入过氧化氢溶液，搅拌至溶液变色，然后加入氨水调节pH至9‑9.8，再加入铵盐，加热搅拌反应后过滤；（5）洗脱钾、钠；（6）烘干、焙烧。本发明采用化学沉淀法制备高纯五氧化二钒，具有针对通过废催化剂提钒得到的含有含钒的铵盐的原料适应性强的优点。
Description
技术领域
本发明属于化学品领域，具体涉及一种五氧化二钒的制备方法。
背景技术
目前，制备高纯五氧化二钒的原料主要包括富钒液、含钒的铵盐（包括多钒酸铵和偏钒酸铵）等。制备高纯五氧化二钒的方法主要有化学沉淀法、离子交换法、溶剂萃取法和结晶提纯法等。
现有提纯方法中，离子交换法的工艺流程原料耗费比较低，对环境的污染较少，但是离子交换树脂本身具有选择性，操作条件苛刻，不适用于工业生产；溶剂萃取法工艺路线较长，需要经过多级萃取和反萃取，生产过程中萃取条件较为苛刻且有萃取剂损失的情况，操作不稳定；结晶提纯法需要蒸发浓缩或结晶后蒸馏分离结晶剂等步骤，使生产工艺变得复杂，能耗高且钒的损失大。
化学沉淀法操作简单，对设备要求低，适用于工业化大规模生产，是较为普遍的一种方法。但是，化学除杂的除杂能力以及除杂范围有限，由于不同的原料所含杂质的种类和含量均不相同，使用化学除杂剂除杂时不易控制除杂剂的加入量，导致除杂不彻底和易带入新的杂质，所制备出的产品质量不稳定。在现有的化学法除杂方法中，由于钼元素和钒元素化学性能相近，现有技术除钼率低，而市场上通过废催化剂提钒得到的含钒的铵盐中钼含量较高，导致催化剂得到的钒原料制得的五氧化二钒产品的钼含量偏高，很难适用于电解液对于钼杂质含量的标准。
CN106082332A公开了一种偏钒酸铵除杂提纯工艺，将工业级偏钒酸铵溶于NaOH溶液中，溶液中的杂质沉降后，在上清液中加入氯化铵沉钒，过滤后再通过淋洗设备洗涤实现可溶杂质的脱除，获得合格的偏钒酸铵。此方法通过沉钒过程来进行除杂，仅仅针对偏钒酸铵中难溶化合物进行脱除，而对于微溶化合物并没有针对性的除去。
CN102531054A公开了一种五氧化二钒的制备方法，包括以下步骤：将粗制偏钒酸铵溶液的pH值调节至8至10并加入水溶性镁盐和/或钙盐，过滤后进一步将滤液的pH值调节至10至12，向滤液中加入水溶性铵盐或浓氨水，冷却至室温以使偏钒酸铵析出后再次溶解，再次重复生成沉淀过滤并清洗，烧得纯度大于或等于99.9%的五氧化二钒。该方法虽然已经制得高纯度的五氧化二钒，但是对于金属杂质的除去仅限于Fe、Cu、Pb、Ca、Mg、Cd这类元素，对于现有催化剂回收的高铬高钼类的钒原料并没有适应性。
CN103708553A公开了一种提升工业级偏钒酸铵品质的方法，以工业级偏钒酸铵为原料，在低浓度氨水中溶解，经硫酸铵除杂，在强碱性阴离子交换树脂吸附后收集得到的料液中加入氯化铵进行溶解，冷却下析出晶体，得到的偏钒酸铵的纯度达到99.5%及以上。该方法所述的工业级偏钒酸铵溶于2-10wt%氨水的质量体积比为33-50g/L，偏钒酸铵原料溶解度较低，对溶液中的钒含量有一定限制。
因此，亟需开发一种可去除多种杂质、针对通过废催化剂提钒得到的高钼含量的含有含钒的铵盐的原料的适应性强的高纯五氧化二钒的制备方法。
发明内容
为解决现有技术存在的问题，本发明提供了一种五氧化二钒的制备方法，该方法以含有含钒的铵盐的原料为原料，采用化学沉淀法，通过碱溶、两步除杂、沉钒、烘干、焙烧得到高纯的五氧化二钒，其中砷、锑、硅、钼等元素含量低，针对通过废催化剂提钒得到的高钼含量的含有含钒的铵盐的原料的适应性强。
具体而言，本发明公开了一种五氧化二钒的制备方法，所述方法包括以下步骤：
（1）碱溶：混合氢氧化钠、碳酸钠、含有含钒的铵盐的原料和水，得到水溶液，氢氧化钠的质量与体系中五氧化二钒的理论质量之比为（15-35）：100，碳酸钠的质量与体系中五氧化二钒的理论质量之比为（8-20）：100，水溶液中五氧化二钒的理论浓度为50g/L-90g/L，将水溶液加热至55℃-75℃，搅拌反应，过滤；
（2）一次除杂：向步骤（1）得到的滤液中加入硫酸铁，硫酸铁的质量与体系中五氧化二钒的理论质量之比（10-20）：1000，在55℃-75℃下搅拌2h-4h后，加入硫酸钠，硫酸钠的质量与体系中五氧化二钒的理论质量之比为（5-15）：1000，继续搅拌反应后，冷却静置，过滤；
（3）二次除杂：用硫酸将步骤（2）得到的滤液的pH调节至8-9，加入二甲基二硫代氨基甲酸钠，二甲基二硫代氨基甲酸钠的质量与体系中五氧化二钒的理论质量之比为（15-35）：100，升温至75℃-90℃反应4h-6h后，再加入硫酸铜，硫酸铜的质量与体系中五氧化二钒的理论质量之比为（1-5）：100，继续搅拌反应后，冷却静置，过滤；
（4）沉钒：向步骤（3）得到的滤液中加入浓度为25wt%-35wt%的过氧化氢溶液，过氧化氢溶液的体积与体系中五氧化二钒的理论质量之比为（1.2-2mL）：1g，搅拌10min-20min至溶液变色，然后加入氨水调节pH至9-9.8，再加入铵盐，所述铵盐的质量与体系中五氧化二钒的理论质量之比为（0.8-1.5）：1，加热至45℃-60℃搅拌反应1h-2h后过滤；
（5）洗脱钾、钠：采用氯化铵溶液洗涤步骤（4）得到的滤饼，然后过滤；
（6）烘干、焙烧：将步骤（5）得到的滤饼烘干后，先升温至300±10℃煅烧1h-2h，再由300±10℃升至560±10℃煅烧40min-60min，然后在560±10℃保温1h-3h，得到五氧化二钒。
在一个或多个实施方案中，所述含钒的铵盐选自多钒酸铵和偏钒酸铵中的一种或两种。
在一个或多个实施方案中，步骤（1）中，搅拌反应的时间为20min-40min。
在一个或多个实施方案中，步骤（2）中，加入硫酸钠后继续搅拌反应1h-2h，然后自然冷却静置4h-6h。
在一个或多个实施方案中，步骤（3），所述硫酸为浓度≥70wt%的硫酸溶液。
在一个或多个实施方案中，步骤（3）中，加入硫酸铜后继续搅拌反应1h-3h，然后自然冷却静置1h-2h。
在一个或多个实施方案中，步骤（4）中，所述氨水的浓度为20wt%-30wt%。
在一个或多个实施方案中，步骤（4）中，所述铵盐为氯化铵。
在一个或多个实施方案中，步骤（5）中，采用浓度为1wt%-3wt%的氯化铵溶液洗涤步骤（4）得到的滤饼，所述氯化铵溶液与所述滤饼的质量比为（40-45）：1。
在一个或多个实施方案中，步骤（6）中，所述烘干为在80-105℃下烘干1h-2h。
附图说明
图1为制备五氧化二钒的工艺流程图。
具体实施方式
为使本领域技术人员可了解本发明的特点及效果，以下谨就本申请文本中提及的术语及用语进行一般性的说明及定义。除非另有指明，否则文中使用的所有技术及科学上的字词，均为本领域技术人员对于本发明所了解的通常意义，当有冲突情形时，应以本说明书的定义为准。
本文描述和公开的理论或机制，无论是对或错，均不应以任何方式限制本发明的范围，即本发明内容可以在不为任何特定的理论或机制所限制的情况下实施。
本文中，“包含”、“包括”、“含有”以及类似的用语涵盖了“基本由……组成”和“由……组成”的意思，例如，当本文公开了“A包含B和C”时，“A基本由B和C组成”和“A由B和C组成”应当认为已被本文所公开。
在本文中，所有以数值范围或百分比范围形式界定的特征如数值、数量、含量与浓度仅是为了简洁及方便。据此，数值范围或百分比范围的描述应视为已涵盖且具体公开所有可能的次级范围及范围内的个别数值（包括整数与分数）。
本文中，若无特别说明，百分比是指质量百分比，比例是指质量比。
本文中，当描述实施方案或实施例时，应理解，其并非用来将本发明限定于这些实施方案或实施例。相反地，本发明所描述的方法及材料的所有的替代物、改良物及均等物，均可涵盖于本发明所限定的范围内。
本文中，为使描述简洁，未对各个实施方案或实施例中的各个技术特征的所有可能的组合都进行描述。因此，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，各个实施方案或实施例中的各个技术特征可以进行任意的组合，所有可能的组合都应当认为是本说明书记载的范围。
本文中，若无特别说明，溶液的溶剂为水。
本发明中，含有含钒的铵盐的原料中，五氧化二钒的理论质量可以为含有含钒的铵盐的原料的质量的50%以上，优选60%以上，例如65%以上。在一些实施方案中，含钒的铵盐选自多钒酸铵和偏钒酸铵中的一种或两种。在一些实施方案中，含有含钒的铵盐的原料由废催化剂提取制得。
本发明公开了一种五氧化二钒的制备方法，所述方法包括以下步骤；
（1）碱溶：混合氢氧化钠、碳酸钠、含有含钒的铵盐的原料和水，加热反应，过滤；
（2）一次除杂：向滤液中加入硫酸铁，搅拌后，加入硫酸钠，搅拌反应后，冷却静置，过滤；
（3）二次除杂：将滤液的pH调节至8-9，加入二甲基二硫代氨基甲酸钠，升温反应后，加入硫酸铜，搅拌反应后，冷却静置，过滤；
（4）沉钒：向滤液中加入过氧化氢溶液，搅拌至溶液变色，然后加入氨水调节pH至9-9.8，再加入铵盐，加热搅拌反应后过滤；
（5）洗脱钾、钠；
（6）烘干、焙烧。
步骤（1）碱溶过程中，氢氧化钠的质量与体系中五氧化二钒的理论质量之比可以为（15-35）：100，例如18：100、21：100、24：100、27：100、30：100、33：100。
步骤（1）碱溶过程中，碳酸钠的质量与体系中五氧化二钒的理论质量之比可以为（8-20）：100，例如10：100、12：100、14：100、16：100、18：100。
步骤（1）碱溶过程中，水溶液中五氧化二钒的理论浓度可以为50g/L-90g/L，例如50g/L、55g/L、60g/L、65g/L、70g/L、75g/L、80g/L、85g/L、90g/L。
步骤（1）碱溶过程中，可以将水溶液加热至55℃-75℃，例如55℃、57℃、60℃、63℃、66℃、69℃、72℃、75℃。
步骤（1）碱溶过程中，搅拌反应的时间可以为20min-40min，例如20min、24min、28min、32min、36min、40min。
步骤（2）一次除杂过程中，硫酸铁的质量与体系中五氧化二钒的理论质量之比可以为（10-20）：1000，例如11：1000、13：1000、15：1000、17：1000、19：1000。
步骤（2）一次除杂过程中，加入硫酸铁后，可以在55℃-75℃下搅拌，例如55℃、57℃、60℃、63℃、66℃、69℃、72℃、75℃。
步骤（2）一次除杂过程中，加入硫酸铁后，搅拌时间可以为2h-4h，例如2h、2.1h、2.4h、2.7h、3.0h、3.3h、3.6h、3.9h、4h。
步骤（2）一次除杂过程中，硫酸钠的质量与体系中五氧化二钒的理论质量之比可以为（5-15）：1000，例如6：1000、8：1000、10：1000、12：1000、14：1000。
步骤（2）一次除杂过程中，加入硫酸钠后搅拌时间可以为1h-2h，例如1h、1.2h、1.4h、1.6h、1.8h、2h。
步骤（2）一次除杂过程中，自然冷却静置时间可以为4h-6h，例如4h、4.2h、4.5h、4.8h、5h、5.1h、5.4h、5.7h、6h。
步骤（3）二次除杂过程中，硫酸可以为浓度≥70wt%的硫酸溶液，例如70wt%、75wt%、80wt%、85wt%、90wt%、95wt%。
步骤（3）二次除杂过程中，可以用硫酸将步骤（2）得到的滤液的pH调节至8-9，例如8、8.1、8.2、8.3、8.4、8.5、8.6、8.7、8.8、8.9、9。
步骤（3）二次除杂过程中，二甲基二硫代氨基甲酸钠的质量与体系中五氧化二钒的理论质量之比可以为（15-35）：100，例如18：100、21：100、24：100、27：100、30：100、33：100。
步骤（3）二次除杂过程中，可以升温至75℃-90℃反应，例如75℃、77℃、79℃、81℃、83℃、85℃、87℃、89℃、90℃。
步骤（3）二次除杂过程中，加入二甲基二硫代氨基甲酸钠后，反应时间可以为4h-6h，例如4h、4.2h、4.5h、4.8h、5h、5.1h、5.4h、5.7h、6h。
步骤（3）二次除杂过程中，硫酸铜的质量与体系中五氧化二钒的理论质量之比可以为（1-5）：100，例如1.5：100、2：100、2.5：100、3：100、3.5：100、4：100、4.5：100。
步骤（3）二次除杂过程中，加入硫酸铜后继续搅拌反应时间可以为1h-3h，例如1h、1.5h、2h、2.5h、3h。
步骤（3）二次除杂过程中，自然冷却静置时间可以为1h-2h，例如1h、1.2h、1.4h、1.6h、1.8h、2h。
步骤（4）沉钒过程中，向步骤（3）得到的滤液中加入浓度可以为25wt%-35wt%的过氧化氢溶液，例如25wt%、26wt%、28wt%、30wt%、32wt%、34wt%、35wt%。
步骤（4）沉钒过程中，过氧化氢溶液的体积与体系中五氧化二钒的理论质量之比可以为（1.2-2mL）：1g，例如1.2mL：1g、1.3mL：1g、1.4mL：1g、1.5mL：1g、1.6mL：1g、1.7mL：1g、1.8mL：1g、1.9mL：1g、2mL：1g。
步骤（4）沉钒过程中，可以搅拌10min-20min至溶液变色，例如10min、12min、14min、15min、16min、18min、20min。
步骤（4）沉钒过程中，氨水的浓度可以为20wt%-30wt%，例如20wt%、22wt%、24wt%、26wt%、28wt%、30wt%。
步骤（4）沉钒过程中，可以将pH调至9-9.8，例如9、9.1、9.2、9.3、9.4、9.5、9.6、9.7、9.8。
步骤（4）沉钒过程中，铵盐可以为氯化铵。
步骤（4）沉钒过程中，铵盐的质量与体系中五氧化二钒的理论质量之比可以为（0.8-1.5）：1，例如0.8：1、0.9：1、1：1、1.1：1、1.2：1、1.3：1、1.4：1、1.5：1。
步骤（4）沉钒过程中，可以加热至45℃-60℃，例如45℃、50℃、55℃、60℃。
步骤（4）沉钒过程中，可以搅拌反应1h-2h后过滤，例如1h、1.2h、1.4h、1.6h、1.8h、2h。
步骤（5）洗脱钾、钠过程中，采用氯化铵溶液洗涤步骤（4）得到的滤饼，然后过滤。
步骤（5）洗脱钾、钠过程中，可以采用浓度为1wt%-3wt%的氯化铵溶液洗涤步骤（4）得到的滤饼，例如1wt%、1.5wt%、2wt%、2.5wt%、3wt%。
步骤（5）洗脱钾、钠过程中，氯化铵溶液与滤饼的质量比可以为（40-45）：1，例如40：1、41：1、42：1、43：1、44：1、40：1。
步骤（6）烘干、焙烧过程中，烘干温度可以为80-105℃，例如80℃、85℃、90℃、95℃、100℃、105℃。
步骤（6）烘干、焙烧过程中，烘干时间可以为1h-2h，例如1h、1.2h、1.4h、1.6h、1.8h、2h。
步骤（6）烘干、焙烧过程中。将步骤（5）得到的滤饼烘干后，先升温至300±10℃煅烧1h-2h，再由300±10℃升至560±10℃煅烧40min-60min，然后在560±10℃保温1h-3h，得到五氧化二钒。步骤（6）烘干、焙烧过程中，可以先升温至300±10℃，例如290℃、292℃、294℃、296℃、298℃、300℃、302℃、304℃、306℃、308℃、310℃。
步骤（6）烘干、焙烧过程中，300±10℃煅烧时间可以为1h-2h，例如1h、1.2h、1.4h、1.6h、1.8h、2h。
步骤（6）烘干、焙烧过程中，可以再升温至560±10℃，例如550℃、552℃、554℃、556℃、558℃、560℃、562℃、564℃、566℃、568℃、570℃。
步骤（6）烘干、焙烧过程中，在560±10℃时，煅烧时间可以为40min-60min，例如40min、45min、50min、55min、60min。
步骤（6）烘干、焙烧过程中，在560±10℃时，保温时间可以为1h-3h，例如1h、1.5h、2h、2.5h、3h。
在一些实施方案中，如图1所示，本发明的五氧化二钒的制备方法包括以下步骤：
（1）混合碱性溶样（碱溶）：混合氢氧化钠、碳酸钠、含有含钒的铵盐的原料和水，得到水溶液，氢氧化钠的质量与体系中五氧化二钒的理论质量之比为（15-35）：100，碳酸钠的质量与体系中五氧化二钒的理论质量之比为（8-20）：100，水溶液中五氧化二钒的理论浓度为50g/L-90g/L，将水溶液加热至55℃-75℃，搅拌反应20min-40min，过滤；
（2）除铁、砷、锑、硅（一次除杂）：向步骤（1）得到的滤液中加入硫酸铁，硫酸铁的质量与体系中五氧化二钒的理论质量之比（10-20）：1000，在55℃-75℃下搅拌2h-4h后，加入硫酸钠，硫酸钠的质量与体系中五氧化二钒的理论质量之比为（5-15）：1000，继续搅拌1h-2h后，自然冷却静置4h-6h，过滤；
（3）除钼、砷、锑（二次除杂）：用浓硫酸将步骤（2）得到的滤液的pH调节至8-9，加入硫化剂二甲基二硫代氨基甲酸钠，硫化剂的质量与体系中五氧化二钒的理论质量之比为（15-35）：100，升温至75℃-90℃反应4h-6h后，再加入硫酸铜，硫酸铜的质量与体系中五氧化二钒的理论质量之比为（1-5）：100，继续搅拌1h-3h后，自然冷却静置1h-2h，过滤；
（4）沉钒：向步骤（3）得到的滤液中加入浓度为25wt%-35wt%的过氧化氢溶液，过氧化氢溶液的体积与体系中五氧化二钒的理论质量之比为（1.2-2mL）：1g，搅拌10min-20min至溶液变为橙色，然后加入浓度为20wt%-30wt%的氨水调节pH至9-9.8，再加入铵盐，铵盐为氯化铵，铵盐的质量与体系中五氧化二钒的理论质量之比为（0.8-1.5）：1，加热至45℃-60℃在搅拌条件下反应1h-2h后过滤；
（5）洗脱钾、钠：采用浓度为1wt%-3wt%的氯化铵溶液洗涤步骤（4）得到的滤饼，氯化铵溶液与滤饼的质量比为（40-45）：1，然后过滤；
（6）烘干、焙烧：将步骤（5）得到的滤饼在80-105℃下烘干1h-2h后，放入马弗炉中升温至300±10℃煅烧1h-2h，再由300±10℃升至560±10℃煅烧40min-60min，然后在560±10℃保温1h-3h，得到五氧化二钒产品。
相较于现有技术，本发明具有以下有益效果：
（1）本发明中，硫酸铁和硫酸钠之间存在协同作用，一方面可生成沉淀，另一方面会发生水解反应，且伴随发生各类聚合反应，生成的氢氧化物通过吸附作用，可将溶液中的磷、硅夹带析出，硫酸钠可以提高溶液的离子强度，增加离子间排斥力，促使氢氧化物沉淀；
（2）本发明通过硫化剂二甲基二硫代氨基甲酸钠（SDD）和硫酸铜之间的协同作用，即SDD具有强还原性，与钼酸根反应后，再与铜离子反应生成硫代钼酸铜的沉淀（CuMoO4-nSi，其中n=1、2、3、4），实现了深度钒钼分离，且产品中无铜残留，对催化剂提钒得到的高钼含量的含有含钒的铵盐的原料有较好的除杂效果，且在硫化剂硫化钼元素的同时，可以还原高价铬，使其在碱性溶液中形成沉淀，从而被去除；
（3）本发明通过浓氨水调节溶液pH值至9-9.8，溶液中硅酸钠能较完全地水解，进而形成硅酸并缩合形成粒径在胶体分散相范围内的微细颗粒，达到除硅的效果；
（4）本发明通过两步除杂可将杂质种类多、杂质含量高的催化剂回收的含有含钒的铵盐的原料制备成适用于目前钒电解液的高纯度（电子级）五氧化二钒；
（5）本发明的整体工艺流程通过多种除杂剂多步协同去除多种杂质；
（6）本发明采用化学沉淀法实现了对于催化剂提取的钒原料这类高杂质、多杂质的含有含钒的铵盐的原料的提纯，针对通过废催化剂提钒得到的含有含钒的铵盐的原料来源的适应性强。
下文将以具体实施例的方式阐述本发明。应理解，这些实施例仅仅是阐述性的，并非意图限制本发明的范围。实施例中所用到的方法、试剂和材料，除非另有说明，否则为本领域常规的方法、试剂和材料。实施例中的原料化合物均可通过市售途径购得。
本发明实施例和对比例中使用的浓硫酸为H2SO4质量分数为98.3%的硫酸的水溶液。
本发明实施例和对比例中使用的浓氨水为NH3质量分数为25%的氨的水溶液。
本发明实施例和对比例中使用的偏钒酸铵原料含有偏钒酸铵，由废催化剂提取制得，偏钒酸铵原料经烘干、煅烧并检测得到其五氧化二钒烧得率为68.2%，纯度为98.26%。
本发明实施例和对比例中总钒损的计算公式为：总钒损=（折合五氧化二钒的理论质量－五氧化二钒产品质量×产品纯度）/折合五氧化二钒的理论质量×100%。
实施例1
本实施例采用以下步骤制备高纯五氧化二钒：
（1）碱溶：取3.96g氢氧化钠和1.98g碳酸钠加入200mL纯水中，再加入20.46g偏钒酸铵原料（折合五氧化二钒的理论质量为13.71g），加热至55℃，搅拌反应20min，过滤；
（2）一次除杂（除铁、砷、锑、硅）：向步骤（1）获得的滤液中加入0.26g硫酸铁，于60℃保温搅拌2h，再加入0.12g硫酸钠搅拌1h，自然冷却静置4h，过滤；
（3）二次除杂（除钼、砷、锑）：将步骤（2）获得的滤液用浓硫酸调节pH至8，再加入3.5g二甲基二硫代氨基甲酸钠，升温至75℃反应4h后，再加入0.41g硫酸铜，继续搅拌1h后，自然冷却静置1h，过滤；
（4）沉钒：向步骤（3）获得的滤液中加入25mL 30wt%的过氧化氢溶液，搅拌10min至变色，加入浓氨水调节pH至9.5，再加入17.8g氯化铵，在50℃下反应1h，过滤；
（5）洗脱钠、钾：采用2wt%的氯化铵溶液洗涤步骤（4）获得的滤饼，洗水与滤饼的质量比为40：1；
（6）烘干焙烧：将步骤（5）获得的滤饼在80℃下烘干1h后，放入马弗炉中升温至300℃煅烧1h，再由300℃升至560℃煅烧40min，在560℃保温1h后得到高纯五氧化二钒产品13.35g，总钒损为2.71%，电感耦合等离子谱仪（ICP）分析测得产品纯度为99.91%。
实施例2
本实施例采用以下步骤制备高纯五氧化二钒：
（1）碱溶：取6.73g氢氧化钠和3.56g碳酸钠加入400mL纯水中，再加入43.85g偏钒酸铵原料（折合五氧化二钒的理论质量为29.39g），加热至60℃，搅拌反应30min，过滤；
（2）一次除杂（除铁、砷、锑、硅）：向步骤（1）获得的滤液中加入0.45g硫酸铁，于60℃保温搅拌3h，再加入0.23g硫酸钠搅拌1h，自然冷却静置5h，过滤；
（3）二次除杂（除钼、砷、锑）：将步骤（2）获得的滤液用浓硫酸调节pH至8.5，再加入7.2g二甲基二硫代氨基甲酸钠，升温至85℃反应5h后，再加入0.73g硫酸铜，继续搅拌1.5h，自然冷却静置1h，过滤；
（4）沉钒：向步骤（3）获得的滤液中加入42mL 30wt%的过氧化氢溶液，搅拌15min至变色，加入浓氨水调节pH至9.5，再加入36.6g氯化铵，在50℃下反应1h，过滤；
（5）洗脱钠、钾：采用2wt%的氯化铵溶液洗涤步骤（4）获得的滤饼，洗水与滤饼的质量比为42：1；
（6）烘干焙烧：将步骤（5）获得的滤饼在90℃下烘干1h后，放入马弗炉中升温至300℃煅烧1h，再由300℃升至560℃煅烧55min，在560℃保温1.5h后得到高纯五氧化二钒产品28.62g，总钒损为2.79%，ICP分析测得产品纯度为99.83%。
实施例3
本实施例采用以下步骤制备高纯五氧化二钒：
（1）碱溶：取13.88g氢氧化钠和6.98g碳酸钠加入600mL纯水中，再加入78.94g偏钒酸铵原料（折合五氧化二钒的理论质量为52.9g），加热至60℃，搅拌反应40min，过滤；
（2）一次除杂（除铁、砷、锑、硅）：向步骤（1）获得的滤液中加入0.8g硫酸铁，于60℃保温搅拌4h，再加入0.35g硫酸钠搅拌2h，自然冷却静置6h，过滤；
（3）二次除杂（除钼、砷、锑）：将步骤（2）获得的滤液用浓硫酸调节pH至8.5，再加入11.2g二甲基二硫代氨基甲酸钠，升温至90℃反应6h后，再加入1.32g硫酸铜，继续搅拌2h，自然冷却静置2h，过滤；
（4）沉钒：向步骤（3）获得的滤液中加入72mL 30wt%的过氧化氢溶液，搅拌20min至变色，加入浓氨水调节pH至9.5，再加入54g氯化铵，在50℃下反应2h，过滤；
（5）洗脱钠、钾：采用2wt%的氯化铵溶液洗涤步骤（4）获得的滤饼，洗水与滤饼的质量比为45：1；
（6）烘干焙烧：将步骤（5）获得的滤饼在100℃下烘干2h后，放入马弗炉中升温至300℃煅烧2h，再由300℃升至560℃煅烧60min，在560℃保温1h后得到高纯五氧化二钒产品51.53g，总钒损为2.73%，ICP分析测得产品纯度为99.86%。
对比例1
本对比例采用以下步骤制备高纯五氧化二钒：
（1）碱溶：取3.96g氢氧化钠和1.98g碳酸钠加入200mL纯水中，再加入20.46g偏钒酸铵原料（折合五氧化二钒的理论质量为13.71g），加热至35℃，搅拌反应30min，过滤；
（2）一次除杂（除铁、砷、锑、硅）：向步骤（1）获得的滤液中加入0.26g硫酸铁，于60℃保温搅拌3h，再加入0.12g硫酸钠搅拌1h，自然冷却静置5h，过滤；
（3）二次除杂（除钼、砷、锑）：将步骤（2）获得的滤液用浓硫酸调节pH至8，再加入3.5g二甲基二硫代氨基甲酸钠，升温至75℃反应5h后，再加入0.41g硫酸铜，继续搅拌2h，自然冷却静置1h，过滤；
（4）沉钒：向步骤（3）获得的滤液中加入25mL 30wt%的过氧化氢溶液，搅拌15min至变色，加入浓氨水调节pH至9.5，再加入17.8g氯化铵，在50℃下反应1h，过滤；
（5）洗脱钠、钾：采用2wt%的氯化铵溶液洗涤步骤（4）获得的滤饼，洗水与滤饼的质量比为40：1；
（6）烘干焙烧：将步骤（5）获得的滤饼在80℃下烘干1h后，放入马弗炉中升温至300℃煅烧1h，再由300℃升至560℃煅烧55min，在560℃保温2h后得到高纯五氧化二钒产品12.91g，总钒损为10.25%，ICP分析测得产品纯度为95.31%。
对比例1与实施例1的主要区别在于，对比例1中步骤（1）的加热温度偏低。与对比例1相比，实施例1的产品收率和纯度更高，这表明将步骤（1）的加热温度控制为55℃-75℃有利于提高产品收率和纯度。
对比例2
本对比例采用以下步骤制备高纯五氧化二钒：
（1）碱溶：取6.73g氢氧化钠和3.56g碳酸钠加入400mL纯水中，再加入43.85g偏钒酸铵原料（折合五氧化二钒的理论质量为29.39g），加热至60℃，搅拌反应30min，过滤；
（2）一次除杂（除铁、砷、锑、硅）：向步骤（1）获得的滤液中加入0.45g硫酸铁，于60℃保温搅拌3h，再加入0.23g硫酸钠搅拌1h，自然冷却静置5h，过滤；
（3）二次除杂（除钼、砷、锑）：将步骤（2）获得的滤液用浓硫酸调节pH至8.5，再加入3.1g二甲基二硫代氨基甲酸钠，升温至80℃反应5h后，再加入0.73g硫酸铜，继续搅拌2h，自然冷却静置1h，过滤；
（4）沉钒：向步骤（3）获得的滤液中加入42mL 30wt%的过氧化氢溶液，搅拌15min至变色，加入浓氨水调节pH至9.5，再加入36.6g氯化铵，在50℃下反应1h，过滤；
（5）洗脱钠、钾：采用2wt%的氯化铵溶液洗涤步骤（4）获得的滤饼，洗水与滤饼的质量比为42：1；
（6）烘干焙烧：将步骤（5）获得的滤饼在90℃下烘干1h后，放入马弗炉中升温至300℃煅烧1h，再由300℃升至560℃煅烧55min，在560℃保温2h后得到高纯五氧化二钒产品27.92g，总钒损为9.8%，ICP分析测得产品纯度为94.95%。
对比例2与实施例2的主要区别在于，对比例2中步骤（3）的二甲基二硫代氨基甲酸钠添加量偏低。与对比例2相比，实施例2的产品收率和纯度更高，这表明将步骤（3）的二甲基二硫代氨基甲酸钠与五氧化二钒理论量的质量比控制为（15-35）：100有利于提高产品收率和纯度。
对比例3
本对比例采用以下步骤制备高纯五氧化二钒：
（1）碱溶：取13.88g氢氧化钠和6.98g碳酸钠加入600mL纯水中，再加入78.94g偏钒酸铵原料（折合五氧化二钒的理论质量为52.9g），加热至60℃，搅拌反应30min，过滤；
（2）一次除杂（除铁、砷、锑、硅）：向步骤（1）获得的滤液中加入0.8g硫酸铁，于60℃保温搅拌3h，再加入0.35g硫酸钠搅拌1h，自然冷却静置5h，过滤；
（3）二次除杂（除钼、砷、锑）：将步骤（2）获得的滤液用浓硫酸调节pH至8.5，再加入11.2g二甲基二硫代氨基甲酸钠，升温至90℃反应5h后，再加入1.32g硫酸铜，继续搅拌2h，自然冷却静置1h，过滤；
（4）沉钒：向步骤（3）获得的滤液中加入72mL 30wt%的过氧化氢溶液，搅拌15min至变色，加入浓氨水调节pH至7，再加入54g氯化铵，在50℃下反应1h，过滤；
（5）洗脱钠、钾：采用2wt%的氯化铵溶液洗涤步骤（4）获得的滤饼，洗水与滤饼的质量比为45：1；
（6）烘干焙烧：将步骤（5）获得的滤饼在100℃下烘干1h后，放入马弗炉中升温至300℃煅烧1h，再从300℃升至560℃煅烧55min，在560℃保温2h后得到高纯五氧化二钒产品49.94g，总钒损为12.71%，ICP分析测得产品纯度为92.46%。
对比例3与实施例3的主要区别在于，对比例3的步骤（4）中加入浓氨水调节后的pH值偏低。与对比例3相比，实施例3的产品收率和纯度更高，这表明在步骤（4）中加入浓氨水调节pH至9-9.8有利于提高产品收率和纯度。
对比例4
本对比例采用以下步骤制备高纯五氧化二钒：
（1）碱溶：取3.96g氢氧化钠和1.98g碳酸钠加入200mL纯水中，再加入20.46g偏钒酸铵原料（折合五氧化二钒的理论质量为13.71g），加热至55℃，搅拌反应20min，过滤；
（2）一次除杂（除铁、砷、锑、硅）：向步骤（1）获得的滤液中加入0.26g硫酸铁，于60℃保温搅拌2h，自然冷却静置4h，过滤；
（3）二次除杂（除钼、砷、锑）：将步骤（2）获得的滤液用浓硫酸调节pH至8，再加入3.5g二甲基二硫代氨基甲酸钠，升温至80℃反应4h后，再加入0.41g硫酸铜，继续搅拌1h，自然冷却静置1h，过滤；
（4）沉钒：向步骤（3）获得的滤液中加入25mL 30wt%的过氧化氢溶液，搅拌10min至变色，加入浓氨水调节pH至9.5，再加入17.8g氯化铵，在50℃下反应1h，过滤；
（5）洗脱钠、钾：采用2wt%的氯化铵溶液洗涤步骤（4）获得的滤饼，洗水与滤饼的质量比为42：1；
（6）烘干焙烧：将步骤（5）获得的滤饼在90℃下烘干1h后，放入马弗炉中升温至300℃煅烧1h，再从300℃升至560℃煅烧40min，在560℃保温1h后得到高纯五氧化二钒产品13.19，总钒损为12.83%，ICP分析测得产品纯度为90.61%。
对比例4与实施例1的区别在于，对比例4的步骤（2）中未添加硫酸钠。与对比例4相比，实施例1的产品收率和纯度更高，这表明在步骤（2）中添加硫酸铁和硫酸钠在提高产品收率和纯度上具有协同作用。
对比例5
本对比例采用以下步骤制备高纯五氧化二钒：
（1）碱溶：取3.96g氢氧化钠和1.98g碳酸钠加入200mL纯水中，再加入20.46g偏钒酸铵原料（折合五氧化二钒的理论质量为13.71g），加热至55℃，搅拌反应20min，过滤；
（2）一次除杂（除铁、砷、锑、硅）：向步骤（1）获得的滤液中加入0.26g硫酸铁，于60℃保温搅拌2h，再加入0.12g硫酸钠搅拌1h，自然冷却静置4h，过滤；
（3）二次除杂（除钼、砷、锑）：将步骤（2）获得的滤液用浓硫酸调节pH至8，再加入3.5g二甲基二硫代氨基甲酸钠，升温至90℃反应4h后，自然冷却静置1h，过滤；
（4）沉钒：向步骤（3）获得的滤液中加入25mL 30wt%的过氧化氢溶液，搅拌10min至变色，加入浓氨水调节pH至9.5，再加入17.8g氯化铵，在50℃下反应1h，过滤；
（5）洗脱钠、钾：采用2wt%的氯化铵溶液洗涤步骤（4）获得的滤饼，洗水与滤饼的质量比为45：1；
（6）烘干焙烧：将步骤（5）获得的滤饼在100℃下烘干1h后，放入马弗炉中升温至300℃煅烧1h，再从300℃升至560℃煅烧40min，在560℃保温1h后得到高纯五氧化二钒产品13.11g，总钒损为13.73%，ICP分析测得产品纯度为90.22%。
对比例5与实施例1的区别在于，对比例5的步骤（3）中未添加硫酸铜。与对比例5相比，实施例1的产品收率和纯度更高，这表明在步骤（3）中添加二甲基二硫代氨基甲酸钠和硫酸铜在提高产品收率和纯度上具有协同作用。
使用ICP对偏钒酸铵原料、实施例1-3制得的五氧化二钒产品和对比例1-5制得的五氧化二钒产品中的杂质元素含量进行检测，得到杂质元素的含量如表1所示。
表1：偏钒酸铵原料、实施例1~3制得的五氧化二钒产品和对比例1~5制得的五氧化二钒产品中的杂质元素含量
注：表1中ND表示未检出。
Claims (10)
1.一种五氧化二钒的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
（1）碱溶：混合氢氧化钠、碳酸钠、含有含钒的铵盐的原料和水，得到水溶液，氢氧化钠的质量与体系中五氧化二钒的理论质量之比为（15-35）：100，碳酸钠的质量与体系中五氧化二钒的理论质量之比为（8-20）：100，水溶液中五氧化二钒的理论浓度为50g/L-90g/L，将水溶液加热至55℃-75℃，搅拌反应，过滤；
（2）一次除杂：向步骤（1）得到的滤液中加入硫酸铁，硫酸铁的质量与体系中五氧化二钒的理论质量之比（10-20）：1000，在55℃-75℃下搅拌2h-4h后，加入硫酸钠，硫酸钠的质量与体系中五氧化二钒的理论质量之比为（5-15）：1000，继续搅拌反应后，冷却静置，过滤；
（3）二次除杂：用硫酸将步骤（2）得到的滤液的pH调节至8-9，加入二甲基二硫代氨基甲酸钠，二甲基二硫代氨基甲酸钠的质量与体系中五氧化二钒的理论质量之比为（15-35）：100，升温至75℃-90℃反应4h-6h后，再加入硫酸铜，硫酸铜的质量与体系中五氧化二钒的理论质量之比为（1-5）：100，继续搅拌反应后，冷却静置，过滤；
（4）沉钒：向步骤（3）得到的滤液中加入浓度为25wt%-35wt%的过氧化氢溶液，过氧化氢溶液的体积与体系中五氧化二钒的理论质量之比为（1.2-2mL）：1g，搅拌10min-20min至溶液变色，然后加入氨水调节pH至9-9.8，再加入铵盐，所述铵盐的质量与体系中五氧化二钒的理论质量之比为（0.8-1.5）：1，加热至45℃-60℃搅拌反应1h-2h后过滤；
（5）洗脱钾、钠：采用氯化铵溶液洗涤步骤（4）得到的滤饼，然后过滤；
（6）烘干、焙烧：将步骤（5）得到的滤饼烘干后，先升温至300±10℃煅烧1h-2h，再由300±10℃升至560±10℃煅烧40min-60min，然后在560±10℃保温1h-3h，得到五氧化二钒。
2.如权利要求1所述的五氧化二钒的制备方法，其特征在于，所述含钒的铵盐选自多钒酸铵和偏钒酸铵中的一种或两种。
3.如权利要求1所述的五氧化二钒的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，搅拌反应的时间为20min-40min。
4.如权利要求1所述的五氧化二钒的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，加入硫酸钠后继续搅拌反应1h-2h，然后自然冷却静置4h-6h。
5.如权利要求1所述的五氧化二钒的制备方法，其特征在于，步骤（3），所述硫酸为浓度≥70wt%的硫酸溶液。
6.如权利要求1所述的五氧化二钒的制备方法，其特征在于，步骤（3）中，加入硫酸铜后继续搅拌反应1h-3h，然后自然冷却静置1h-2h。
7.如权利要求1所述的五氧化二钒的制备方法，其特征在于，步骤（4）中，所述氨水的浓度为20wt%-30wt%。
8.如权利要求1所述的五氧化二钒的制备方法，其特征在于，步骤（4）中，所述铵盐为氯化铵。
9.如权利要求1所述的五氧化二钒的制备方法，其特征在于，步骤（5）中，采用浓度为1wt%-3wt%的氯化铵溶液洗涤步骤（4）得到的滤饼，所述氯化铵溶液与所述滤饼的质量比为（40-45）：1。
10.如权利要求1所述的五氧化二钒的制备方法，其特征在于，步骤（6）中，所述烘干为在80-105℃下烘干1h-2h。
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