JP2021130863A - Method for separating vanadium, method for producing electrolyte for redox flow battery, apparatus for separating vanadium, and apparatus for producing electrolyte for redox flow battery - Google Patents

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Abstract

To provide a method for separating vanadium having a high recovery rate at low cost, a method for producing an electrolyte for a redox flow battery, an apparatus for separating vanadium, and an apparatus for producing an electrolyte for a redox flow battery.SOLUTION: There is provided a method for separating vanadium from a vanadium-containing material containing at least a tetravalent and/or pentavalent vanadium compound and ammonium sulfate ((NH4)2SO4) and/or ammonium hydrogen sulfate (NH4HSO4). The method comprises a thermal decomposition step, in which the vanadium-containing material is heated to 450°C or higher to volatilize ammonia gas (NH3) and sulfate gas (SO3 and/or SO2) and to produce at least one kind of Vanadium(IV) Oxide Sulfate (VOSO4), Vanadium (V) Oxide (V2O5) and Vanadium (IV) Oxide (V2O4).SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、硫酸アンモニウム及び/又は硫酸水素アンモニウムを含有する廃棄物などの金属混合物からバナジウムを分離するためのバナジウム分離方法、及びレドックス・フロー電池用電解液の製造方法、並びにバナジウム分離装置、及びレドックス・フロー電池用電解液の製造装置に関する。また、本発明は、硫酸アンモニウム及び/又は硫酸水素アンモニウムを含有しない燃焼灰や廃触媒等の廃棄物などの金属混合物から、バナジウムの分離工程で硫酸アンモニウム及び/又は硫酸水素アンモニウムが発生する場合においてバナジウムを分離するためのバナジウム分離方法、及びレドックス・フロー電池用電解液の製造方法、並びにバナジウム分離装置、及びレドックス・フロー電池用電解液の製造装置に関する。 The present invention relates to a vanadium separation method for separating vanadium from a metal mixture such as waste containing ammonium sulfate and / or ammonium hydrogen sulfate, a method for producing an electrolytic solution for a redox flow battery, a vanadium separation device, and redox. -Regarding the equipment for manufacturing electrolytes for flow batteries. Further, the present invention uses vanadium when ammonium sulfate and / or ammonium hydrogensulfate is generated in the process of separating vanadium from a metal mixture such as combustion ash and waste such as waste catalyst that does not contain ammonium sulfate and / or ammonium hydrogensulfate. The present invention relates to a vanadium separation method for separation, a method for producing an electrolytic solution for a redox flow battery, a vanadium separation device, and an apparatus for producing an electrolytic solution for a redox flow battery.

原油など重質油を常圧蒸留した常圧蒸留残渣油や減圧蒸留して得られる減圧蒸留残渣油、オイルコークス、オイルサンドなどを燃焼した燃焼灰には、バナジウム(V)、ニッケル(Ni)、鉄(Fe)、マグネシウム(Mg)などの複数の金属が含まれている。このうち有価金属であるバナジウムは、近年、大型電池となるレドックス・フロー電池の主構成物で大量供給が望まれており、効率的な回収方法の確立が望まれている。レドックス・フロー電池の電解液は、正極側では酸化硫酸バナジウム(IV)が、負極側では硫酸バナジウム(III)が用いられる。 Vanadium (V) and nickel (Ni) are included in the combustion ash obtained by burning heavy oil such as crude oil under atmospheric pressure distillation residue oil, vacuum distillation residual oil obtained by vacuum distillation, oil coke, and oil sand. , Iron (Fe), magnesium (Mg) and other multiple metals are included. Of these, vanadium, which is a valuable metal, has recently been desired to be supplied in large quantities as a main component of redox flow batteries, which are large batteries, and establishment of an efficient recovery method is desired. As the electrolytic solution of the redox flow battery, vanadium oxide sulfate (IV) is used on the positive electrode side and vanadium sulfate (III) is used on the negative electrode side.

本発明者は、ニッケル、コバルト、マンガン、パラジウム、白金、銅及び亜鉛から選択される1種類以上の2価又は3価金属と、バナジウムと、を少なくとも含有する金属混合物からバナジウムを分離する方法を開発している(例えば、特許文献1参照)。この方法では、金属混合物を酸で浸出させて浸出液を得、これにアンモニア性アルカリ水溶液を加えてpHを10〜12に調整して金属イオンのアンミン錯体とバナジウムイオンのアニオン錯体とを生成させる。そして、アンミン錯体とアニオン錯体とが生成したアルカリ水溶液に担体を加えて金属イオンを選択的に吸着させて回収し、回収後のアルカリ水溶液に含まれる4価のバナジウムのアニオン錯体からバナジウムを回収する。担体としては、褐炭などが例示されている。 The present inventor describes a method for separating vanadium from a metal mixture containing at least one or more divalent or trivalent metals selected from nickel, cobalt, manganese, palladium, platinum, copper and zinc and vanadium. It is being developed (see, for example, Patent Document 1). In this method, the metal mixture is leached with an acid to obtain a leachate, and an aqueous ammoniacal solution is added thereto to adjust the pH to 10 to 12 to form an ammine complex of metal ions and an anion complex of vanadium ions. Then, a carrier is added to the alkaline aqueous solution produced by the ammine complex and the anion complex to selectively adsorb and recover the metal ions, and vanadium is recovered from the tetravalent vanadium anion complex contained in the recovered alkaline aqueous solution. .. Examples of the carrier include lignite.

4価のバナジウムのアニオン錯体は、硫酸などの酸性溶液を加えて酸性に調整し、アニオン錯体から得られる硫酸バナジウムと硫酸水素アンモニウムの混合物を晶析沈殿させる。続いて、この沈殿物を500℃付近で加熱焼成(酸化)処理することで硫酸バナジル(IV)(VOSO)が得られる。さらに、600℃付近に加熱焼成(酸化)処理を行うことで、五酸化バナジウム(V)として回収する。五酸化バナジウムは、アンモニアと反応させてメタバナジン酸アンモニウムとし、窒素ガス雰囲気下において高温で分解して酸化物(V)とする。そして、この酸化物を濃硫酸と反応させて硫酸バナジウム(III)とすることで、レドックス・フロー電池用電解液の負極材料とすることができる。 The tetravalent vanadium anion complex is adjusted to be acidic by adding an acidic solution such as sulfuric acid, and a mixture of vanadium sulfate and ammonium hydrogensulfate obtained from the anion complex is crystallized and precipitated. Subsequently, this precipitate is heat-calcinated (oxidized) at around 500 ° C. to obtain vanadyl sulfate (IV) (VOSO 4 ). Further, it is recovered as vanadium pentoxide (V 2 O 5 ) by performing a heating firing (oxidation) treatment at around 600 ° C. Vanadium pentoxide is reacted with ammonia to form ammonium metavanadate, which is decomposed at a high temperature in a nitrogen gas atmosphere to form an oxide (V 2 O 3 ). Then, by reacting this oxide with concentrated sulfuric acid to obtain vanadium sulfate (III), it can be used as a negative electrode material for an electrolytic solution for a redox flow battery.

ところで、重質油などの石油系燃焼灰には、触媒などに含まれる有価金属だけでなく油分が含まれるため、炭素、水素、硫黄、窒素などの元素も多く含まれる。通常、重質油は、ボイラなどで燃焼処理されるが、その廃ガスには窒素(N)、酸素(O)、二酸化炭素(CO)、硫黄酸化物(SO)、窒素酸化物(NO)などの揮発性ガスと、V、NiOなどの金属化合物や未燃焼のカーボンなどを含む灰分(アッシュ)とが含まれる。 By the way, petroleum-based combustion ash such as heavy oil contains not only valuable metals contained in catalysts but also oils, and therefore contains many elements such as carbon, hydrogen, sulfur, and nitrogen. Normally, heavy oil is burned in a boiler or the like, but the waste gas includes nitrogen (N 2 ), oxygen (O 2 ), carbon dioxide (CO 2 ), sulfur oxides (SO x ), and nitrogen oxides. a volatile gas such as an object (NO x), are included and ash (ash), including carbon of the metal compound and unburned such V 2 O 5, NiO.

これらのうちSO、NOは大気汚染物質であり、日本国内においては大気中への放出は法律で規制されているため、燃焼処理後はこれらのガスを分解・除去する必要がある。通常、NOは、触媒と、還元剤としてアンモニア(NH)とを揮発性ガスに添加し、約400℃に加熱することで、窒素と水に分解して廃棄している。しかしながら、アンモニアは硫黄酸化物(SO)と反応しやすく、その結果、反応物である硫酸アンモニウム((NHSO)や硫酸水素アンモニウム(NHHSO)が生成する。このため、重質油燃焼灰には、有価金属の化合物のみならず、硫酸アンモニウムや硫酸水素アンモニウムが含まれる。原料に含まれる硫酸アンモニウムや硫酸水素アンモニウムは、バナジウム回収の最終段階まで硫酸水素アンモニウムとして残存する。なお、外国においては、SOx、NOxなどの大気汚染物質の大気放出が規制されていないことが多い。この場合、原料中に硫酸アンモニウムや硫酸水素アンモニウムは含まれないが、上述したようにバナジウムのアニオン錯体から硫酸水素アンモニウムが生成・残存する。したがって、最終的には、バナジウムと硫酸水素アンモニウムとを分離する必要が生じる。 Of these, SO x and NO x are air pollutants, and their release into the atmosphere is regulated by law in Japan, so it is necessary to decompose and remove these gases after combustion treatment. Normally, NO x is decomposed into nitrogen and water and discarded by adding a catalyst and ammonia (NH 3 ) as a reducing agent to a volatile gas and heating the gas to about 400 ° C. However, ammonia easily reacts with sulfur oxides (SO x ), resulting in the formation of reactants ammonium sulfate ((NH 4 ) 2 SO 4 ) and ammonium hydrogen sulfate (NH 4 HSO 4 ). Therefore, the heavy oil combustion ash contains not only valuable metal compounds but also ammonium sulfate and ammonium hydrogen sulfate. Ammonium sulfate and ammonium hydrogensulfate contained in the raw material remain as ammonium hydrogensulfate until the final stage of vanadium recovery. In foreign countries, the release of air pollutants such as SOx and NOx to the atmosphere is often not regulated. In this case, ammonium sulfate and ammonium hydrogensulfate are not contained in the raw material, but ammonium hydrogensulfate is produced and remains from the vanadium anion complex as described above. Therefore, in the end, it becomes necessary to separate vanadium and ammonium hydrogensulfate.

バナジウムを含有する廃棄物からバナジウムを分離する方法として、従来、バナジウムを含有するスラリーに酸化性ガスを供給してメタバナジン酸アンモニウム含有スラリーを調製し、メタバナジン酸アンモニウム(NHVO)を析出させる方法が知られている(例えば、特許文献2参照)。 Conventionally, as a method for separating vanadium from vanadium-containing waste, an oxidizing gas is supplied to the vanadium-containing slurry to prepare an ammonium metavanadate-containing slurry, and ammonium metavanadate (NH 4 VO 3 ) is precipitated. The method is known (see, for example, Patent Document 2).

国際公開第2017/010437号International Publication No. 2017/010437 特開2005−200231号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2005-200231

しかしながら、特許文献2の方法では、酸化性ガスの導入などにコストがかかり、安価にバナジウムを回収することが困難であった。また、本文献の方法では、レドックス・フロー電池用電解液の負極材料とするためには、メタバナジン酸アンモニウムを硫酸バナジウムに転化させる必要がある。このため、本文献の方法では、特にレドックス・フロー電池用電解液用の負極材料を提供する目的では、コストがかかるほか、回収率が低くなるという不都合があった。 However, in the method of Patent Document 2, it is difficult to recover vanadium at low cost because the introduction of an oxidizing gas or the like is costly. Further, in the method of this document, it is necessary to convert ammonium metavanadate to vanadium sulfate in order to use it as a negative electrode material for an electrolytic solution for a redox flow battery. Therefore, the method of the present document has an inconvenience that it is costly and the recovery rate is low, particularly for the purpose of providing a negative electrode material for an electrolytic solution for a redox flow battery.

本発明の目的は、低コストで回収率が高いバナジウム分離方法、及びレドックス・フロー電池用電解液の製造方法、並びにバナジウム分離装置、及びレドックス・フロー電池用電解液の製造装置を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a vanadium separation method having a high recovery rate at low cost, a method for producing an electrolytic solution for a redox flow battery, a vanadium separation device, and an apparatus for producing an electrolytic solution for a redox flow battery. be.

本発明は、4価及び/又は5価のバナジウム化合物と、硫酸アンモニウム((NHSO)及び/又は硫酸水素アンモニウム(NHHSO)と、を少なくとも含有するバナジウム含有物からバナジウムを分離するバナジウム分離方法であって、前記バナジウム含有物を450℃以上に加熱してアンモニアガス(NH)及び硫酸ガス(SO及び/又はSO)を揮発させ、酸化硫酸バナジウム(IV)(VOSO)、五酸化バナジウム(V)及び四酸化二バナジウム(V)の少なくとも1種類を生成させる熱分解工程と、を備えることを特徴とするバナジウム分離方法である。 The present invention comprises vanadium from a vanadium-containing material containing at least a tetravalent and / or pentavalent vanadium compound and ammonium sulfate ((NH 4 ) 2 SO 4 ) and / or ammonium hydrogen sulfate (NH 4 HSO 4). A vanadium separation method for separation, in which the vanadium-containing material is heated to 450 ° C. or higher to volatilize ammonia gas (NH 3 ) and sulfate gas (SO 3 and / or SO 2 ), and vanadium oxide sulfate (IV) ( A vanadium separation method comprising: a thermal decomposition step of producing at least one of VOSO 4 ), vanadium pentoxide (V 2 O 5 ) and divanadium tetroxide (V 2 O 4).

本発明では、バナジウム含有物を450℃以上に加熱してガスを揮発させることで、バナジウム化合物を分離することができる。すなわち、加熱処理によりガスを揮発させることで、レドックス・フロー電池用電解液用の直接の正極材料である酸化硫酸バナジウム(IV)(VOSO)や、負極材料の原料である五酸化バナジウム(V)及び/又は四酸化二バナジウム(V)を効率的に分離させることができる。 In the present invention, the vanadium compound can be separated by heating the vanadium-containing material to 450 ° C. or higher to volatilize the gas. That is, by volatilizing the gas by heat treatment, vanadium oxide sulfate (IV) (VOSO 4 ), which is a direct positive electrode material for the electrolytic solution for redox flow batteries, and vanadium pentoxide (V), which is a raw material for the negative electrode material, are used. 2 O 5 ) and / or divanadium tetroxide (V 2 O 4 ) can be separated efficiently.

この場合において、前記熱分解工程は、450〜550℃で加熱することで酸化硫酸バナジウム(IV)(VOSO)を主な生成物として生成させるか、あるいは、550℃超で加熱することで五酸化バナジウム(V)及び/又は四酸化二バナジウム(V)を主な生成物として生成させることが好ましい。 In this case, the thermal decomposition step is carried out by heating at 450 to 550 ° C. to produce vanadium (IV) oxide sulfate (VOSO 4 ) as the main product, or by heating at over 550 ° C. It is preferable to produce vanadium oxide (V 2 O 5 ) and / or divanadium tetraoxide (V 2 O 4 ) as the main product.

このように、加熱温度を調整することで、レドックス・フロー電池用電解液用の直接の正極材料である酸化硫酸バナジウム(IV)(VOSO)と、負極材料の原料である五酸化バナジウム(V)及び/又は四酸化二バナジウム(V)とを選択的に生成させることができる。 By adjusting the heating temperature in this way, vanadium oxide sulfate (IV) (VOSO 4 ), which is a direct positive electrode material for the electrolyte for redox flow batteries, and vanadium pentoxide (V), which is a raw material for the negative electrode material, are used. 2 O 5 ) and / or divanadium tetroxide (V 2 O 4 ) can be selectively produced.

さらに、前記熱分解工程の前工程において、前記バナジウム含有物に硫酸を添加してpH2〜4にするpH調整工程を更に備えることが好ましい。 Further, in the pre-step of the thermal decomposition step, it is preferable to further include a pH adjusting step of adding sulfuric acid to the vanadium-containing material to adjust the pH to 2-4.

このように、熱分解工程前に原料として安価な硫酸を添加して硫酸バナジウムを生成させることで、次の熱分解工程においてバナジウムを酸化硫酸バナジウム(IV)(VOSO)、五酸化バナジウム(V)、四酸化二バナジウム(V)として効率的に分離させることができる。 In this way, by adding inexpensive sulfuric acid as a raw material to generate vanadium sulfate before the thermal decomposition step, vanadium is converted into vanadium oxide sulfate (IV) (VOSO 4 ) and vanadium pentoxide (V) in the next thermal decomposition step. It can be efficiently separated as 2 O 5 ) and divanadium tetroxide (V 2 O 4).

さらに、前記pH調整工程の前工程において、pH5〜7にして硫酸アンモニウム及び/又は硫酸水素アンモニウムの結晶を析出させる中和晶析工程を更に備えることが好ましい。 Further, in the pre-step of the pH adjusting step, it is preferable to further include a neutralization crystallization step of precipitating ammonium sulfate and / or ammonium hydrogen sulfate crystals at pH 5 to 7.

このように、硫酸アンモニウム等の含有量が多い場合には、pH調整前に硫酸アンモニウム及び/又は硫酸水素アンモニウムの結晶を析出させて分離することで、事前に硫酸アンモニウムの量を低減させることができる。 As described above, when the content of ammonium sulfate or the like is high, the amount of ammonium sulfate can be reduced in advance by precipitating and separating the crystals of ammonium sulfate and / or ammonium hydrogen sulfate before adjusting the pH.

この場合において、前記熱分解工程の前の段階において、前記バナジウム含有物にアンモニア性アルカリ水溶液を加えてpHを10〜12に調整することで、前記2価又は3価金属の酸化物の一部を前記2価又は3価金属の酸化物の水酸化物のスラッジと、2価のニッケル及び/又はコバルトイオンのアンミン錯体と、前記4価のバナジウムイオンのアニオン錯体とを生成するアルカリ添加工程と、カルボキシル基を有する担体によって前記2価のニッケル及び/又はコバルトのアンミン錯体を選択的に吸着させるイオン吸着分離工程と、前記スラッジを分離するスラッジ分離工程と、を備えることが好ましい。 In this case, in the step before the thermal decomposition step, a part of the oxide of the divalent or trivalent metal is adjusted by adding an aqueous ammoniacal alkali to the vanadium-containing material to adjust the pH to 10 to 12. The step of adding an alkali to form the sludge of the hydroxide of the oxide of the divalent or trivalent metal, the ammine complex of the divalent nickel and / or cobalt ion, and the anion complex of the tetravalent vanadium ion. It is preferable to include an ion adsorption separation step of selectively adsorbing the divalent nickel and / or cobalt ammine complex with a carrier having a carboxyl group, and a sludge separation step of separating the sludge.

このように、バナジウム含有物にアンモニア性アルカリ水溶液を加えてpHを10〜12に調整することで水酸化物のスラッジとニッケル及び/又はコバルトのアンミン錯体とバナジウムのアニオン錯体とを生成させ、スラッジ分離と、アンミン錯体の選択イオン吸着分離とを行う。このように、アルカリを加えるという簡単な工程で、バナジウムのアニオン錯体を生成させることが可能となる。 In this way, by adding an ammoniacal alkaline aqueous solution to the vanadium-containing material to adjust the pH to 10 to 12, a sludge of hydroxide, an ammine complex of nickel and / or cobalt, and an anion complex of vanadium are generated, and sludge is generated. Separation and selective ion adsorption separation of the ammine complex are performed. In this way, it is possible to form an anion complex of vanadium by a simple step of adding alkali.

また、本発明は、上記のいずれかに記載のバナジウム分離方法で回収した前記バナジウムを原料としてレドックス・フロー電池用電解液を製造する電解液製造工程を有することを特徴とするレドックス・フロー電池用電解液の製造方法である。 Further, the present invention is characterized by having an electrolytic solution manufacturing process for producing an electrolytic solution for a redox flow battery using the vanadium recovered by the vanadium separation method according to any one of the above as a raw material. This is a method for producing an electrolytic solution.

このように、本発明では、レドックス・フロー電池用電解液の原料である酸化硫酸バナジウム(IV)(VOSO)、五酸化バナジウム(V)及び四酸化二バナジウム(V)の少なくとも1種類を混合液から効率的に分離させて電解液を調整することができる。 Thus, in the present invention, is a starting material oxide sulfate vanadium redox flow battery electrolyte solution (IV) (VOSO 4), five vanadium oxide (V 2 O 5) and tetroxide, vanadium (V 2 O 4) At least one of the above can be efficiently separated from the mixed solution to prepare the electrolytic solution.

本発明は、4価及び/又は5価のバナジウム化合物と、硫酸アンモニウム((NHSO)及び/又は硫酸水素アンモニウム(NHHSO)と、を少なくとも含有するバナジウム含有物からバナジウムを分離するバナジウム分離装置であって、前記バナジウム含有物を450℃以上に加熱してアンモニアガス(NH)及び硫酸ガス(SO及び/又はSO)を揮発させ、酸化硫酸バナジウム(IV)(VOSO)、五酸化バナジウム(V)及び四酸化二バナジウム(V)の少なくとも1種類を生成させる熱分解手段と、を備えることを特徴とするバナジウム分離装置である。 The present invention comprises vanadium from a vanadium-containing material containing at least a tetravalent and / or pentavalent vanadium compound and ammonium sulfate ((NH 4 ) 2 SO 4 ) and / or ammonium hydrogen sulfate (NH 4 HSO 4). A vanadium separator for separation, in which the vanadium-containing material is heated to 450 ° C. or higher to volatilize ammonia gas (NH 3 ) and sulfate gas (SO 3 and / or SO 2 ), and vanadium oxide sulfate (IV) ( The vanadium separator is characterized by comprising a thermal decomposition means for producing at least one of VOSO 4 ), vanadium pentoxide (V 2 O 5 ) and divanadium tetroxide (V 2 O 4).

本発明では、バナジウム含有物を450℃以上に加熱してガスを揮発させることで、バナジウム化合物を分離することができる。すなわち、加熱処理によりガスを揮発させることで、レドックス・フロー電池用電解液用の直接の正極材料である硫酸バナジウムや、負極材料の原料である五酸化バナジウム(V)及び/又は四酸化二バナジウム(V)を効率的に分離させることができる。 In the present invention, the vanadium compound can be separated by heating the vanadium-containing material to 450 ° C. or higher to volatilize the gas. That is, by volatilizing the gas by heat treatment, and vanadium sulfate is a direct positive electrode material for electrolytic solution for redox flow battery, a vanadium pentoxide, which is a raw material of the negative electrode material (V 2 O 5) and / or tetrafunctional Divanadium oxide (V 2 O 4 ) can be separated efficiently.

この場合において、前記熱分解手段は、450〜550℃で加熱することで酸化硫酸バナジウム(IV)(VOSO)を主な生成物として生成させるか、あるいは、550℃超で加熱することで五酸化バナジウム(V)及び/又は四酸化二バナジウム(V)を主な生成物として生成させることが好ましい。 In this case, the pyrolysis means produces vanadyl oxide sulfate (IV) (VOSO 4 ) as a main product by heating at 450 to 550 ° C, or by heating at more than 550 ° C. It is preferable to produce vanadium oxide (V 2 O 5 ) and / or divanadium tetraoxide (V 2 O 4 ) as the main product.

このように、加熱温度を調整することで、レドックス・フロー電池用電解液用の直接の正極材料である酸化硫酸バナジウム(IV)(VOSO)と、負極材料の原料である五酸化バナジウム(V)及び/又は四酸化二バナジウム(V)とを選択的に生成させることができる。 By adjusting the heating temperature in this way, vanadium oxide sulfate (IV) (VOSO 4 ), which is a direct positive electrode material for the electrolyte for redox flow batteries, and vanadium pentoxide (V), which is a raw material for the negative electrode material, are used. 2 O 5 ) and / or divanadium tetroxide (V 2 O 4 ) can be selectively produced.

さらに、前記熱分解手段の前段階において、前記バナジウム含有物に硫酸を添加してpH2〜4にするpH調整手段を更に備えることが好ましい。 Further, it is preferable to further provide a pH adjusting means for adding sulfuric acid to the vanadium-containing material to adjust the pH to 2 to 4 in the stage prior to the thermal decomposition means.

このように、熱分解手段前に原料として安価な硫酸を添加して硫酸バナジウムを生成させることで、次の熱分解手段においてバナジウムを酸化硫酸バナジウム(IV)(VOSO)、五酸化バナジウム(V)、四酸化二バナジウム(V)として効率的に分離させることができる。 In this way, by adding inexpensive sulfuric acid as a raw material before the thermal decomposition means to generate vanadium sulfate, vanadium is converted into vanadium oxide sulfate (IV) (VOSO 4 ) and vanadium pentoxide (V) in the next thermal decomposition means. It can be efficiently separated as 2 O 5 ) and divanadium tetroxide (V 2 O 4).

さらに、前記pH調整手段の前段階において、pH5〜7にして硫酸アンモニウム及び/又は硫酸水素アンモニウムの結晶を析出させる中和晶析手段を更に備えることが好ましい。 Further, it is preferable to further provide a neutralization crystallization means for precipitating ammonium sulfate and / or ammonium hydrogen sulfate crystals at a pH of 5 to 7 in the previous step of the pH adjusting means.

このように、硫酸アンモニウム等の含有量が多い場合には、pH調整前に硫酸アンモニウム及び/又は硫酸水素アンモニウムの結晶を析出させて分離することで、事前に硫酸アンモニウムの量を低減させることができる。 As described above, when the content of ammonium sulfate or the like is high, the amount of ammonium sulfate can be reduced in advance by precipitating and separating the crystals of ammonium sulfate and / or ammonium hydrogen sulfate before adjusting the pH.

この場合において、前記熱分解手段の後の段階において、前記バナジウム含有物にアンモニア性アルカリ水溶液を加えてpHを10〜12に調整することで、前記2価又は3価金属の酸化物の一部を前記2価又は3価金属の酸化物の水酸化物のスラッジと、2価のニッケル及び/又はコバルトイオンのアンミン錯体と、前記4価のバナジウムイオンのアニオン錯体とを生成するアルカリ添加手段と、カルボキシル基を有する担体によって前記2価のニッケル及び/又はコバルトのアンミン錯体を選択的に吸着させるイオン吸着分離手段と、前記スラッジを分離するスラッジ分離手段と、を備えることが好ましい。 In this case, in a step after the thermal decomposition means, a part of the oxide of the divalent or trivalent metal is formed by adding an aqueous ammoniacal alkali to the vanadium-containing material to adjust the pH to 10 to 12. As an alkali adding means for producing the sludge of the hydroxide of the oxide of the divalent or trivalent metal, the ammine complex of the divalent nickel and / or cobalt ion, and the anion complex of the tetravalent vanadium ion. It is preferable to provide an ion adsorption separation means for selectively adsorbing the divalent nickel and / or cobalt ammine complex with a carrier having a carboxyl group, and a sludge separation means for separating the sludge.

このように、バナジウム含有物にアンモニア性アルカリ水溶液を加えてpHを10〜12に調整することで水酸化物のスラッジとニッケル及び/又はコバルトのアンミン錯体とバナジウムのアニオン錯体とを生成させ、スラッジ分離と、アンミン錯体の選択イオン吸着分離とを行う。このように、アルカリを加えるという簡単な工程で、バナジウムのアニオン錯体を生成させることが可能となる。 In this way, by adding an ammoniacal alkaline aqueous solution to the vanadium-containing material to adjust the pH to 10 to 12, a sludge of hydroxide, an ammine complex of nickel and / or cobalt, and an anion complex of vanadium are generated, and sludge is generated. Separation and selective ion adsorption separation of the ammine complex are performed. In this way, it is possible to form an anion complex of vanadium by a simple step of adding alkali.

また、本発明は、上記のいずれかに記載のバナジウム分離装置で回収した前記バナジウムを原料としてレドックス・フロー電池用電解液を製造する電解液製造手段を有することを特徴とするレドックス・フロー電池用電解液の製造装置である。 Further, the present invention is characterized by having an electrolytic solution manufacturing means for producing an electrolytic solution for a redox flow battery using the vanadium recovered by the vanadium separator according to any one of the above as a raw material. It is an electrolytic solution manufacturing device.

このように、本発明では、レドックス・フロー電池用電解液の原料である酸化硫酸バナジウム(IV)(VOSO)、五酸化バナジウム(V)及び四酸化二バナジウム(V)の少なくとも1種類を混合液から効率的に分離させて電解液を調整することができる。 Thus, in the present invention, is a starting material oxide sulfate vanadium redox flow battery electrolyte solution (IV) (VOSO 4), five vanadium oxide (V 2 O 5) and tetroxide, vanadium (V 2 O 4) At least one of the above can be efficiently separated from the mixed solution to prepare the electrolytic solution.

本発明によれば、低コストで回収率が高いバナジウム分離方法、及びレドックス・フロー電池用電解液の製造方法、並びにバナジウム分離装置、及びレドックス・フロー電池用電解液の製造装置を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a vanadium separation method having a high recovery rate at a low cost, a method for producing an electrolytic solution for a redox flow battery, a vanadium separation device, and an apparatus for producing an electrolytic solution for a redox flow battery. can.

本発明の一実施形態に係るバナジウム分離方法、及びレドックス・フロー電池用電解液の製造方法を示す処理フロー図である。It is a processing flow diagram which shows the vanadium separation method which concerns on one Embodiment of this invention, and the manufacturing method of the electrolytic solution for a redox flow battery. 本発明の一実施形態に係るバナジウム分離方法、及びレドックス・フロー電池用電解液の製造方法を示す処理フロー図である。It is a processing flow diagram which shows the vanadium separation method which concerns on one Embodiment of this invention, and the manufacturing method of the electrolytic solution for a redox flow battery.

以下、本発明のバナジウム分離方法、及びレドックス・フロー電池用電解液の製造方法、並びにバナジウム分離装置、及びレドックス・フロー電池用電解液の製造装置について、図面を参照しながら詳細に説明する。 Hereinafter, the vanadium separation method of the present invention, the method for producing an electrolytic solution for a redox flow battery, the vanadium separation apparatus, and the apparatus for producing an electrolytic solution for a redox flow battery will be described in detail with reference to the drawings.

1.バナジウム分離方法
図1及び図2は、本発明の一実施形態に係るバナジウム分離方法、及びレドックス・フロー電池用電解液の製造方法を示す処理フロー図である。
1. 1. Vanadium Separation Method FIGS. 1 and 2 are processing flow charts showing a vanadium separation method according to an embodiment of the present invention and a method for producing an electrolytic solution for a redox flow battery.

本発明のバナジウム分離方法は、バナジウム及び/又はバナジウム化合物を含有する廃棄物に好適に適用することができる。このような廃棄物としては、例えば、重質油などの石油系燃焼灰、常圧又は減圧蒸留残油となる焼却ボイラ灰、部分酸化灰、石油コークス灰、オイルサンドの残渣灰、バナジウムスラグ、各種化学反応触媒の廃触媒、産業廃棄物、廃液などを挙げることができる。また、廃棄物としては、これらの灰を水などで洗浄した洗浄水も含むことができる。特に、硫酸アンモニウム((NHSO)や硫酸水素アンモニウム(NHHSO)(以下、「硫酸アンモニウム等」や「硫安分」ということがある)を含む廃棄物に好適に適用することができるが、硫酸アンモニウム等を含まない廃棄物にも適用できる。硫酸アンモニウム等を多く含む廃棄物としては、石油系燃焼灰やその洗浄水などを挙げることができる。 The vanadium separation method of the present invention can be suitably applied to waste containing vanadium and / or vanadium compounds. Examples of such waste include petroleum-based combustion ash such as heavy oil, incineration boiler ash which becomes atmospheric pressure or vacuum distillation residual oil, partially oxidized ash, petroleum coke ash, residual ash of oil sand, vanadium slag, and the like. Examples include waste catalysts, industrial wastes, and waste liquids of various chemical reaction catalysts. Further, the waste can also include washing water obtained by washing these ash with water or the like. In particular, it can be suitably applied to wastes containing ammonium sulfate ((NH 4 ) 2 SO 4 ) and ammonium hydrogen sulfate (NH 4 HSO 4 ) (hereinafter sometimes referred to as "ammonium sulfate, etc." and "ammonium sulfate"). However, it can also be applied to waste that does not contain ammonium sulfate or the like. Examples of the waste containing a large amount of ammonium sulfate and the like include petroleum-based combustion ash and its washing water.

石油精製からの廃触媒には、例えば、バナジウム、ニッケル、コバルト、モリブデン、銅、亜鉛、パラジウム、白金、鉄、リン、硫黄などが含まれる。一般にこれらの金属は、硫化物として多く含まれる。 Waste catalysts from petroleum refining include, for example, vanadium, nickel, cobalt, molybdenum, copper, zinc, palladium, platinum, iron, phosphorus, sulfur and the like. Generally, these metals are abundantly contained as sulfides.

また、バナジウムスラグは、磁鉄鉱を焼成する際に生じるスラグであり、バナジウム、マンガン、アルミニウム、鉄、チタン、ケイ素、カルシウム、リンなどの金属混合物が含まれる。一般に、これらの金属は、酸化物として多く含まれる。 Vanadium slag is slag produced when magnetite is fired, and contains a metal mixture such as vanadium, manganese, aluminum, iron, titanium, silicon, calcium, and phosphorus. Generally, these metals are abundantly contained as oxides.

また、残渣灰には、ニッケルとバナジウムの他に、鉄、マグネシウム、モリブデン、コバルト、マンガン、チタンなどの金属混合物が含まれる。 In addition to nickel and vanadium, the residual ash contains a metal mixture such as iron, magnesium, molybdenum, cobalt, manganese, and titanium.

廃棄物中に硫酸アンモニウム等が含まれる場合、硫酸アンモニウム等は重量比で1%以上、好ましくは5%以上、より好ましくは10%以上含まれていることが好ましい。また、本発明は、これらの廃棄物において、バナジウムが重量比で1%以上、好ましくは3%以上、より好ましくは5%以上含まれているものに好適に用いることができる。さらに、本発明は、ニッケル、鉄又はマグネシウムなどの2価又は3価金属が、いずれも重量比で0.1%以上、好ましくは0.5%以上、より好ましくは1%以上、10%以下含まれているものに好適に用いることができる。 When ammonium sulfate or the like is contained in the waste, it is preferable that ammonium sulfate or the like is contained in an amount of 1% or more, preferably 5% or more, more preferably 10% or more by weight. Further, the present invention can be preferably used in these wastes containing vanadium in an amount of 1% or more, preferably 3% or more, more preferably 5% or more by weight. Further, in the present invention, divalent or trivalent metals such as nickel, iron or magnesium are all 0.1% or more, preferably 0.5% or more, more preferably 1% or more and 10% or less by weight. It can be preferably used for those contained.

以下の実施形態では、廃棄物として、バナジウムと、ニッケル、鉄及びマグネシウムから選択される1種類以上の2価又は3価金属とを含む重質油燃焼灰から、バナジウムを分離するバナジウム分離方法について説明する。より詳細には、NOx大気汚染物質の分解・除去を、約400℃かつ触媒存在下でアンモニアガスとの反応で水と窒素に分解させる系で発生する原料燃焼灰を代表として説明する。なお、本実施形態では、図1に示すフローによってバナジウム以外のニッケル等の金属(不純物)を分離除去したのち、図2に示すフローによって熱分解を行っているが、目的とする製品によってはこれに限定されない。例えば、製品中にこれらの不純物が含まれていても問題ないような場合は、図1に示すフローの一部又はすべてを行わないか、他の処理を行うようにしてもよい。 In the following embodiments, the vanadium separation method for separating vanadium from heavy oil combustion ash containing vanadium and one or more divalent or trivalent metals selected from nickel, iron and magnesium as waste. explain. More specifically, the decomposition / removal of NOx air pollutants will be described as a representative of the raw material combustion ash generated in a system that decomposes NOx air pollutants into water and nitrogen by reaction with ammonia gas at about 400 ° C. in the presence of a catalyst. In this embodiment, metals (impurities) such as nickel other than vanadium are separated and removed by the flow shown in FIG. 1, and then thermally decomposed by the flow shown in FIG. 2. However, depending on the target product, this is performed. Not limited to. For example, if there is no problem even if these impurities are contained in the product, a part or all of the flow shown in FIG. 1 may be omitted or another treatment may be performed.

(原料スラリー調製)
以下、図1を参照して、担体を用いてバナジウムを分離する工程について説明する。まず、燃焼灰に酸(硫酸など)を添加して原料スラリーを調製する。燃焼灰に対する酸の添加量としては、適宜設定することができるが、燃焼灰に対して1〜50質量%程度が好ましい。
(Preparation of raw material slurry)
Hereinafter, the step of separating vanadium using a carrier will be described with reference to FIG. First, an acid (sulfuric acid or the like) is added to the combustion ash to prepare a raw material slurry. The amount of the acid added to the combustion ash can be appropriately set, but is preferably about 1 to 50% by mass with respect to the combustion ash.

(pH調製:アルカリ添加工程)
次に、上記の工程で得られた原料スラリーにアンモニア性アルカリ水溶液を加えてpHを調整することで、水酸化鉄、水酸化マグネシウムと、ニッケルとバナジウムのそれぞれの錯体とを生成させる(ステップ31)。アンモニア性アルカリ水溶液としては、例えばアンモニア水(水酸化アンモニウム(NHOH))を挙げることができる。添加するアンモニア水の濃度としては、後述する錯体が十分に生成すれば特に制限はないが、15〜35質量%の範囲内が好ましく、20〜30質量%の範囲内がより好ましい。また、本工程では、pHを10.5〜12の範囲内に調整するが、10〜11の範囲内に調整することがより好ましい。
(PH adjustment: alkali addition process)
Next, by adding an aqueous ammoniacal alkali solution to the raw material slurry obtained in the above step to adjust the pH, iron hydroxide, magnesium hydroxide, and complexes of nickel and vanadium are formed (step 31). ). Examples of the ammoniacal alkaline aqueous solution include aqueous ammonia (ammonium hydroxide (NH 4 OH)). The concentration of the ammonia water to be added is not particularly limited as long as the complex described later is sufficiently formed, but is preferably in the range of 15 to 35% by mass, and more preferably in the range of 20 to 30% by mass. Further, in this step, the pH is adjusted in the range of 10.5 to 12, but it is more preferable to adjust the pH in the range of 10 to 11.

(固液分離:スラッジ分離工程)
次に、ステップ31で得られたアルカリ水溶液をろ過分離し、ろ過沈殿物(スラッジ)とろ液とを分ける(ステップ32)。スラッジは、水酸化鉄、水酸化マグネシウムなどの水酸化物で、コロイド状の固形成分として分離される(ステップ33)。この工程で、鉄とマグネシウムが金属混合物から分離される。
(Solid-liquid separation: sludge separation process)
Next, the alkaline aqueous solution obtained in step 31 is filtered and separated, and the filtered precipitate (sludge) and the filtrate are separated (step 32). Sludge is a hydroxide such as iron hydroxide and magnesium hydroxide and is separated as a colloidal solid component (step 33). In this step, iron and magnesium are separated from the metal mixture.

一方、ステップ32で得られたろ液はアルカリ水溶液で、2価のニッケルイオンのアンミン錯体と、4価及び/又は5価のバナジウムイオンのアニオン錯体とを含んでいる。2価のニッケルイオンのアンミン錯体としては、一例として、(NHNi(SOなどが挙げられ、4価のバナジウムイオンのアニオン錯体としては、一例として、(NH(OH)(SOなどが挙げられる。 On the other hand, the filtrate obtained in step 32 is an alkaline aqueous solution and contains a divalent nickel ion ammine complex and a tetravalent and / or pentavalent vanadium ion anion complex. Examples of divalent nickel ion ammine complexes include (NH 4 ) 2 Ni (SO 4 ) 2, and examples of tetravalent vanadium ion anion complexes include (NH 4 ) 2 V. 2 (OH) 6 (SO 4 ) 2 and the like can be mentioned.

(褐炭イオン交換反応)
このアルカリ水溶液にカルボキシル基を有する担体を添加して所定時間撹拌し、アンミン錯体中のニッケルイオンと担体中のカルボキシル基とのイオン吸着(イオン交換)反応によりニッケルイオンを選択的に吸着させる(ステップ34:イオン吸着分離工程)。カルボキシル基を有する担体としては、アンミン錯体中にニッケルとイオン吸着反応をするものであれば特に限定されない。担体としては、天然の石炭などを挙げることができる。さらに、石炭としては、安価かつ入手が容易であるなどの観点から、炭素含有量の比較的少ない低品位炭が好ましい。低品位炭としては、例えば、亜瀝青炭、褐炭、亜炭、泥炭を挙げることができる。
(Lignite ion exchange reaction)
A carrier having a carboxyl group is added to this alkaline aqueous solution, and the mixture is stirred for a predetermined time, and the nickel ions are selectively adsorbed by an ion adsorption (ion exchange) reaction between the nickel ions in the ammine complex and the carboxyl groups in the carrier (step). 34: Ion adsorption separation step). The carrier having a carboxyl group is not particularly limited as long as it undergoes an ion adsorption reaction with nickel in the ammine complex. Examples of the carrier include natural coal and the like. Further, as the coal, low-grade coal having a relatively low carbon content is preferable from the viewpoint of being inexpensive and easily available. Examples of low-grade coal include subbituminous coal, lignite, lignite, and peat.

また、アルカリ水溶液のpHは、10〜12の範囲、より好ましくは10.5〜11の範囲が好ましい。上記のpHが10〜12の範囲内であると、ニッケルイオンの褐炭への吸着がバナジウムの吸着よりも優先的に生じ、バナジウムとニッケルの混合溶液中から圧倒的にニッケルイオンを選択的に回収することができる。 The pH of the alkaline aqueous solution is preferably in the range of 10 to 12, more preferably in the range of 10.5 to 11. When the above pH is in the range of 10 to 12, the adsorption of nickel ions to brown coal occurs preferentially over the adsorption of vanadium, and nickel ions are overwhelmingly selectively recovered from the mixed solution of vanadium and nickel. can do.

(固液分離)
次に、アルカリ水溶液をろ過分離する(ステップ35)。沈殿物となるニッケルイオンを吸着した担体を洗浄・乾燥させる(ステップ36)。ニッケルイオンを吸着した担体からのニッケルの回収は、担体ごと燃焼させ、ニッケルを酸化ニッケル(NiO/NiO)として回収することができる。
(Solid-liquid separation)
Next, the alkaline aqueous solution is filtered and separated (step 35). The carrier adsorbed with nickel ions as a precipitate is washed and dried (step 36). To recover nickel from a carrier that has adsorbed nickel ions, the carrier can be burned together and nickel can be recovered as nickel oxide (NiO / NiO 2).

ステップ35で得られるろ液は、4価のバナジウムイオンのアニオン錯体と硫酸アンモニウム等とを含む混合液となる。なお、図1の工程(ステップ31〜36)の詳細については、特許文献1(国際公開第2017/010437号)を参照することができる。 The filtrate obtained in step 35 is a mixed solution containing an anion complex of tetravalent vanadium ion and ammonium sulfate or the like. For details of the steps (steps 31 to 36) of FIG. 1, Patent Document 1 (International Publication No. 2017/010437) can be referred to.

(硫安晶析)
次に、図2を参照して、4価のバナジウムイオンのアニオン錯体と硫酸アンモニウム等とを含む混合液(バナジウム含有物)からバナジウムを分離する工程について説明する。まず、ステップ35で得られた混合液に硫酸を加えてpH5〜7にする(中和晶析工程:ステップ41)。本工程におけるpHは、5〜7の範囲内であり、5.5〜6.5の範囲内が好ましく、ほぼ6が特に好ましい。本工程における温度は、50〜60℃の範囲が好ましい。混合液中に含まれるバナジウムの量は、重量比で通常は0.01%以上であり、好ましくは0.1%以上であり、より好ましくは1%以上である。また、混合液中に含まれる硫酸アンモニウム等の量は、重量比で通常は0.1%以上であり、好ましくは1%以上であり、より好ましくは5%以上である。
(Ammonium sulfate crystallization)
Next, with reference to FIG. 2, a step of separating vanadium from a mixed solution (vanadium-containing substance) containing an anion complex of tetravalent vanadium ions and ammonium sulfate or the like will be described. First, sulfuric acid is added to the mixed solution obtained in step 35 to adjust the pH to 5 to 7 (neutralization crystallization step: step 41). The pH in this step is in the range of 5 to 7, preferably in the range of 5.5 to 6.5, and particularly preferably approximately 6. The temperature in this step is preferably in the range of 50 to 60 ° C. The amount of vanadium contained in the mixed solution is usually 0.01% or more, preferably 0.1% or more, and more preferably 1% or more by weight. The amount of ammonium sulfate or the like contained in the mixed solution is usually 0.1% or more, preferably 1% or more, and more preferably 5% or more in terms of weight ratio.

混合液への硫酸の添加は、混合液をスターラーなどで撹拌しながら行うことが好ましい。硫酸添加後は、10分間〜1時間程度混合液を静置する。この工程に続く蒸発濃縮工程において、混合液中に含まれる硫酸アンモニウムの濃度が高い場合は、4価のバナジウムイオンのアニオン錯体と硫酸アンモニウムとの溶解度の差で硫酸アンモニウムの結晶が析出する。 It is preferable to add sulfuric acid to the mixed solution while stirring the mixed solution with a stirrer or the like. After adding sulfuric acid, let the mixed solution stand for about 10 minutes to 1 hour. In the evaporation and concentration step following this step, when the concentration of ammonium sulfate contained in the mixed solution is high, crystals of ammonium sulfate are precipitated due to the difference in solubility between the anion complex of tetravalent vanadium ion and ammonium sulfate.

析出した硫酸アンモニウムを遠心分離機などで分離することで、混合液中に含まれる硫酸アンモニウムの量を低減することができる(ステップ42)。遠心分離機による分離条件としては、例えば100〜1000G、1〜30分間の範囲内が好ましい。遠心分離機としては、分離した硫酸アンモニウム結晶の表面に付着したバナジウム錯体を水洗回収できる機能を持つものが好ましい。 By separating the precipitated ammonium sulfate with a centrifuge or the like, the amount of ammonium sulfate contained in the mixed solution can be reduced (step 42). The separation conditions by the centrifuge are preferably in the range of 100 to 1000 G and 1 to 30 minutes, for example. The centrifuge preferably has a function of washing and recovering the vanadium complex adhering to the surface of the separated ammonium sulfate crystals.

(硫酸バナジル/硫安共晶析)
次に、4価のバナジウムイオンのアニオン錯体を含む混合液に硫酸をさらに加えてpH2〜4にする(pH調整工程:ステップ43)。本工程におけるpHは、2〜4の範囲内であり、2.5〜3.5の範囲内が好ましく、ほぼ3が特に好ましい。本工程における温度は、50〜60℃の範囲が好ましい。混合液への硫酸の添加は、混合液をスターラーなどで撹拌しながら行うことが好ましい。硫酸添加後は、10分間〜1時間程度混合液を静置する。この工程により、下記の反応により、酸化硫酸バナジウム(IV)(硫酸バナジル)と硫酸水素アンモニウムとが生成し、続く蒸発濃縮工程においてこれらが共晶析出される。
(NH(OH)(SO+HSO→2VOSO+2NHHSO+4H
(Vanadyl sulfate / ammonium sulfate eutectic analysis)
Next, sulfuric acid is further added to the mixed solution containing the anion complex of tetravalent vanadium ions to adjust the pH to 2 to 4 (pH adjustment step: step 43). The pH in this step is in the range of 2 to 4, preferably in the range of 2.5 to 3.5, and particularly preferably approximately 3. The temperature in this step is preferably in the range of 50 to 60 ° C. It is preferable to add sulfuric acid to the mixed solution while stirring the mixed solution with a stirrer or the like. After adding sulfuric acid, let the mixed solution stand for about 10 minutes to 1 hour. By this step, vanadium (IV) oxide sulfate (vanadyl sulfate) and ammonium hydrogensulfate are produced by the following reaction, and these are eutectic-precipitated in the subsequent evaporation and concentration step.
(NH 4 ) 2 V 2 (OH) 6 (SO 4 ) 2 + H 2 SO 42 VOSO 4 + 2NH 4 HSO 4 + 4H 2 O

混合液中に含まれるバナジウム化合物としては、上述した4価のバナジウムイオンのアニオン錯体に限定されず、4価のバナジウム化合物を挙げることができる。4価のバナジウム化合物として、例えば、硫酸バナジル(VOSO)、二酸化バナジウム(VO)を挙げることができる。混合液中に含まれるバナジウムの量は、重量比で通常は0.01%以上であり、好ましくは0.1%以上であり、より好ましくは1%以上である。また、混合液中に含まれる硫酸アンモニウム等の量は、重量比で通常は0.1%以上であり、好ましくは1%以上であり、より好ましくは5%以上である。 The vanadium compound contained in the mixed solution is not limited to the above-mentioned anion complex of tetravalent vanadium ion, and examples thereof include a tetravalent vanadium compound. Examples of the tetravalent vanadium compound include vanadyl sulfate (VOSO 4 ) and vanadium dioxide (VO 2 ). The amount of vanadium contained in the mixed solution is usually 0.01% or more, preferably 0.1% or more, and more preferably 1% or more by weight. The amount of ammonium sulfate or the like contained in the mixed solution is usually 0.1% or more, preferably 1% or more, and more preferably 5% or more in terms of weight ratio.

この共晶析出物を遠心分離機などで分離することで、酸化硫酸バナジウム(IV)(硫酸バナジル)と硫酸アンモニウム等を固形物として回収できる。遠心分離の条件としては、例えば50〜60℃で、100〜1000G、1〜30分間の範囲内が好ましい。 By separating this eutectic precipitate with a centrifuge or the like, vanadium (IV) oxide sulfate (vanadyl sulfate), ammonium sulfate and the like can be recovered as solids. The conditions for centrifugation are preferably, for example, 50 to 60 ° C., 100 to 1000 G, and 1 to 30 minutes.

(焼成炉熱分解:熱分解工程)
次に、ステップ43で得られた共晶析出物を酸素存在下で熱分解する(ステップ44)。この工程で、共晶析出中に含まれる硫酸水素アンモニウムは、下記の反応によってアンモニアと三酸化硫黄と水蒸気となって揮発する(ステップ45)。この反応は、450℃以上で進行する。なお、硫酸アンモニウムは、昇温過程において硫酸水素アンモニウムに変換される(下記式参照)。
NHHSO→NH+SO+H
(Pyrolysis in firing furnace: Pyrolysis process)
Next, the eutectic precipitate obtained in step 43 is thermally decomposed in the presence of oxygen (step 44). In this step, ammonium hydrogensulfate contained in the eutectic precipitation is volatilized as ammonia, sulfur trioxide and water vapor by the following reaction (step 45). This reaction proceeds above 450 ° C. Ammonium sulfate is converted to ammonium hydrogen sulfate in the process of raising the temperature (see the formula below).
NH 4 HSO 4 → NH 3 + SO 3 + H 2 O

この熱分解において、共晶析出物を450〜550℃で加熱することで、酸化硫酸バナジウム(IV)(VOSO)を主な生成物として生成させる。酸化硫酸バナジウム(IV)(VOSO)は、レドックス・フロー電池の正極側の電解液の直接の原料として有用である。 In this pyrolysis, the eutectic precipitate is heated at 450-550 ° C. to produce vanadyl sulphate (IV) (VOSO 4 ) as the main product. Vanadium (IV) oxide sulfate (VOSO 4 ) is useful as a direct raw material for the electrolyte on the positive electrode side of a redox flow battery.

一方、共晶析出物を550℃超で加熱することで、酸化硫酸バナジウム(IV)を酸化して、五酸化バナジウム(V)及び/又は四酸化二バナジウム(V)を主な生成物として生成させることができる。五酸化バナジウム(V)や四酸化二バナジウム(V)は、希硫酸浸出及び還元剤添加により正極側電解液を生成することができ、又は濃硫酸と反応させて硫酸バナジウム(III)を生成することができる。この硫酸バナジウム(III)は、レドックス・フロー電池の負極側の電解液の原料として有用である。すなわち、共晶析出物の熱分解温度を調整することで、レドックス・フロー電池の電解液の正極側と負極側の材料を選択的に生成させることができる。この場合の加熱温度の下限は、硫酸水素アンモニウムの完全分解温度の400℃、上限は、アンモニア燃焼が起こる650℃である。 On the other hand, by heating the eutectic precipitate at more than 550 ° C., vanadium (IV) oxide sulfate is oxidized to obtain vanadium pentoxide (V 2 O 5 ) and / or divanadium tetroxide (V 2 O 4 ). It can be produced as the main product. Vanadium pentoxide (V 2 O 5 ) and divanadium tetroxide (V 2 O 4 ) can generate a positive electrolyte by leaching dilute sulfuric acid and adding a reducing agent, or react with concentrated sulfuric acid to produce vanadium sulfate. (III) can be produced. This vanadium (III) sulfate is useful as a raw material for an electrolytic solution on the negative electrode side of a redox flow battery. That is, by adjusting the thermal decomposition temperature of the eutectic precipitate, the materials on the positive electrode side and the negative electrode side of the electrolytic solution of the redox flow battery can be selectively generated. In this case, the lower limit of the heating temperature is 400 ° C., which is the complete decomposition temperature of ammonium hydrogensulfate, and the upper limit is 650 ° C., which causes ammonia combustion.

熱分解は、焼成炉などを用い、燃料を燃焼させて行う。燃料としては、LPGガスを挙げることでき、空気を混入して燃焼させることができる。熱分解は、共晶析出物を焼成炉等に投入したのち、450〜550℃、あるいは550℃超の所定温度まで昇温し、所定の時間、温度を保持することで行う。熱分解の時間は、10分間〜10時間程度であり、30分間〜5時間の範囲内が好ましい。なお、所定の温度までは、一定間隔で段階的に昇温することが好ましく、例えば、10℃昇温ののち1時間程度保持し、これを繰り返すことで上記の所定温度まで昇温することが好ましい。 Pyrolysis is performed by burning fuel using a firing furnace or the like. Examples of the fuel include LPG gas, which can be mixed with air and burned. The thermal decomposition is carried out by putting the eutectic precipitate into a firing furnace or the like, then raising the temperature to a predetermined temperature of 450 to 550 ° C. or more than 550 ° C., and maintaining the temperature for a predetermined time. The thermal decomposition time is about 10 minutes to 10 hours, preferably in the range of 30 minutes to 5 hours. It is preferable to raise the temperature stepwise at regular intervals up to a predetermined temperature. For example, after raising the temperature by 10 ° C., the temperature is maintained for about 1 hour, and by repeating this, the temperature can be raised to the above-mentioned predetermined temperature. preferable.

熱分解工程が行われる共晶析出物に含まれる硫酸アンモニウム等の量は、上記の熱分解が進行する量であれば特に制限はないが、共晶析出物の全体量に対して、5重量%以上が好ましく、10重量%以上がより好ましく、15重量%以上が特に好ましい。共晶析出物に含まれる硫酸アンモニウムの量の上限は、特に制限はないが、80重量%以下が好ましく、70重量%以下がより好ましく、60重量%以下が特に好ましい。 The amount of ammonium sulfate or the like contained in the eutectic precipitate subjected to the thermal decomposition step is not particularly limited as long as the above thermal decomposition proceeds, but is 5% by weight based on the total amount of the eutectic precipitate. The above is preferable, 10% by weight or more is more preferable, and 15% by weight or more is particularly preferable. The upper limit of the amount of ammonium sulfate contained in the eutectic precipitate is not particularly limited, but is preferably 80% by weight or less, more preferably 70% by weight or less, and particularly preferably 60% by weight or less.

2.レドックス・フロー電池用電解液の製造方法
本発明のレドックス・フロー電池用電解液の製造方法は、上述したバナジウム分離方法に加えて、当該方法で回収したバナジウムをレドックス・フロー電池用の電解液の原料とする(電解液製造工程)。レドックス・フロー電池用電解液としては、正極側は酸化硫酸バナジウム(IV)を、負極側は硫酸バナジウム(III)を使用することができる。レドックス・フロー電池用電解液中に含まれるバナジウムの濃度は、特に制限はないが、正極側、負極側いずれも、例えば0.1mol/l〜10mol/lの範囲内、好ましくは1〜3mol/lの範囲内とすることができる。
2. Method for producing electrolytic solution for redox flow battery In the method for producing electrolytic solution for redox flow battery of the present invention, in addition to the vanadium separation method described above, vanadium recovered by the method is used as an electrolytic solution for redox flow battery. Used as a raw material (electrolyte solution manufacturing process). As the electrolytic solution for the redox flow battery, vanadium oxide sulfate (IV) can be used on the positive electrode side and vanadium sulfate (III) can be used on the negative electrode side. The concentration of vanadium contained in the electrolytic solution for a redox flow battery is not particularly limited, but both the positive electrode side and the negative electrode side are, for example, in the range of 0.1 mol / l to 10 mol / l, preferably 1 to 3 mol / l. It can be within the range of l.

正極側の電解液の原料である酸化硫酸バナジウム(IV)の製造方法としては、ステップ44で得られたVOSOをそのまま使用することができる。また、五酸化バナジウム(V)や四酸化二バナジウム(V)が混合している場合、硫酸と還元剤を添加することで、VOSOを生成させることができる。この場合、ステップ44の熱分解で得られた固化物に硫酸を添加することで、正極電解液の材料を製造することができる(ステップ46)。 As a method for producing vanadyl oxide sulfate (IV), which is a raw material for the electrolytic solution on the positive electrode side, VOSO 4 obtained in step 44 can be used as it is. When vanadyl pentoxide (V 2 O 5 ) or divanadium tetroxide (V 2 O 4 ) is mixed, VOSO 4 can be produced by adding sulfuric acid and a reducing agent. In this case, the material of the positive electrode electrolytic solution can be produced by adding sulfuric acid to the solidified product obtained by the thermal decomposition in step 44 (step 46).

また、負極側の電解液の原料である硫酸バナジウム(III)の製造方法としては、例えば、以下の方法が挙げられる。まず、ステップ44で得られた五酸化バナジウム(V)や四酸化二バナジウム(V)などの粉状物からメタバナジン酸アンモニウムを生成し、窒素ガス雰囲気下にて高温で分解して酸化物(V)とする(ステップ47)。次に、得られた酸化物に対して、高圧反応法や大気圧法で硫酸バナジウム(III)を得る。高圧反応法は、例えば、250℃、40気圧の条件下で5〜40%濃硫酸をVに添加して溶解析出させて硫酸バナジウム(III)を得る方法である。一方、大気圧法は、例えば、250℃、大気圧の条件下で80%濃硫酸をVに添加して溶解析出させ、その後に50%未満の希硫酸に溶解させることで硫酸バナジウム(III)を得る方法である。 Further, as a method for producing vanadium (III) sulfate, which is a raw material for the electrolytic solution on the negative electrode side, for example, the following method can be mentioned. First, ammonium metavanadate is produced from powdery substances such as vanadium pentoxide (V 2 O 5 ) and divanadium tetraoxide (V 2 O 4 ) obtained in step 44, and decomposed at a high temperature in a nitrogen gas atmosphere. The oxide (V 2 O 3 ) is obtained (step 47). Next, vanadium (III) sulfate is obtained from the obtained oxide by a high-pressure reaction method or an atmospheric pressure method. The high-pressure reaction method is, for example, a method in which 5 to 40% concentrated sulfuric acid is added to V 2 O 3 under the conditions of 250 ° C. and 40 atm to dissolve and precipitate vanadium (III) sulfate. On the other hand, in the atmospheric pressure method, for example, 80% concentrated sulfuric acid is added to V 2 O 3 under the conditions of 250 ° C. and atmospheric pressure to dissolve and precipitate, and then dissolved in less than 50% dilute sulfuric acid to dissolve vanadium sulfate. This is a method for obtaining (III).

3.バナジウム分離装置
また、本発明のバナジウム分離装置は、上述したバナジウム分離方法を実施するための装置として構成することができる。本発明のバナジウム分離装置は、一例として、錯体生成槽、ニッケル回収槽、硫安晶析槽、共晶析槽、熱分解装置を備えるバナジウム分離システム(プラントなど)として構成することができる。
3. 3. Vanadium Separation Device The vanadium separation device of the present invention can be configured as a device for carrying out the vanadium separation method described above. As an example, the vanadium separation device of the present invention can be configured as a vanadium separation system (plant or the like) including a complex generation tank, a nickel recovery tank, a sulfur crystallization tank, a eutectic crystallization tank, and a thermal decomposition device.

錯体生成槽は、原料スラリーにアンモニア性アルカリ水溶液を加えてpHを10〜12に調整し、2価のニッケルイオンのアンミン錯体と4価及び/又は5価のバナジウムイオンのアニオン錯体とをアルカリ水溶液中に生成させるための手段(イオン吸着分離手段)である。錯体生成槽では、2価又は3価金属の酸化物の一部は、2価又は3価金属の酸化物の水酸化物のスラッジとなり(本発明のアルカリ添加手段に相当)、続いて、このスラッジを分離する(本発明のスラッジ分離手段に相当)することで、2価又は3価金属を除去する。錯体生成槽では、上述したステップ31〜33で説明した方法で錯体を生成させる。 In the complex generation tank, an ammoniacal alkaline aqueous solution is added to the raw material slurry to adjust the pH to 10 to 12, and the divalent nickel ion ammine complex and the tetravalent and / or pentavalent vanadium ion anion complex are combined with the alkaline aqueous solution. It is a means (ion adsorption separation means) for generating inside. In the complex formation tank, a part of the oxide of the divalent or trivalent metal becomes sludge of the hydroxide of the oxide of the divalent or trivalent metal (corresponding to the alkali addition means of the present invention), and subsequently, this By separating sludge (corresponding to the sludge separating means of the present invention), divalent or trivalent metals are removed. In the complex formation tank, a complex is formed by the method described in steps 31 to 33 described above.

ニッケル回収槽は、アンミン錯体とアニオン錯体とが生成したアルカリ水溶液にカルボキシル基を有する担体を加えて、担体にアンミン錯体中のニッケルイオンを選択的に吸着させてニッケルイオンを回収する手段である。ニッケル回収槽では、上述したステップ34〜36で説明した方法でニッケルを回収する。 The nickel recovery tank is a means for recovering nickel ions by adding a carrier having a carboxyl group to an alkaline aqueous solution formed by an ammine complex and an anion complex and selectively adsorbing nickel ions in the ammine complex on the carrier. In the nickel recovery tank, nickel is recovered by the method described in steps 34 to 36 described above.

硫安晶析槽は、ニッケル回収後の混合液に硫酸を添加してpH5〜7にすることで、硫酸アンモニウムの結晶を析出させる手段であり、本発明の中和晶析手段に相当する。硫安晶析槽では、上述したステップ41とステップ42で説明した方法で硫酸アンモニウムを除去する。 The ammonium sulfate crystallization tank is a means for precipitating ammonium sulfate crystals by adding sulfuric acid to the mixed solution after nickel recovery to adjust the pH to 5 to 7, and corresponds to the neutralization crystallization means of the present invention. In the ammonium sulfate crystallization tank, ammonium sulfate is removed by the methods described in steps 41 and 42 described above.

共晶析槽は、硫安晶析後の混合液(バナジウム含有物)に硫酸を添加してpH2〜4にする手段であり、本発明のpH調整手段に相当する。共晶析槽では、上述したステップ43で説明した方法で酸化硫酸バナジウム(IV)(硫酸バナジル)と硫酸アンモニウム等との共晶析を行う。 The eutectic crystallization tank is a means for adding sulfuric acid to a mixed solution (vanadium-containing substance) after ammonium sulfate crystallization to adjust the pH to 2 to 4, and corresponds to the pH adjusting means of the present invention. In the eutectic tank, eutectic analysis is performed between vanadium (IV) oxide sulfate (vanadyl sulfate) and ammonium sulfate or the like by the method described in step 43 described above.

熱分解装置は、バナジウム含有物を450℃以上に加熱してアンモニアガス(NH)及び硫酸ガス(SO及び/又はSO)を揮発させ、酸化硫酸バナジウム(IV)(VOSO)、五酸化バナジウム(V)及び四酸化二バナジウム(V)の少なくとも1種類を生成させる装置である。熱分解装置は、本発明の熱分解手段に相当する。熱分解装置では、上述したステップ44とステップ45で説明した方法で熱分解を行う。 The thermal decomposition apparatus heats the vanadium-containing material to 450 ° C. or higher to volatilize ammonia gas (NH 3 ) and sulfuric acid gas (SO 3 and / or SO 2 ), and vanadium oxide sulfate (IV) (VOSO 4 ), 5. It is an apparatus for producing at least one kind of vanadium oxide (V 2 O 5 ) and divanadium tetraoxide (V 2 O 4). The pyrolysis apparatus corresponds to the pyrolysis means of the present invention. In the thermal decomposition apparatus, thermal decomposition is performed by the methods described in steps 44 and 45 described above.

4.レドックス・フロー電池用電解液の製造装置
本発明のレドックス・フロー電池用電解液の製造装置は、上述したバナジウム分離装置で得られたバナジウムをレドックス・フロー電池用電解液の原料とする。すなわち、本発明の製造装置は、バナジウム回収装置で回収したバナジウムから、上記「2.レドックス・フロー電池用電解液の製造方法」に記載した方法で電解液を製造する電解液製造手段を有する。電解液製造手段では、上述したステップ46やステップ47で説明した方法で電解液製造を製造する。
4. Equipment for producing electrolyte for redox flow batteries The equipment for producing electrolytes for redox flow batteries of the present invention uses vanadium obtained by the above-mentioned vanadium separator as a raw material for electrolytes for redox flow batteries. That is, the manufacturing apparatus of the present invention has an electrolytic solution manufacturing means for producing an electrolytic solution from vanadium recovered by the vanadium recovery device by the method described in the above "2. Method for producing an electrolytic solution for a redox flow battery". The electrolytic solution manufacturing means manufactures the electrolytic solution by the method described in step 46 and step 47 described above.

5.変形例
(変形例1)
以下、本実施形態の変形例について説明する。上記の実施形態では、ステップ34において褐炭を用いたイオン交換反応によって担体にニッケルを選択的に吸着させてバナジウムと分離しているが、本発明はこれに限定されず、他の方法で分離することも可能である。
5. Modification example (modification example 1)
Hereinafter, a modified example of the present embodiment will be described. In the above embodiment, nickel is selectively adsorbed on the carrier by an ion exchange reaction using lignite to separate it from vanadium in step 34, but the present invention is not limited to this, and separation is performed by another method. It is also possible.

他の方法としては、例えば、メタバナジン酸アンモニウム沈殿法を挙げることができる。この方法では、バナジウムと硫酸アンモニウムとを少なくとも含むスラリーに、アンモニアを添加してバナジウムと反応させ、メタバナジン酸アンモニウム(NHVO)を生成させる。反応温度は、通常は20〜60℃の範囲内であり、好ましくは30〜40度の範囲内である。また、反応時間は、通常は10分間から10時間の範囲内であり、好ましくは1〜5時間の範囲内である。反応時のpHは、通常はpH8以上であり、好ましくはpH9〜pH12の範囲内である。バナジウムはバナジン酸アンモニウムとして沈殿するため、これを遠心分離法など適当な分離法で分離回収する。このメタバナジン酸アンモニウム沈殿法は、スラリー中に含まれるニッケルの量がバナジウムの量と比較して大幅に低い場合(例えば、V/Ni=100以上)に、特に効率的にニッケルとバナジウムを分離することができる。 As another method, for example, the ammonium metavanadate precipitation method can be mentioned. In this method, ammonia is added to a slurry containing at least vanadium and ammonium sulfate and reacted with vanadium to produce ammonium metavanadate (NH 4 VO 3 ). The reaction temperature is usually in the range of 20-60 ° C, preferably in the range of 30-40 ° C. The reaction time is usually in the range of 10 minutes to 10 hours, preferably in the range of 1 to 5 hours. The pH at the time of reaction is usually pH 8 or higher, preferably in the range of pH 9 to pH 12. Since vanadium precipitates as ammonium vanadate, it is separated and recovered by an appropriate separation method such as centrifugation. This ammonium metavanadate precipitation method separates nickel and vanadium particularly efficiently when the amount of nickel contained in the slurry is significantly lower than the amount of vanadium (for example, V / Ni = 100 or more). be able to.

(変形例2)
上記の他の方法としては、例えばイオン交換樹脂分離法を挙げることができる。この方法で使用するイオン交換樹脂としては、バナジウムを選択的に吸着するものを挙げることができる。このようなイオン交換樹脂としては、例えば、ポリアミン型キレート樹脂である「ダイヤイオン CR20(HSO形)」(三菱ケミカル製)を例示することができる。スラリーのpHは、通常はpH3〜7の範囲内であり、好ましくはpH4〜6の範囲内である。この方法でも、ニッケルとバナジウムを含むスラリーからバナジウムのみを選択的に分離することができる。
(Modification 2)
As the other method described above, for example, an ion exchange resin separation method can be mentioned. Examples of the ion exchange resin used in this method include those that selectively adsorb vanadium. Such ion exchange resins, for example, a polyamine type chelating resin "DIAION CR20 (H 2 SO 4 form)" can be exemplified (Mitsubishi Chemical). The pH of the slurry is usually in the range of pH 3-7, preferably in the range of pH 4-6. Also in this method, only vanadium can be selectively separated from the slurry containing nickel and vanadium.

以下、本発明を実施例に基づいて具体的に説明するが、これらは本発明の目的を限定するものではなく、また、本発明は、これら実施例に限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be specifically described based on examples, but these do not limit the object of the present invention, and the present invention is not limited to these examples.

1.バナジウム含有混合物からのバナジウムの分離
(1)模擬液作成
下記表に記載の原料配合表の試薬を秤量した。次に、500mlビーカーに蒸留水を250ml/300ml入れ、スターラーで撹拌しながら粉末の試薬を溶解した。試薬を溶解したのち、アンモニア水をゆっくりと添加し、pH11の模擬液を得た。
1. 1. Separation of vanadium from vanadium-containing mixture (1) Preparation of simulated liquid The reagents in the raw material composition table shown in the table below were weighed. Next, 250 ml / 300 ml of distilled water was placed in a 500 ml beaker, and the powdered reagent was dissolved while stirring with a stirrer. After dissolving the reagent, aqueous ammonia was slowly added to obtain a simulated solution having a pH of 11.

Figure 2021130863
Figure 2021130863

スターラーを用いて得られた模擬液を300rmpで30分間撹拌したのち、30分間静置した。続いて、静置後の模擬液をスイングローターで500G、10分間にて沈殿物を除去し、上澄み液を得た。 The simulated solution obtained using a stirrer was stirred at 300 mp for 30 minutes and then allowed to stand for 30 minutes. Subsequently, the simulated liquid after standing was 500 G with a swing rotor, and the precipitate was removed in 10 minutes to obtain a supernatant liquid.

(2)褐炭によるNi回収
得られた上澄み液に褐炭(粒径<45μm)を3g添加した。使用する褐炭は、粉砕して45μmの篩にかけて篩目を通過したものを使用した。褐炭を添加した上澄み液を、褐炭が静置しない程度にゆっくりと一晩(16時間)かけて室温(25℃)でスターラー(回転数100rpm)を用いて撹拌した。撹拌が終了した上澄み液を遠心分離機にかけ、Ni担持褐炭を回収した。Ni担持褐炭は、スイングローターを用いて500G、10分間で沈殿させて回収した。
(2) Recovery of Ni with lignite 3 g of lignite (particle size <45 μm) was added to the obtained supernatant. The lignite used was crushed, passed through a 45 μm sieve, and passed through a sieve mesh. The supernatant liquid to which lignite was added was stirred slowly overnight (16 hours) at room temperature (25 ° C.) using a stirrer (rotation speed 100 rpm) so that the lignite did not stand still. The supernatant liquid after stirring was centrifuged to recover Ni-supported lignite. The Ni-supported lignite was recovered by precipitating at 500 G for 10 minutes using a swing rotor.

(3)中和晶析
Ni担持褐炭を回収した後の上澄み液を、スターラーを用いて室温(25℃)でゆっくりと撹拌しながら、濃硫酸(36N)を用いて上澄み液をpH6.0に調整した。上澄み液がpH6.0に達したら、スターラーを用いて100rpmで30分間撹拌したのち、30分間静置し、硫酸アンモニウムの析出物を沈殿させた。静置後、スイングローターを用いて500G、10分間で硫酸アンモニウムの析出物を回収した。
(3) Neutralization Crystallization The supernatant liquid after recovering the Ni-supported lignite is slowly stirred at room temperature (25 ° C.) using a stirrer, and the supernatant liquid is adjusted to pH 6.0 using concentrated sulfuric acid (36N). It was adjusted. When the supernatant reached pH 6.0, the mixture was stirred at 100 rpm for 30 minutes using a stirrer and then allowed to stand for 30 minutes to precipitate an ammonium sulfate precipitate. After standing, the precipitate of ammonium sulfate was recovered at 500 G for 10 minutes using a swing rotor.

(4)酸化晶析
析出物回収後の上澄み液をゆっくりとスターラーで撹拌しながら、室温(25℃)にて、濃硫酸(36N)を添加し、pH3.0に調整した。pH3.0に達したら、スターラーにて100rpmで30分間撹拌したのち、30分間静置した。静置後、スイングローターを用いて500G、10分間で沈殿物を回収した。
(4) Oxidation Crystallization While slowly stirring the supernatant after collecting the precipitate with a stirrer, concentrated sulfuric acid (36N) was added at room temperature (25 ° C.) to adjust the pH to 3.0. When the pH reached 3.0, the mixture was stirred with a stirrer at 100 rpm for 30 minutes and then allowed to stand for 30 minutes. After standing, the precipitate was collected at 500 G for 10 minutes using a swing rotor.

(5)蒸発乾固
蒸発皿に上澄み液を入れ、80℃にて静置して乾燥させた。蒸発皿は大きめのものを使用し、上澄み液の残液を少しずつ継ぎ足して乾燥させた。乾燥物は硫酸を含み固形とはならず、ガム状であった。
(5) Evaporation to dryness The supernatant was placed in an evaporating dish and allowed to stand at 80 ° C. for drying. A large evaporating dish was used, and the residual liquid of the supernatant was added little by little and dried. The dried product contained sulfuric acid and did not become solid, but was gum-like.

(6)加熱分解
乾燥物をるつぼに入れ、電気炉で昇温した。昇温は、下記の温度チャートのように、10℃昇温と1時間保持ののち20℃昇温と1時間保持のステップを繰り返し、最終的に400℃(比較例1)、500℃(実施例1)、600℃(実施例2)まで昇温した3つのサンプルを作成した。なお、昇温中は、通気も兼ねて電気炉の炉を少し開け、熱電対をるつぼの内側から底に当ててセットし、サンプルの温度を測定した。試料温度及び炉内温度はデータロガーにて記録した。また、一定温度で保持するタイミングでるつぼの内側に付着したサンプルを棒でこそぎ落としてかき混ぜ、サンプル全体が均一な温度で加熱されるようにした。
<昇温チャート>
●比較例1:90℃で1時間保持→昇温→100℃で1時間保持→昇温→120℃で1時間保持→昇温→130℃で1時間保持→昇温→150℃で1時間保持→・・・→400℃で1時間保持
●実施例1:90℃で1時間保持→昇温→100℃で1時間保持→昇温→120℃で1時間保持→昇温→130℃で1時間保持→昇温→150℃で1時間保持→・・・→500℃で3時間保持
●実施例2:90℃で1時間保持→昇温→100℃で1時間保持→昇温→120℃で1時間保持→昇温→130℃で1時間保持→昇温→150℃で1時間保持→・・・→600℃で1時間保持
(6) Heat decomposition The dried product was placed in a crucible and heated in an electric furnace. As shown in the temperature chart below, the temperature rise is repeated by repeating the steps of raising the temperature by 10 ° C. and holding for 1 hour, then raising the temperature by 20 ° C. and holding for 1 hour, and finally 400 ° C. (Comparative Example 1) and 500 ° C. (implemented). Three samples were prepared in Example 1) and heated to 600 ° C. (Example 2). During the temperature rise, the furnace of the electric furnace was opened a little for ventilation, and the thermocouple was set from the inside of the crucible to the bottom, and the temperature of the sample was measured. The sample temperature and the temperature inside the furnace were recorded with a data logger. In addition, the sample adhering to the inside of the crucible was scraped off with a stick at the timing of holding at a constant temperature and stirred so that the entire sample was heated at a uniform temperature.
<Temperature temperature chart>
● Comparative Example 1: Hold at 90 ° C for 1 hour → Temperature rise → Hold at 100 ° C for 1 hour → Temperature rise → Hold at 120 ° C for 1 hour → Temperature rise → Hold at 130 ° C for 1 hour → Temperature rise → Hold at 150 ° C for 1 hour Retention → ... → Hold at 400 ° C for 1 hour ● Example 1: Hold at 90 ° C for 1 hour → Temperature rise → Hold at 100 ° C for 1 hour → Temperature rise → Hold at 120 ° C for 1 hour → Temperature rise → At 130 ° C 1 hour holding → temperature rise → 150 ° C for 1 hour → ・ ・ ・ → 500 ° C for 3 hours ● Example 2: 90 ° C for 1 hour → temperature rise → 100 ° C for 1 hour → temperature rise → 120 Hold at ° C for 1 hour → Temperature rise → Hold at 130 ° C for 1 hour → Temperature rise → Hold at 150 ° C for 1 hour → ・ ・ ・ → Hold at 600 ° C for 1 hour

(7)サンプル分析
実施例1、実施例2、比較例1のサンプルのそれぞれについて、「2400II」(パーキンエルマージャパン製)を用いて元素分析を行った。また、対照として、NHVO(対照1)、VOSOxHO(対照2)、V(対照3)の3つのサンプルも同様に元素分析した。その結果を下記表に示す。
(7) Sample Analysis Elemental analysis was performed on each of the samples of Example 1, Example 2, and Comparative Example 1 using "2400II" (manufactured by PerkinElmer Japan). In addition, as controls, three samples of NH 4 VO 3 (control 1), VOSO 4 xH 2 O (control 2), and V 2 O 5 (control 3) were also subjected to elemental analysis in the same manner. The results are shown in the table below.

Figure 2021130863
Figure 2021130863

実施例1は、硫黄(S)の含有量が多いが、その他の元素は少量であり、対照2と類似した結果となった。このことから、実施例1では、主生成物としてVOSOxHOが多く含まれることがわかった。実施例2は、いずれの元素も少量であり、対照3と類似した結果となった。このことから、実施例2では、主生成物としてVが多く含まれることがわかった。これらのことから、サンプルを500℃前後の温度で加熱すると、VOSOxHOが主生成物となり、600℃程度の温度で加熱すると、Vが主生成物となることがわかった。 Example 1 had a high content of sulfur (S), but a small amount of other elements, and the results were similar to those of Control 2. From this, it was found that in Example 1, a large amount of VOSO 4 xH 2 O was contained as the main product. In Example 2, the amount of each element was small, and the results were similar to those of Control 3. From this, it was found that in Example 2, a large amount of V 2 O 5 was contained as the main product. From these facts, it was found that when the sample was heated at a temperature of about 500 ° C., VOSO 4 xH 2 O became the main product, and when it was heated at a temperature of about 600 ° C., V 2 O 5 became the main product. ..

一方、比較例1は、窒素(N)、硫黄(S)、水素(H)が多く含まれている。このことから、比較例1では、NHVO、VOSOxHO、(NHSOなどが主生成物であると考えられる。すなわち、加熱温度が400℃と低い場合は、サンプルに含まれる硫酸アンモニウムなどが分解せずに残存していると考えられる。 On the other hand, Comparative Example 1 contains a large amount of nitrogen (N), sulfur (S), and hydrogen (H). From this, it is considered that NH 4 VO 3 , VOSO 4 xH 2 O, (NH 4 ) 2 SO 4 and the like are the main products in Comparative Example 1. That is, when the heating temperature is as low as 400 ° C., it is considered that ammonium sulfate and the like contained in the sample remain without being decomposed.

Claims (12)

4価及び/又は5価のバナジウム化合物と、硫酸アンモニウム((NHSO)及び/又は硫酸水素アンモニウム(NHHSO)と、を少なくとも含有するバナジウム含有物からバナジウムを分離するバナジウム分離方法であって、
前記バナジウム含有物を450℃以上に加熱してアンモニアガス(NH)及び硫酸ガス(SO及び/又はSO)を揮発させ、酸化硫酸バナジウム(IV)(VOSO)、五酸化バナジウム(V)及び四酸化二バナジウム(V)の少なくとも1種類を生成させる熱分解工程と、
を備えることを特徴とするバナジウム分離方法。
Vanadium separation to separate vanadium from vanadium-containing compounds containing at least tetravalent and / or pentavalent vanadium compounds and ammonium sulfate ((NH 4 ) 2 SO 4 ) and / or ammonium hydrogen sulfate (NH 4 HSO 4). It ’s a method,
The vanadium-containing material is heated to 450 ° C. or higher to volatilize ammonia gas (NH 3 ) and sulfuric acid gas (SO 3 and / or SO 2 ), and vanadium oxide sulfate (IV) (VOSO 4 ) and vanadium pentoxide (V) are volatilized. A thermal decomposition step that produces at least one of 2 O 5 ) and divanadium tetroxide (V 2 O 4).
A vanadium separation method comprising.
前記熱分解工程は、450〜550℃で加熱することで酸化硫酸バナジウム(IV)(VOSO)を主な生成物として生成させるか、あるいは、
550℃超で加熱することで五酸化バナジウム(V)及び/又は四酸化二バナジウム(V)を主な生成物として生成させることを特徴とする請求項1に記載のバナジウム分離方法。
In the pyrolysis step, vanadyl oxide sulfate (IV) (VOSO 4 ) is produced as a main product by heating at 450 to 550 ° C., or
The vanadium according to claim 1, wherein vanadium pentoxide (V 2 O 5 ) and / or divanadium tetraoxide (V 2 O 4 ) is produced as a main product by heating at a temperature higher than 550 ° C. Separation method.
前記熱分解工程の前工程において、前記バナジウム含有物に硫酸を添加してpH2〜4にするpH調整工程を更に備えることを特徴とする請求項1に記載のバナジウム分離方法。 The vanadium separation method according to claim 1, further comprising a pH adjusting step of adding sulfuric acid to the vanadium-containing material to adjust the pH to 2 to 4 in the pre-step of the thermal decomposition step. 前記pH調整工程の前工程において、pH5〜7にして硫酸アンモニウム及び/又は硫酸水素アンモニウムの結晶を析出させる中和晶析工程を更に備えることを特徴とする請求項3に記載のバナジウム分離方法。 The vanadium separation method according to claim 3, further comprising a neutralization crystallization step of precipitating ammonium sulfate and / or ammonium hydrogensulfate crystals at pH 5 to 7 in the pre-step of the pH adjusting step. 前記熱分解工程の前の段階において、
前記バナジウム含有物にアンモニア性アルカリ水溶液を加えてpHを10〜12に調整することで、前記2価又は3価金属の酸化物の一部を前記2価又は3価金属の酸化物の水酸化物のスラッジと、2価のニッケル及び/又はコバルトイオンのアンミン錯体と、前記4価のバナジウムイオンのアニオン錯体とを生成するアルカリ添加工程と、
カルボキシル基を有する担体によって前記2価のニッケル及び/又はコバルトのアンミン錯体を選択的に吸着させるイオン吸着分離工程と、
前記スラッジを分離するスラッジ分離工程と、を備えることを特徴とする請求項1に記載のバナジウム分離方法。
In the stage before the thermal decomposition step
By adjusting the pH to 10 to 12 by adding an aqueous ammoniacal alkali to the vanadium-containing material, a part of the oxide of the divalent or trivalent metal is hydroxylated by the oxide of the divalent or trivalent metal. An alkali addition step of producing sludge of a substance, an ammine complex of divalent nickel and / or cobalt ion, and an anion complex of the tetravalent vanadium ion.
An ion adsorption separation step of selectively adsorbing the divalent nickel and / or cobalt ammine complex with a carrier having a carboxyl group.
The vanadium separation method according to claim 1, further comprising a sludge separation step for separating the sludge.
請求項1〜5のいずれか1項に記載のバナジウム分離方法で回収した前記バナジウムを原料としてレドックス・フロー電池用電解液を製造する電解液製造工程を有することを特徴とするレドックス・フロー電池用電解液の製造方法。 For a redox flow battery, which comprises an electrolytic solution manufacturing process for producing an electrolytic solution for a redox flow battery using the vanadium recovered by the vanadium separation method according to any one of claims 1 to 5 as a raw material. Method for producing electrolyte. 4価及び/又は5価のバナジウム化合物と、硫酸アンモニウム((NHSO)及び/又は硫酸水素アンモニウム(NHHSO)と、を少なくとも含有するバナジウム含有物からバナジウムを分離するバナジウム分離装置であって、
前記バナジウム含有物を450℃以上に加熱してアンモニアガス(NH)及び硫酸ガス(SO及び/又はSO)を揮発させ、酸化硫酸バナジウム(IV)(VOSO)、五酸化バナジウム(V)及び四酸化二バナジウム(V)の少なくとも1種類を生成させる熱分解手段と、
を備えることを特徴とするバナジウム分離装置。
Vanadium separation to separate vanadium from vanadium-containing compounds containing at least tetravalent and / or pentavalent vanadium compounds and ammonium sulfate ((NH 4 ) 2 SO 4 ) and / or ammonium hydrogen sulfate (NH 4 HSO 4). It ’s a device,
The vanadium-containing material is heated to 450 ° C. or higher to volatilize ammonia gas (NH 3 ) and sulfuric acid gas (SO 3 and / or SO 2 ), and vanadium oxide sulfate (IV) (VOSO 4 ) and vanadium pentoxide (V) are volatilized. A thermal decomposition means for producing at least one of 2 O 5 ) and divanadium tetroxide (V 2 O 4), and
A vanadium separator comprising.
前記熱分解手段は、450〜550℃で加熱することで酸化硫酸バナジウム(IV)(VOSO)を主な生成物として生成させるか、あるいは、
550℃超で加熱することで五酸化バナジウム(V)及び/又は四酸化二バナジウム(V)を主な生成物として生成させることを特徴とする請求項7に記載のバナジウム分離装置。
The pyrolysis means either produces vanadyl sulfate (IV) (VOSO 4 ) as the main product by heating at 450 to 550 ° C.
The vanadium according to claim 7, wherein vanadium pentoxide (V 2 O 5 ) and / or divanadium tetraoxide (V 2 O 4 ) is produced as a main product by heating at a temperature higher than 550 ° C. Separator.
前記熱分解手段の前段階において、前記バナジウム含有物に硫酸を添加してpH2〜4にするpH調整手段を更に備えることを特徴とする請求項7に記載のバナジウム分離装置。 The vanadium separation apparatus according to claim 7, further comprising a pH adjusting means for adding sulfuric acid to the vanadium-containing material to adjust the pH to 2 to 4 in the stage prior to the thermal decomposition means. 前記pH調整手段の前段階において、pH5〜7にして硫酸アンモニウム及び/又は硫酸水素アンモニウムの結晶を析出させる中和晶析手段を更に備えることを特徴とする請求項7に記載のバナジウム分離装置。 The vanadium separation apparatus according to claim 7, further comprising a neutralization crystallization means for precipitating ammonium sulfate and / or ammonium hydrogensulfate crystals at a pH of 5 to 7 in the preceding step of the pH adjusting means. 前記熱分解手段の前の段階において、
前記バナジウム含有物にアンモニア性アルカリ水溶液を加えてpHを10〜12に調整することで、前記2価又は3価金属の酸化物の一部を前記2価又は3価金属の酸化物の水酸化物のスラッジと、2価のニッケル及び/又はコバルトイオンのアンミン錯体と、前記4価のバナジウムイオンのアニオン錯体とを生成するアルカリ添加手段と、
カルボキシル基を有する担体によって前記2価のニッケル及び/又はコバルトのアンミン錯体を選択的に吸着させるイオン吸着分離手段と、
前記スラッジを分離するスラッジ分離手段と、を備えることを特徴とする請求項7に記載のバナジウム分離装置。
In the stage before the thermal decomposition means
By adjusting the pH to 10 to 12 by adding an aqueous ammoniacal alkali to the vanadium-containing material, a part of the oxide of the divalent or trivalent metal is hydroxylated by the oxide of the divalent or trivalent metal. An alkali-adding means for producing sludge of a substance, an ammine complex of divalent nickel and / or cobalt ion, and an anion complex of the tetravalent vanadium ion.
An ion adsorption separation means for selectively adsorbing the divalent nickel and / or cobalt ammine complex with a carrier having a carboxyl group.
The vanadium separating device according to claim 7, further comprising a sludge separating means for separating the sludge.
請求項7〜11のいずれか1項に記載のバナジウム分離装置で回収した前記バナジウムを原料としてレドックス・フロー電池用電解液を製造する電解液製造手段を有することを特徴とするレドックス・フロー電池用電解液の製造装置。 For a redox flow battery, which comprises an electrolytic solution manufacturing means for producing an electrolytic solution for a redox flow battery using the vanadium recovered by the vanadium separator according to any one of claims 7 to 11 as a raw material. Electrolyte manufacturing equipment.
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