JP6909826B2 - A method for producing a vanadium compound, a method for producing an electrolytic solution for a redox flow battery, an apparatus for producing a vanadium compound, and an apparatus for producing an electrolytic solution for a redox flow battery. - Google Patents
A method for producing a vanadium compound, a method for producing an electrolytic solution for a redox flow battery, an apparatus for producing a vanadium compound, and an apparatus for producing an electrolytic solution for a redox flow battery. Download PDFInfo
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Description
本発明は、燃焼灰などからバナジウム化合物を分離するためのバナジウム化合物の製造方法、及びレドックス・フロー電池用電解液の製造方法、並びにバナジウム化合物の製造装置、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 method for producing a vanadium compound for separating a vanadium compound from combustion ash and the like, a method for producing an electrolytic solution for a redox flow battery, an apparatus for producing a vanadium compound, and a method for producing an electrolytic solution for a redox flow battery. Regarding the device.
バナジウムは、大型蓄電池であるレドックス・フロー電池の主要構成物である電解液の原料として使用されている。バナジウムを含むレドックス・フロー電池(バナジウム・レドックス・フロー電池)では、電解液の構成物として、ニッケル(Ni)、鉄(Fe)、マグネシウム(Mg)などの夾雑金属化合物を含まない安価な高純度バナジウムが求められている。しかしながら、一般的に流通しているバナジウム製品は、鋼材添加用のフェロバナジウムで、鉄と共存し純度が低いこと、鋼材向けが主流で大量供給ができないという欠点があった。 Vanadium is used as a raw material for an electrolytic solution, which is a main component of a redox flow battery, which is a large storage battery. In redox flow batteries containing vanadium (vanadium redox flow batteries), inexpensive high-purity components that do not contain contaminant metal compounds such as nickel (Ni), iron (Fe), and magnesium (Mg) as constituents of the electrolytic solution. Vanadium is sought after. However, the vanadium products that are generally distributed are ferrovanadium for adding steel materials, and have the disadvantages that they coexist with iron and have low purity, and that they are mainly for steel materials and cannot be supplied in large quantities.
これに代わるバナジウム源として、バナジウムを含む燃焼灰が挙げられる。燃焼灰は、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ものであり、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る。しかしながら、燃焼灰は、バナジウム含量(濃度)が少ないため、酸アルカリで抽出、精製する湿式法では薬剤使用量が多くなり、製造コストが高いという欠点があった。 An alternative vanadium source is combustion ash containing vanadium. Combustion ash is 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, oil sands, etc., and is vanadium (V), nickel. A plurality of metals such as (Ni), iron (Fe), and magnesium (Mg) are included. However, since the combustion ash has a low vanadium content (concentration), the wet method of extracting and purifying with an acid alkali has a drawback that the amount of chemicals used is large and the production cost is high.
燃焼灰からバナジウムを回収する技術として、例えば特許文献1の方法が知られている。この方法では、焼却灰をアルカリ性溶液に浸漬し、焼却灰からバナジウムをアルカリ性溶液中に浸出させて浸出液スラリーを得るアルカリ浸出工程と、アルカリ浸出工程で得られた浸出液スラリーを固液分離し、不溶物を除去して浸出液を得る固液分離工程と、固液分離後の浸出液に酸を添加し、酸性にするpH調整工程と、pH調整後の浸出液に析出物が析出するまで熟成する熟成工程と、熟成工程後の浸出液から析出物を分離する分離工程と、を有する。この方法によれば、鉄元素の含有量の少ないバナジウム化合物を得ることができるとされている。 As a technique for recovering vanadium from combustion ash, for example, the method of Patent Document 1 is known. In this method, the incineration ash is immersed in an alkaline solution, and vanadium is leached from the incineration ash into the alkaline solution to obtain a leachate slurry, and the leachate slurry obtained in the alkali leaching step is solid-liquid separated and insoluble. A solid-liquid separation step of removing substances to obtain a leachate, a pH adjustment step of adding an acid to the leachate after solid-liquid separation to make it acidic, and a aging step of aging until precipitates are deposited in the leachate after pH adjustment. And a separation step of separating the precipitate from the leachate after the aging step. According to this method, it is said that a vanadium compound having a low content of iron element can be obtained.
また、特許文献2には、集塵機灰を水で洗浄しながら、アルカリ溶液の添加によってpH調整を行い、洗浄残渣を分離する第1工程と、洗浄残渣にアルカリ溶液を添加して加熱し、第1濾液を分離する第2工程と、第1濾液中からバナジン酸アルカリの結晶を析出させ、第2濾過残渣として分離する第3工程と、第2濾過残渣を酸で中和するとともに第1工程で得られる洗浄廃水を混合して五酸化バナジウムを生成させ、第3濾過残渣として分離する第4工程と、を有する電解液の製造方法が記載されている。
Further, in
本文献の第1工程では、懸濁液のpHが好ましくは6〜8となるように調整することで、懸濁液に鉄、ニッケルなどの金属夾雑物の溶解を防止できるとされている。また、第2工程では、加熱温度は好ましくは50〜100℃とされており、第1濾過液にはバナジウムが溶液の形態で含まれ、第1濾過残渣と固液分離されることが記載されている。さらに、第3工程では、バナジン酸アルカリの析出方法は特に限定されておらず、溶解度の差によって選択的に分離する方法などを用いることができ、バナジン酸アルカリの結晶としてバナジン酸ナトリウム(NaVO3)が析出することが記載されている。また、第3工程で得られる第2濾過液は、第2工程におけるアルカリ溶液として再利用され、第2濾過液は、アルカリ濃度が減少しているために、濃度回復用のアルカリ溶液を補充して所定濃度のアルカリ溶液にした後、第2工程におけるアルカリ溶液として再利用され、洗浄残渣に添加されることが記載されている。 In the first step of this document, it is said that by adjusting the pH of the suspension to preferably 6 to 8, it is possible to prevent the dissolution of metal impurities such as iron and nickel in the suspension. Further, in the second step, the heating temperature is preferably 50 to 100 ° C., and it is described that vanadium is contained in the first filtered solution in the form of a solution and solid-liquid separated from the first filtered residue. ing. Further, in the third step, the method for precipitating the alkali vanadate is not particularly limited, and a method for selectively separating according to the difference in solubility can be used, and sodium vanadate (NaVO 3) can be used as crystals of the alkali vanadate. ) Is precipitated. Further, the second filtered solution obtained in the third step is reused as an alkaline solution in the second step, and the second filtered solution is replenished with an alkaline solution for concentration recovery because the alkaline concentration is reduced. It is described that after making an alkaline solution having a predetermined concentration, it is reused as an alkaline solution in the second step and added to the cleaning residue.
特許文献1の方法などのように、バナジウムを液中に浸出させる方法では、浸出液の回収率を上げるために、固形分に対して一定の比率以上でアルカリ溶液を投入する必要がある。したがって、バナジウム含有量の少ない燃焼灰から、バナジウムを回収するには、バナジウムの含量の多い原料に比べ、相対的に多くのアルカリ溶液が必要となり、実用的な安価な処理コストを達成することが困難であった。 In a method of leaching vanadium into a liquid such as the method of Patent Document 1, it is necessary to add an alkaline solution at a certain ratio or more with respect to the solid content in order to increase the recovery rate of the leached liquid. Therefore, in order to recover vanadium from combustion ash having a low vanadium content, a relatively large amount of alkaline solution is required as compared with a raw material having a high vanadium content, and it is possible to achieve a practical and inexpensive processing cost. It was difficult.
また、本文献の方法では、アルカリ浸出後の浸出液に酸(H2SO4など)を添加して酸性にする必要があるため、酸性化薬剤のコストや添加の手間がかかる。さらに、上述したように焼却灰中のバナジウム含有量が低いことから、相対的に多くのアルカリが投入されており、このため投入する酸が多量に必要となり、酸性化薬剤コストの一層の増大に繋がっている。 Further, in the method of this document, it is necessary to add an acid (H 2 SO 4 or the like) to the leachate after the alkali leaching to make it acidic, so that the cost of the acidifying agent and the time and effort of addition are required. Furthermore, as described above, since the vanadium content in the incinerator ash is low, a relatively large amount of alkali is added, which requires a large amount of acid to be added, which further increases the cost of acidifying agents. It is connected.
さらにまた、熟成工程後に析出物を分離した浸出液には析出しきれなかったバナジウムが含まれるため、これをリサイクルして再度アルカリ浸出することが好ましい。しかしながら、本文献の方法では、浸出液は酸性となっているため、アルカリ性溶液を再度添加してアルカリ浸出する必要があり、この点からも多大なコストや手間がかかるという問題がある。 Furthermore, since the leachate from which the precipitate is separated after the aging step contains vanadium that could not be completely precipitated, it is preferable to recycle it and perform alkaline leaching again. However, in the method of the present document, since the leachate is acidic, it is necessary to add an alkaline solution again to leach the alkaline solution, which also causes a problem that a great deal of cost and labor are required.
特許文献2では、洗浄残渣にアルカリ溶液を添加して第1濾液を得ている。集塵機灰には硫酸根が多く含まれているため、洗浄残渣には硫酸イオンが含まれており、これにアルカリ溶液を添加すると、硫酸ナトリウム(芒硝)などの硫酸アルカリが生じる。バナジウムを精製する過程で硫酸アルカリは分離しにくいため、最終的に得られるバナジウム精製物に硫酸アルカリが夾雑物として残存しやすい。本文献では、この硫酸アルカリを分離する処理を行っていないため、バナジウム精製物に硫酸アルカリが夾雑物として残存していると考えられる。
In
また、本文献では、第3工程では溶解度の差によって選択的に分離する方法などを用いることができると記載されているが、具体的な方法は何ら記載されていない。第3工程で得られる第2濾液は、第1濾液と比較してアルカリ濃度が減少していることから、第3工程の晶析では溶液の濃縮は行われていないことがわかる。このため、多量の溶液を処理する必要があり、装置が大きくなりコストがかかる。また、第2濾液の第2工程へのリサイクルの際に高濃度アルカリを大量に添加する必要があるため、この点からもコストがかかる。 Further, in this document, it is described that a method of selectively separating by the difference in solubility can be used in the third step, but no specific method is described. Since the alkali concentration of the second filtrate obtained in the third step is lower than that of the first filtrate, it can be seen that the solution is not concentrated in the crystallization of the third step. Therefore, it is necessary to process a large amount of solution, which makes the device large and costly. Further, since it is necessary to add a large amount of high-concentration alkali when recycling the second filtrate to the second step, it is costly from this point as well.
さらに、本文献では、第4工程において、バナジン酸ナトリウム塩(NaVO3)が生成している。このため、第2工程のアルカリ添加後のpHは、公知のバナジウムの状態図から判断すると、pH7〜9程度と推測される。また、図4は各種金属の温度とpHによる浸出率の変化を示しており、(a)はバナジウム、(b)はニッケル、(c)は鉄、(d)はマグネシウムを示している。この図から、特にニッケル、マグネシウムは、pHが11.5以下の領域では浸出率が増加することがわかる。このため、本文献においても、pH7〜9と低い範囲でアルカリ浸出しているため、ニッケル、マグネシウムなどの金属夾雑物が多く浸出し、バナジウム精製物にもこれらの金属夾雑物が含まれる結果となる。 Further, in this document, a sodium vanadate salt (NaVO 3 ) is produced in the fourth step. Therefore, the pH after the addition of alkali in the second step is estimated to be about pH 7 to 9, judging from the known phase diagram of vanadium. Further, FIG. 4 shows changes in the leachate rate depending on the temperature and pH of various metals, where (a) is vanadium, (b) is nickel, (c) is iron, and (d) is magnesium. From this figure, it can be seen that the leaching rate of nickel and magnesium increases in the region where the pH is 11.5 or less. For this reason, also in this document, since alkali leaching occurs in a low pH range of 7 to 9, a large amount of metal impurities such as nickel and magnesium are leached, and the vanadium refined product also contains these metal impurities. Become.
本発明の目的は、得られるバナジウム化合物の純度が高く、かつ低コストで実施可能なバナジウム化合物の製造方法、及びレドックス・フロー電池用電解液の製造方法、並びにバナジウム化合物の製造装置、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 a method for producing a vanadium compound which can be carried out at low cost with high purity of the obtained vanadium compound, a method for producing an electrolytic solution for a redox flow battery, an apparatus for producing a vanadium compound, and a redox. The purpose of the present invention is to provide an apparatus for producing an electrolytic solution for a flow battery.
本発明者らは、オルトバナジン(V)酸ナトリウムなどのバナジウム化合物と硫酸ナトリウムなどの硫酸アルカリの溶解度が温度とアルカリ濃度の条件によって異なること、さらには硫酸アルカリが溶解しオルトバナジン(V)酸アルカリが析出する最適な温度・アルカリ濃度の条件を見出し、本発明を完成させた。 The present inventors have different solubility of vanadium compounds such as sodium orthovanazine (V) and alkali sulfate such as sodium sulfate depending on the conditions of temperature and alkali concentration, and further, the alkali sulfate is dissolved and orthovanazine (V) acid. The present invention has been completed by finding the conditions of the optimum temperature and alkali concentration at which alkali is precipitated.
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からなる硫安分と、硫酸と、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少なくとも1種類のその他金属と、を少なくとも含有する原料灰からバナジウムを分離するバナジウム化合物の製造方法であって、pH13以上となるように前記原料灰にアルカリ及び水、又はアルカリ溶液を添加し、バナジウムを液相に浸出させてアルカリ浸出液を得るアルカリ抽出工程と、前記アルカリ浸出液を固液分離し、不溶物を固形分として除去するとともにバナジウムを含む前記アルカリ浸出液を浸出ろ液として得る固液分離工程と、前記浸出ろ液を蒸発濃縮して濃縮液を得る蒸発濃縮工程と、前記濃縮液を所定の冷却温度に冷却して晶析し、バナジウム化合物を含む析出物を固形分として回収する晶析・固液分離工程と、を含み、前記濃縮液は、前記冷却温度においてバナジウム化合物が飽和濃度以上、硫酸アルカリが飽和濃度以下となることを特徴とするバナジウム化合物の製造方法である。 The present invention separates vanadium from raw material ash containing at least ammonium sulfate and / or ammonium hydrogensulfate, sulfuric acid, vanadium, and at least one other metal selected from nickel, iron and magnesium. A method for producing a vanadium compound, which comprises adding an alkali and water or an alkaline solution to the raw material ash so that the pH becomes 13 or higher, and leaching vanadium into the liquid phase to obtain an alkaline leachate, and the alkali. A solid-liquid separation step in which the leachate is solid-liquid separated to remove insoluble substances as solids and the alkaline leachate containing vanadium is obtained as a leachate, and an evaporative concentration step in which the leachate is evaporated and concentrated to obtain a concentrated solution. The concentrated solution comprises a crystallization / solid-liquid separation step of cooling the concentrated solution to a predetermined cooling temperature for crystallization and recovering the precipitate containing the vanadium compound as a solid content. The method for producing a vanadium compound is characterized in that the vanadium compound has a saturation concentration or more and the alkali sulfate has a saturation concentration or less.
本発明では、アルカリ抽出工程でpH13以上とし、固液分離工程でバナジウムを含む浸出ろ液を回収する。続いて、蒸発濃縮工程で浸出ろ液を蒸発濃縮してアルカリが所定の濃度となるようにし、晶析・固液分離工程でバナジウムを含む析出物を回収する。濃縮液は、冷却温度においてバナジウム化合物が飽和濃度以上、硫酸アルカリが飽和濃度以下となるようにしている。このため、硫酸アルカリを選択的に除去し、バナジウム化合物を効率的に回収することができる。このように、本発明では従来のように酸を添加する必要がなく、バナジウム化合物と硫酸アルカリの温度及びアルカリ濃度の条件下における溶解度の差によってバナジウム化合物を選択的に析出させて回収している。このため、従来と比較して、バナジウムを安価で簡便かつ選択的に分離することができる。
また、アルカリ抽出工程ではpH13と高いpH領域で浸出を行っているため、ニッケル等の夾雑物が浸出しにくく、最終的に得られるバナジウム化合物の純度を高くすることができる。
さらに、晶析・固液分離工程でバナジウム化合物を含む固形分を分離した晶析ろ液には、析出しなかったバナジウム化合物のほかアルカリが含まれているため、必要に応じて再度アルカリ抽出工程にリサイクル利用することができる。また、本発明では浸出ろ液の蒸発濃縮を行っているため、得られる濃縮液のアルカリ濃度が高く、アルカリ抽出工程へのリサイクルの際にアルカリ濃度回復のためのアルカリの追加が不要であるか少量で済むため、低コストでリサイクルすることができる。
In the present invention, the pH is set to 13 or higher in the alkali extraction step, and the leachate containing vanadium is recovered in the solid-liquid separation step. Subsequently, the leachate is evaporated and concentrated in the evaporation concentration step so that the alkali has a predetermined concentration, and the precipitate containing vanadium is recovered in the crystallization / solid-liquid separation step. The concentrate is adjusted so that the vanadium compound has a saturated concentration or more and the alkali sulfate has a saturated concentration or less at the cooling temperature. Therefore, the alkali sulfate can be selectively removed, and the vanadium compound can be efficiently recovered. As described above, in the present invention, it is not necessary to add an acid as in the conventional case, and the vanadium compound is selectively precipitated and recovered depending on the difference in solubility under the conditions of the temperature and the alkali concentration of the vanadium compound and the alkali sulfate. .. Therefore, as compared with the conventional case, vanadium can be separated inexpensively, easily and selectively.
Further, since leaching is performed in a pH region as high as
Furthermore, since the crystallization filtrate from which the solid content containing the vanadium compound was separated in the crystallization / solid-liquid separation step contains alkali in addition to the vanadium compound that did not precipitate, the alkali extraction step is performed again if necessary. Can be recycled. Further, in the present invention, since the leachate filtrate is evaporated and concentrated, the alkali concentration of the obtained concentrate is high, and it is not necessary to add alkali for recovering the alkali concentration at the time of recycling to the alkali extraction step. Since it requires only a small amount, it can be recycled at low cost.
すなわち、本発明では、硫酸アルカリや金属夾雑物を選択的に除去できるため得られるバナジウム化合物の純度が高く、かつ大きな装置を必要とせず使用するアルカリ量も少ないため低コストで実施可能なバナジウム化合物の製造方法を提供することができる。 That is, in the present invention, the vanadium compound can be carried out at low cost because the purity of the vanadium compound obtained is high because alkali sulfate and metal impurities can be selectively removed, and the amount of alkali used is small without the need for a large device. Manufacturing method can be provided.
ここで、前記アルカリが水酸化ナトリウムである場合、前記蒸発濃縮工程は、前記濃縮液中の水酸化ナトリウムの濃度が10〜25%になるように濃縮することが好ましい。
さらに、前記蒸発濃縮工程は、前記浸出ろ液を70〜130℃で蒸発濃縮し、前記晶析・固液分離工程は、前記濃縮液を0〜20℃に冷却することが好ましい。
Here, when the alkali is sodium hydroxide, it is preferable that the evaporation concentration step concentrates so that the concentration of sodium hydroxide in the concentrate is 10 to 25%.
Further, it is preferable that the evaporative concentration step evaporates and concentrates the leachate at 70 to 130 ° C., and the crystallization / solid-liquid separation step cools the concentrated solution to 0 to 20 ° C.
この場合において、前記アルカリ抽出工程の前段階において、前記原料灰を洗浄する原料灰洗浄工程を更に備えることが好ましい。 In this case, it is preferable to further include a raw material ash cleaning step for cleaning the raw material ash before the alkali extraction step.
このように、アルカリ抽出工程の前段階で原料灰を洗浄することで、硫安分と硫酸を相当程度少なくし、蒸発濃縮・冷却晶析をしても液中の硫酸ナトリウム(芒硝)などの硫酸アルカリの濃度を飽和濃度未満に維持することができる。このため、晶析・固液分離工程で得られる固形分には硫安分や硫酸アルカリがほとんど含まれておらず、高品質のバナジウム化合物を得ることができる。 In this way, by washing the raw material ash before the alkali extraction step, the ammonium sulfate content and sulfuric acid are considerably reduced, and even if evaporation concentration and cooling crystallization are performed, sulfate such as sodium sulfate (Glauber's salt) in the liquid is used. The concentration of alkali can be maintained below the saturation concentration. Therefore, the solid content obtained in the crystallization / solid-liquid separation step contains almost no ammonium sulfate or alkali sulfate, and a high-quality vanadium compound can be obtained.
さらに、前記晶析・固液分離工程の後段階において、前記晶析・固液分離工程で前記固形分から分離された晶析ろ液を前記アルカリ抽出工程で再利用するリサイクル工程を更に含むことが好ましい。 Further, in a subsequent stage of the crystallization / solid-liquid separation step, a recycling step of reusing the crystallization filtrate separated from the solid content in the crystallization / solid-liquid separation step in the alkali extraction step may be further included. preferable.
このように、晶析・固液分離工程で固形分を分離したろ液に含まれるアルカリをアルカリ抽出工程で再利用することで、バナジウムの製造を安価かつ高い回収率で行うことができる。 As described above, by reusing the alkali contained in the filtrate from which the solid content has been separated in the crystallization / solid-liquid separation step in the alkali extraction step, vanadium can be produced at low cost and with a high recovery rate.
この場合、前記アルカリ抽出工程において、前記晶析ろ液により持ち込まれる硫酸根と、前記原料灰から持ち込まれる硫酸根との合計が、前記晶析・固液分離工程における冷却後の硫酸アルカリの飽和濃度中の硫酸相当量以下になるように、リサイクルする前記晶析ろ液の量を調整する晶析ろ液量調整工程を更に含むことが好ましい。 In this case, the sum of the sulfate roots brought in by the crystallization filtrate and the sulfate roots brought in from the raw material ash in the alkali extraction step is the saturation of alkali sulfate after cooling in the crystallization / solid-liquid separation step. It is preferable to further include a crystallization filtrate amount adjusting step for adjusting the amount of the crystallization filtrate to be recycled so as to be equal to or less than the sulfuric acid equivalent in the concentration.
このようにすることで、硫酸アルカリの結晶を含まない高純度なバナジウム化合物を回収することができる。 By doing so, a high-purity vanadium compound containing no crystals of alkali sulfate can be recovered.
さらにまた、前記アルカリ抽出工程の前段階において、前記原料灰を酸化する酸化工程を更に備えることが好ましい。 Furthermore, it is preferable to further include an oxidation step of oxidizing the raw material ash in the stage prior to the alkali extraction step.
このように、アルカリ抽出工程の前段階において原料灰を酸化することで、価数の大きなバナジウム化合物を生成させている。これにより、バナジウムの抽出回収率を向上させることができる。 In this way, the vanadium compound having a large valence is produced by oxidizing the raw material ash in the pre-stage of the alkali extraction step. Thereby, the extraction recovery rate of vanadium can be improved.
また、前記アルカリ抽出工程の後段階において、前記固形分を洗浄してバナジウムを含む洗浄液を回収し、前記洗浄液を前記浸出ろ液とともに前記蒸発濃縮工程に移行させる固形分洗浄工程を更に備えることが好ましい。 Further, in a subsequent stage of the alkali extraction step, a solid content cleaning step may be further provided in which the solid content is washed to recover the cleaning liquid containing vanadium, and the cleaning liquid is transferred to the evaporation concentration step together with the leaching filtrate. preferable.
このように、固形分を洗浄してバナジウムを含む洗浄液を回収することで、固形分に含まれるバナジウムを回収することができるため、バナジウムの回収率を高めることができる。 By washing the solid content and recovering the cleaning liquid containing vanadium in this way, vanadium contained in the solid content can be recovered, so that the recovery rate of vanadium can be increased.
本発明は、上記のいずれかに記載のバナジウム化合物の製造方法で製造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。 The present invention is 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 produced by the method for producing a vanadium compound 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、バナジウムを安価で簡便かつ選択的に分離することで、レドックス・フロー電池用電解液を安価で簡便に製造することができる。 By separating vanadium inexpensively, easily and selectively in this way, an electrolytic solution for a redox flow battery can be produced inexpensively and easily.
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からなる硫安分と、硫酸と、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少なくとも1種類のその他金属と、を少なくとも含有する原料灰からバナジウムを分離するバナジウム化合物の製造装置であって、pH13以上となるように前記原料灰にアルカリ及び水、又はアルカリ溶液を添加し、バナジウムを液相に浸出させてアルカリ浸出液を得るアルカリ抽出手段と、前記アルカリ浸出液を固液分離し、不溶物を固形分として除去するとともにバナジウムを含む前記アルカリ浸出液を浸出ろ液として得る固液分離手段と、前記浸出ろ液を蒸発濃縮して濃縮液を得る蒸発濃縮手段と、前記濃縮液を所定の冷却温度に冷却して晶析し、バナジウムを含む析出物を固形分として回収する晶析・固液分離工程と、を含み、前記濃縮液は、前記冷却温度においてバナジウム化合物が飽和濃度以上、硫酸アルカリが飽和濃度以下となることを特徴とするバナジウム化合物の製造装置である。 The present invention separates vanadium from raw material ash containing at least ammonium sulfate and / or ammonium hydrogensulfate, sulfuric acid, vanadium, and at least one other metal selected from nickel, iron and magnesium. An alkali extraction means for obtaining an alkaline leachate by adding alkali and water or an alkaline solution to the raw material ash so as to have a pH of 13 or higher and leaching vanadium into the liquid phase, and the alkali. A solid-liquid separation means for solid-liquid separating the leachate to remove insoluble matter as a solid content and obtaining the alkaline leachate containing vanadium as a leachate, and an evaporative concentration means for evaporating and concentrating the leachate to obtain a concentrated solution. And the crystallization / solid-liquid separation step of cooling the concentrated solution to a predetermined cooling temperature for crystallization and recovering the precipitate containing vanadium as a solid content, the concentrated solution is prepared at the cooling temperature. It is an apparatus for producing a vanadium compound, characterized in that the vanadium compound has a saturation concentration or more and the alkali sulfate has a saturation concentration or less.
本発明では、アルカリ抽出手段でpH13以上とし、固液分離手段でバナジウムを含む浸出ろ液を回収する。続いて、蒸発濃縮手段で浸出ろ液を蒸発濃縮してアルカリが所定の濃度となるようにし、晶析・固液分離手段でバナジウムを含む析出物を回収する。このように、本発明では従来のように酸を添加する必要がなく、バナジウム化合物と硫酸アルカリの温度及びアルカリ濃度の条件下における溶解度の差によってバナジウム化合物を選択的に析出させて回収している。このため、従来と比較して、バナジウムを安価で簡便かつ選択的に分離することができる。また、晶析・固液分離手段でバナジウム化合物を含む固形分を分離した晶析ろ液には、析出しなかったバナジウム化合物のほかアルカリが含まれているため、必要に応じて再度アルカリ抽出手段にリサイクル利用することができる。 In the present invention, the pH is set to 13 or higher by the alkaline extraction means , and the leachate containing vanadium is recovered by the solid-liquid separation means. Subsequently, the leachate is evaporated and concentrated by the evaporative concentration means so that the alkali has a predetermined concentration, and the precipitate containing vanadium is recovered by the crystallization / solid-liquid separation means. As described above, in the present invention, it is not necessary to add an acid as in the conventional case, and the vanadium compound is selectively precipitated and recovered depending on the difference in solubility under the conditions of the temperature and the alkali concentration of the vanadium compound and the alkali sulfate. .. Therefore, as compared with the conventional case, vanadium can be separated inexpensively, easily and selectively. Further, since the crystallization filtrate obtained by separating the solid content containing the vanadium compound by the crystallization / solid-liquid separation means contains alkali in addition to the vanadium compound that did not precipitate, the alkali extraction means is re-extracted as necessary. Can be recycled.
ここで、前記アルカリが水酸化ナトリウムである場合、前記蒸発濃縮手段は、前記濃縮液中の水酸化ナトリウムの濃度が10〜25%になるように濃縮することが好ましい。
さらに、前記蒸発濃縮手段は、前記浸出ろ液を70〜130℃で蒸発濃縮し、前記晶析・固液分離手段は、前記濃縮液を0〜20℃に冷却することが好ましい。
Here, when the alkali is sodium hydroxide, the evaporation concentration means preferably concentrates so that the concentration of sodium hydroxide in the concentrate is 10 to 25%.
Further, it is preferable that the evaporative concentration means evaporates and concentrates the leachate at 70 to 130 ° C., and the crystallization / solid-liquid separation means cools the concentrated liquid to 0 to 20 ° C.
この場合において、前記アルカリ抽出手段の前段階において、前記原料灰を洗浄する原料灰洗浄手段を更に備えることが好ましい。 In this case, it is preferable to further provide a raw material ash cleaning means for cleaning the raw material ash in the stage prior to the alkaline extraction means.
このように、アルカリ抽出手段の前段階で原料灰を洗浄することで、硫安分と硫酸を相当程度少なくし、蒸発濃縮・冷却晶析をしても液中の硫酸ナトリウム(芒硝)などの硫酸アルカリの濃度を飽和濃度未満に維持することができる。このため、晶析・固液分離手段で得られる固形分には硫安分や硫酸アルカリがほとんど含まれておらず、高品質のバナジウム化合物を得ることができる。 In this way, by washing the raw material ash before the alkaline extraction means, the ammonium sulfate content and sulfuric acid are considerably reduced, and even if evaporation concentration and cooling crystallization are performed, sulfuric acid such as sodium sulfate (Glauber's salt) in the liquid is used. The concentration of alkali can be maintained below the saturation concentration. Therefore, the solid content obtained by the crystallization / solid-liquid separation means contains almost no ammonium sulfate or alkali sulfate, and a high-quality vanadium compound can be obtained.
さらに、前記晶析・固液分離手段の後段階において、前記晶析・固液分離手段で前記固形分から分離された晶析ろ液を前記アルカリ抽出手段で再利用するリサイクル手段を更に含むことが好ましい。 Further, in a later stage of the crystallization / solid-liquid separation means, a recycling means for reusing the crystallization filtrate separated from the solid content by the crystallization / solid-liquid separation means by the alkali extraction means may be further included. preferable.
このように、晶析・固液分離手段で固形分を分離したろ液に含まれるアルカリをアルカリ抽出手段で再利用することで、バナジウムの分離を安価かつ高い回収率で行うことができる。 In this way, by reusing the alkali contained in the filtrate from which the solid content has been separated by the crystallization / solid-liquid separation means by the alkali extraction means, vanadium can be separated at low cost and with a high recovery rate.
この場合、前記アルカリ抽出手段において、前記晶析ろ液により持ち込まれる硫酸根と、前記原料灰から持ち込まれる硫酸根との合計が、前記晶析・固液分離手段における冷却後の飽和濃度相当量以下になるように、リサイクルする前記晶析ろ液の量を調整する晶析ろ液量調整手段を更に含むことが好ましい。 In this case, in the alkali extraction means, the total of the sulfate roots brought in by the crystallization filtrate and the sulfate roots brought in from the raw material ash is the amount equivalent to the saturation concentration after cooling in the crystallization / solid-liquid separation means. It is preferable to further include a crystallization filtrate amount adjusting means for adjusting the amount of the crystallization filtrate to be recycled as follows.
このようにすることで、硫酸アルカリの結晶を含まない高純度なバナジウム化合物を回収することができる。 By doing so, a high-purity vanadium compound containing no crystals of alkali sulfate can be recovered.
さらにまた、前記アルカリ抽出手段の前段階において、前記原料灰を酸化する酸化手段を更に備えることが好ましい。 Furthermore, it is preferable to further provide an oxidizing means for oxidizing the raw material ash in the stage prior to the alkaline extraction means.
このように、アルカリ抽出手段の前段階において原料灰を酸化することで、価数の大きなバナジウム化合物を生成させている。これにより、バナジウムの抽出回収率を向上させることができる。 In this way, the vanadium compound having a large valence is produced by oxidizing the raw material ash in the stage prior to the alkaline extraction means. Thereby, the extraction recovery rate of vanadium can be improved.
また、前記アルカリ抽出手段の後段階において、前記固形分を洗浄してバナジウムを含む洗浄液を回収し、前記洗浄液を前記浸出ろ液とともに前記蒸発濃縮手段に移行させる固形分洗浄手段を更に備えることが好ましい。
Further, in a subsequent stage of the alkali extraction means , a solid content cleaning means for washing the solid content to recover the cleaning liquid containing vanadium and transferring the cleaning liquid together with the leaching filtrate to the evaporation concentration means may be further provided. preferable.
このように、固形分を洗浄してバナジウムを含む洗浄液を回収することで、固形分に含まれるバナジウムを回収することができるため、バナジウムの回収率を高めることができる。 By washing the solid content and recovering the cleaning liquid containing vanadium in this way, vanadium contained in the solid content can be recovered, so that the recovery rate of vanadium can be increased.
本発明は、上記のいずれかに記載のバナジウム化合物の製造装置で分離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。 The present invention is 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 separated by the vanadium compound manufacturing apparatus according to any one of the above as a raw material. It is an electrolytic solution manufacturing device.
このように、バナジウムを安価で簡便かつ選択的に分離することで、レドックス・フロー電池用電解液を安価で簡便に製造することができる。 By separating vanadium inexpensively, easily and selectively in this way, an electrolytic solution for a redox flow battery can be produced inexpensively and easily.
本発明によれば、得られるバナジウム化合物の純度が高く、かつ低コストで実施可能なバナジウム化合物の製造方法、及びレドックス・フロー電池用電解液の製造方法、並びにバナジウム化合物の製造装置、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, a method for producing a vanadium compound, which can be carried out at low cost with high purity of the obtained vanadium compound, a method for producing an electrolytic solution for a redox flow battery, an apparatus for producing a vanadium compound, and a redox. An apparatus for producing an electrolytic solution for a flow battery can be provided.
以下、本発明の実施形態について、その構成を説明する。本発明は、その要旨を変更しない範囲で、適宜変更して実施することが可能である。 Hereinafter, the configuration of the embodiment of the present invention will be described. The present invention can be carried out with appropriate modifications without changing the gist thereof.
1.第1の実施形態
以下、図1を参照して、本発明の第1の実施形態について説明する。図1は、本発明の第1の実施形態に係るバナジウム化合物の製造方法を示しており、(a)はバナジウム化合物の製造方法の工程を示すフロー図、(b)は(a)のフロー図のそれぞれの工程において原料中に含まれる成分の推移を示す模式図である。
1. 1. First Embodiment Hereinafter, the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 shows a method for producing a vanadium compound according to the first embodiment of the present invention, (a) is a flow chart showing a process of a method for producing a vanadium compound, and (b) is a flow chart of (a). It is a schematic diagram which shows the transition of the component contained in a raw material in each process of.
本発明のバナジウム化合物の製造方法は、バナジウム及び/又はバナジウム化合物を含有する原料灰に好適に適用することができる。このような原料灰としては、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などを挙げることができる。 The method for producing a vanadium compound of the present invention can be suitably applied to a raw material ash containing vanadium and / or a vanadium compound. Examples of such raw material ash 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 sands, and the like. Can be done.
本発明における原料灰は、硫安分と、硫酸と、バナジウムと、ニッケル、鉄、マグネシウムなどのその他金属と、を少なくとも含んでいる。硫安分は、硫酸アンモニウム((NH4)2SO4)及び/又は硫酸水素アンモニウム(NH4HSO4)からなる。原料灰に含まれる硫安分は、重量比で20〜60%程度であり、より一般的には30〜50%程度である。硫安分を多く含む廃棄物としては、石油系燃焼灰などを挙げることができる。また、原料灰に含まれる硫酸は、1〜20質量%(wt%)程度であり、より一般的には5〜10質量%程度である。 The raw material ash in the present invention contains at least ammonium sulfate, sulfuric acid, vanadium, and other metals such as nickel, iron, and magnesium. Ammonium sulfate consists of ammonium sulfate ((NH 4 ) 2 SO 4 ) and / or ammonium hydrogen sulfate (NH 4 HSO 4 ). The ammonium sulfate content contained in the raw material ash is about 20 to 60% by weight, and more generally about 30 to 50%. Examples of waste containing a large amount of ammonium sulfate include petroleum-based combustion ash. The amount of sulfuric acid contained in the raw material ash is about 1 to 20% by mass (wt%), and more generally about 5 to 10% by mass.
原料灰に含まれるバナジウムは、3価、4価、5価の様々な価数の化合物の形態をとっており、具体的にはNH4V3(OH)6(SO4)2、VOSO4・5H2O、V2O5などとなっている。一般に、原料灰に含まれるバナジウムは、0.1〜30質量%程度であり、より一般的には1〜10質量%程度である。 Vanadium contained in the raw material ash takes the form of compounds having various valences of trivalent, tetravalent, and pentavalent. Specifically, NH 4 V 3 (OH) 6 (SO 4 ) 2 , VOSO 4・ 5H 2 O, V 2 O 5, etc. Generally, vanadium contained in the raw material ash is about 0.1 to 30% by mass, and more generally about 1 to 10% by mass.
原料灰には、炭素分として、未燃焼カーボンを主成分とする非水溶性固形物(SS分)が含まれる。原料灰に含まれる炭素分は、乾物当たり5〜90質量%程度であり、より一般的には30〜70質量%程度である。 The raw material ash contains a water-insoluble solid (SS content) containing unburned carbon as a main component as carbon content. The carbon content in the raw material ash is about 5 to 90% by mass per dry matter, and more generally about 30 to 70% by mass.
原料灰には、これら以外にも、鉄、マグネシウム、ニッケル、コバルト、モリブデン、マンガン、チタン、銅、亜鉛、パラジウム、白金、リン、硫黄など、バナジウム以外の他の元素(金属夾雑物)が含まれる場合がある。一般にこれらの金属夾雑物は、硫酸塩や酸化物などとして含まれることが多い。一般に、原料灰に含まれるこれらの金属夾雑物は、元素の種類にもよるが、0.1〜20質量%程度であり、より一般的には1〜10質量%程度である。 In addition to these, raw material ash contains other elements (metal impurities) other than vanadium, such as iron, magnesium, nickel, cobalt, molybdenum, manganese, titanium, copper, zinc, palladium, platinum, phosphorus, and sulfur. May occur. In general, these metal impurities are often contained as sulfates, oxides, and the like. Generally, these metal impurities contained in the raw material ash are about 0.1 to 20% by mass, and more generally about 1 to 10% by mass, although it depends on the type of the element.
(原料灰準備工程)
図1(a)に示すように、本発明のバナジウム化合物の製造方法は、まず燃焼灰(原料灰)を準備する(ステップ10)。この工程では、上述した原料灰をそのまま使用するか、あるいは水などの溶媒に溶解して原料灰スラリーとしたものを原料灰として使用する。この場合の原料灰に含まれる成分は図1(b)(ステップ10)のようになっている。
(Raw material ash preparation process)
As shown in FIG. 1A, in the method for producing a vanadium compound of the present invention, first, combustion ash (raw material ash) is prepared (step 10). In this step, the above-mentioned raw material ash is used as it is, or a raw material ash slurry obtained by dissolving it in a solvent such as water is used as the raw material ash. The components contained in the raw material ash in this case are as shown in FIG. 1 (b) (step 10).
(アルカリ浸出工程)
次に、原料灰(原料灰そのもの又は原料灰スラリー)にアルカリを添加してpH13以上とし、バナジウムを含むアルカリ浸出液を得る(ステップ12)。本工程で使用するアルカリとしては、水酸化ナトリウム(NaOH)、水酸化リチウム(LiOH)、水酸化カリウム(KOH)、水酸化ルビジウム(RbOH)、水酸化セシウム(CsOH)、水酸化カルシウム(Ca(OH)2)、水酸化ストロンチウム(Sr(OH)2)、水酸化バリウム(Ba(OH)2)などを挙げることができる。これらのうち、入手が容易などの理由から、水酸化ナトリウムが好ましい。
(Alkaline leaching process)
Next, an alkali is added to the raw material ash (raw material ash itself or the raw material ash slurry) to adjust the pH to 13 or higher to obtain an alkaline leachate containing vanadium (step 12). Examples of the alkali used in this step include sodium hydroxide (NaOH), lithium hydroxide (LiOH), potassium hydroxide (KOH), rubidium hydroxide (RbOH), cesium hydroxide (CsOH), and calcium hydroxide (Ca (Ca (). OH) 2 ), strontium hydroxide (Sr (OH) 2 ), barium hydroxide (Ba (OH) 2 ) and the like can be mentioned. Of these, sodium hydroxide is preferable because it is easily available.
アルカリ浸出工程の温度は、後述する蒸発濃縮工程の温度よりも低い温度であり、例えば10〜40℃程度であり、20〜30℃が好ましい。アルカリ添加後のアルカリ浸出液は、pH12.5〜15であり、pH13〜14が好ましい。アルカリ浸出液のpHが13以上、14以下であると、バナジウムをアルカリ浸出液中に選択的に抽出させやすくなる。アルカリ浸出液に含まれるアルカリの濃度は、後述する蒸発濃縮工程での濃縮率に依存し、10質量%/濃縮率〜25質量%/濃縮率の範囲内とすることが好ましい。例えば、濃縮率が5倍(1/5に減容)の場合、アルカリ浸出液に含まれるアルカリの濃度は2〜5質量%であることが好ましい。
The temperature of the alkali leaching step is lower than the temperature of the evaporation concentration step described later, for example, about 10 to 40 ° C, preferably 20 to 30 ° C. The alkali leachate after addition of alkali has a pH of 12.5 to 15, preferably
(固液分離工程)
次に、アルカリ浸出液から不溶物を固形分として除去するとともにバナジウムを含む浸出ろ液を得る(ステップ13)。分離方法としては、特に制限はないが、沈殿分離、遠心分離、吸引ろ過などを挙げることができる。本工程後の原料灰に含まれる成分は図1(b)(ステップ13)のように、炭素分が除去されたものとなっており、浸出ろ液中には硫安分、硫酸イオン、バナジウムが含まれている。
(Solid-liquid separation process)
Next, the insoluble matter is removed from the alkaline leachate as a solid content, and a leachate containing vanadium is obtained (step 13). The separation method is not particularly limited, and examples thereof include precipitation separation, centrifugation, and suction filtration. As shown in FIG. 1 (b) (step 13), the components contained in the raw material ash after this step are those in which carbon is removed, and ammonium sulfate, sulfate ions, and vanadium are contained in the leachate. include.
(固形分洗浄工程)
固液分離工程後に、固形分(ケーキ)を洗浄する工程(固形分洗浄工程)を行うことが好ましい。この固形分洗浄工程では、水を固形分(ケーキ)に含まれる水(固形分含水)の1〜3倍量加え、洗浄を行う。この工程により、固形分含水からバナジウムを抽出し、回収することができる。これは、アルカリ浸出後の固形分が高pHであることから、ケーキ洗浄水もpH12〜13程度の高pHとなるため、バナジウムが溶液状態となり、洗浄によって回収しやすくなるためである。さらに、固形分洗浄工程で得られた洗浄液(洗浄ろ液)を回収して浸出ろ液とともに次の蒸発濃縮工程に移行させる。図5に示すように、洗浄液の回収を行わなかった場合(洗浄ろ液量0mL)、88%の回収率であったのに対して、洗浄液を回収した場合は、100%以上と高い回収率となる。なお、ケーキ洗浄水のpH、電気伝導度を監視することで、洗浄水量を制御してもよい。
一方、特許文献2では、pH9以下でアルカリ浸出を行っており、ケーキ洗浄については記載されていない。なお、特許文献2においては、仮にケーキ洗浄を行ったとしても、中性付近のpHで洗浄を行うことになり、バナジウムの新たな抽出は見込めず、むしろ図4に示すようにニッケル等の金属夾雑物が多く浸出する可能性がある。
(Solid content cleaning process)
After the solid-liquid separation step, it is preferable to perform a step of washing the solid content (cake) (solid content washing step). In this solid content cleaning step, water is added in an amount of 1 to 3 times the amount of water (solid content water content) contained in the solid content (cake) to perform cleaning. By this step, vanadium can be extracted and recovered from the solid water content. This is because the solid content after alkali leaching has a high pH, and the cake washing water also has a high pH of about 12 to 13, so that vanadium is in a solution state and can be easily recovered by washing. Further, the cleaning liquid (cleaning filtrate) obtained in the solid content cleaning step is collected and transferred to the next evaporation concentration step together with the leaching filtrate. As shown in FIG. 5, when the cleaning liquid was not recovered (cleaning
On the other hand, in
(蒸発濃縮工程)
次に、浸出ろ液を蒸発濃縮し、アルカリの濃度が10〜25質量%の濃縮液を得る(ステップ14)。蒸発濃縮方法としては、特に制限はないが、蒸発濃縮缶などを用いて行うことができる。蒸発濃縮温度は、浸出ろ液の塩濃度にもよるが、70〜130℃であることが好ましい。蒸発濃縮温度が高いと濃縮に必要な投入エネルギー量が多くなり、処理コストが増大するため、減圧下で蒸発させることにより、温度100℃以下、特に80〜90℃で処理することが好ましい。
(Evaporation concentration process)
Next, the leachate filtrate is evaporated and concentrated to obtain a concentrated solution having an alkali concentration of 10 to 25% by mass (step 14). The method for evaporating and concentrating is not particularly limited, but it can be carried out using an evaporative concentrating can or the like. The evaporation concentration temperature is preferably 70 to 130 ° C., although it depends on the salt concentration of the leachate filtrate. If the evaporation concentration temperature is high, the amount of input energy required for concentration increases and the processing cost increases. Therefore, it is preferable to perform treatment at a temperature of 100 ° C. or lower, particularly 80 to 90 ° C., by evaporating under reduced pressure.
蒸発濃縮工程は、減圧下で行うことが好ましい。蒸発濃縮工程後の浸出ろ液の体積に対する蒸発濃縮工程前の浸出ろ液の体積の割合(濃縮率)は、通常は2〜8倍程度であり、4〜6倍がより好ましい。図1(b)(ステップ14)に示すように、本工程では浸出ろ液が減容化され、浸出ろ液中には硫安分、硫酸イオン、バナジウムが含まれる。蒸発させた水分については、アルカリ抽出工程における調整水として使用してもよく、後述する第2の実施形態における原料灰洗浄工程において洗浄水として使用してもよい。 The evaporation concentration step is preferably carried out under reduced pressure. The ratio (concentration rate) of the volume of the leachate before the evaporation concentration step to the volume of the leachate after the evaporation concentration step is usually about 2 to 8 times, more preferably 4 to 6 times. As shown in FIG. 1 (b) (step 14), the volume of the leachate is reduced in this step, and the leachate contains ammonium sulfate, sulfate ions, and vanadium. The evaporated water may be used as the adjusting water in the alkali extraction step, or may be used as the washing water in the raw material ash washing step in the second embodiment described later.
(晶析・固液分離工程)
次に、濃縮液を冷却して晶析し、バナジウムを含む析出物を固形分として回収する(ステップ15)。冷却温度は0〜20℃であることが好ましい。晶析方法としては、冷却機能を備えた水槽、冷却晶析槽や、メタノールなど有機系貧溶媒を加える貧溶媒晶析槽などを用いた方法を挙げることができる。晶析後は、固液分離を行う。固液分離方法としては、シックナー、デカンター、バスケット遠心真空ベルトフィルタなどを用いた方法を挙げることができる。図1(b)に示すように、本工程後では、硫安分、硫酸アルカリ(本実施形態では、硫酸ナトリウム(Na2SO4:芒硝))、バナジウム化合物(Na3VO4など)のそれぞれの一部が固形分として析出し、これらの残りとアルカリ(NaOH)が晶析ろ液に含まれる。
(Cryptography / solid-liquid separation process)
Next, the concentrate is cooled and crystallized, and the precipitate containing vanadium is recovered as a solid (step 15). The cooling temperature is preferably 0 to 20 ° C. Examples of the crystallization method include a water tank having a cooling function, a cooling crystallization tank, and a poor solvent crystallization tank to which an organic poor solvent such as methanol is added. After crystallization, solid-liquid separation is performed. Examples of the solid-liquid separation method include a method using a thickener, a decanter, a basket centrifugal vacuum belt filter, and the like. As shown in FIG. 1 (b), after this step, each of ammonium sulfate, alkali sulfate (in this embodiment, sodium sulfate (Na 2 SO 4 : Glauber's salt)), and vanadium compound (Na 3 VO 4, etc.) A part of it is precipitated as solid content, and the rest of these and alkali (NaOH) are contained in the crystallization filtrate.
固形分はバナジウム化合物を主成分として精製されたバナジウム原料として回収され(ステップ17)、レドックス・フロー電解液の製造などに使用される。本工程の晶析ろ液は、アルカリと未回収のバナジウムが含まれているため、必要に応じてアルカリ抽出工程(ステップ12)に返送されてリサイクルされる。 The solid content is recovered as a purified vanadium raw material containing a vanadium compound as a main component (step 17), and is used for the production of a redox flow electrolytic solution and the like. Since the crystallization filtrate in this step contains alkali and unrecovered vanadium, it is returned to the alkali extraction step (step 12) and recycled as needed.
ここで、蒸発濃縮工程と晶析・固液分離工程でバナジウム化合物が選択的に分離されるメカニズムについて説明する。図2は、異なる温度とアルカリ濃度におけるオルトバナジン酸ナトリウム(Na3VO4)及び硫酸ナトリウム(Na2SO4:芒硝)の溶解度曲線を示すグラフである。この図の(a)がオルトバナジン酸ナトリウムの溶解度曲線を、(b)が硫酸ナトリウムの溶解度曲線を示している。 Here, the mechanism by which the vanadium compound is selectively separated in the evaporation concentration step and the crystallization / solid-liquid separation step will be described. FIG. 2 is a graph showing the solubility curves of sodium orthovanadate (Na 3 VO 4 ) and sodium sulfate (Na 2 SO 4 : Glauber's salt) at different temperatures and alkali concentrations. In this figure, (a) shows the solubility curve of sodium orthovanadate, and (b) shows the solubility curve of sodium sulfate.
この図に示すように、いずれの化合物も、温度が高いほど溶解度が高くなる。また、いずれの化合物も、溶解度はアルカリ濃度(NaOH濃度)に依存しており、アルカリ濃度が高くなるにつれて溶解度が低くなるとともにほぼ一定となる。 As shown in this figure, the higher the temperature, the higher the solubility of each compound. Further, the solubility of each compound depends on the alkali concentration (NaOH concentration), and as the alkali concentration increases, the solubility decreases and becomes substantially constant.
図2において、アルカリ浸出液(30℃の場合)に含まれるNa3VO4とNa2SO4の組成を、それぞれのグラフの「ろ液@30℃」で示す。このアルカリ浸出液を80℃で蒸発濃縮すると、Na3VO4とNa2SO4及びアルカリ(NaOH)は液中に残留するため、その濃度変化は原点を通る直線で表される。濃縮後の濃縮液は80℃となっており、これに含まれるNa3VO4とNa2SO4の組成を、それぞれのグラフの「濃縮後@80℃」で示す。図2は5倍濃縮した場合の例示である。この濃度が80℃の飽和溶解度よりも低ければ(溶解度曲線の下であれば)、その時点で固形物の析出は生じない。次に、晶析・固液分離工程で、この濃縮液を10℃まで冷却すると、濃縮液は10℃での飽和溶液の組成に行きつき、飽和濃度を超えた成分が析出し、固形分(ケーキ)として回収される。これに含まれるNa3VO4とNa2SO4の組成を、それぞれのグラフの「ろ液@10℃」で示す。 In FIG. 2, the compositions of Na 3 VO 4 and Na 2 SO 4 contained in the alkaline leachate (in the case of 30 ° C.) are shown by “filter solution @ 30 ° C.” in each graph. When this alkaline leachate is evaporated and concentrated at 80 ° C., Na 3 VO 4 and Na 2 SO 4 and alkali (NaOH) remain in the liquid, so that the concentration change is represented by a straight line passing through the origin. The concentrated solution after concentration is at 80 ° C., and the composition of Na 3 VO 4 and Na 2 SO 4 contained therein is shown by “after concentration @ 80 ° C.” in each graph. FIG. 2 is an example when concentrated 5 times. If this concentration is lower than the saturated solubility at 80 ° C. (below the solubility curve), no solid matter precipitates at that time. Next, in the crystallization / solid-liquid separation step, when this concentrated solution is cooled to 10 ° C., the concentrated solution reaches the composition of the saturated solution at 10 ° C., and the components exceeding the saturated concentration are precipitated and the solid content (solid content ( It is collected as a cake). The composition of Na 3 VO 4 and Na 2 SO 4 contained therein is shown by "filter solution @ 10 ° C." in each graph.
ここで、アルカリ抽出液の成分濃度から算出される濃縮液相当濃度が、晶析・固液分離工程における温度(例えば10℃)において、Na3VO4が飽和濃度以上、Na2SO4は飽和濃度以下であれば、Na2SO4の結晶を含まない高純度なNa3VO4析出物を回収することができる。
さらに、上述において、Na3VO4飽和濃度がゼロに漸近し下限に近い領域で晶析処理すれば、高収率でのバナジウム化合物の回収が可能であり、Na2SO4飽和濃度がゼロに漸近せず、高い溶解度を示す領域で晶析すれば、安定した高純度バナジウム化合物の回収が可能である。
このような条件としては、アルカリ抽出液中のSO4を0.6質量%以下として、2〜7倍濃縮することにより、濃縮液のアルカリ濃度10〜25質量%、Na2SO4飽和濃度4〜7質量%、Na3VO4飽和濃度0〜2質量%とすることが好ましい。
Here, the concentration equivalent to the concentrated solution calculated from the component concentration of the alkaline extract is at least the saturated concentration of Na 3 VO 4 and saturated of Na 2 SO 4 at the temperature (for example, 10 ° C.) in the crystallization / solid-liquid separation step. If the concentration is below the concentration, a high-purity Na 3 VO 4 precipitate containing no Na 2 SO 4 crystals can be recovered.
Further, in the above-mentioned, if the Na 3 VO 4 saturation concentration gradually approaches zero and the crystallization treatment is performed in the region near the lower limit, the vanadium compound can be recovered in high yield, and the Na 2 SO 4 saturation concentration becomes zero. Stable recovery of high-purity vanadium compounds is possible by crystallization in a region showing high solubility without gradual approach.
Under such conditions, SO 4 in the alkaline extract is set to 0.6% by mass or less and concentrated 2 to 7 times, so that the alkali concentration of the concentrated solution is 10 to 25% by mass and the Na 2 SO 4 saturation concentration is 4. It is preferably ~ 7% by mass and Na 3 VO 4 saturation concentration 0 to 2% by mass.
(変形例)
アルカリ抽出工程の前段階において、原料灰を酸化する酸化工程を更に備えていてもよい。酸化工程としては、原料灰に酸化性ガス及び/又は酸化剤を添加する方法を挙げることができる。酸化性ガスとしては、空気、酸素、オゾン、亜酸化窒素、一酸化窒素、二酸化窒素、塩素などを挙げることができる。酸化剤としては、過酸化水素、次亜塩素酸などを挙げることができる。原料灰中において、バナジウムは3価、4価、5価の様々な価数の化合物の形態をとっているが、アルカリ抽出工程において、概ね5価のバナジウムが選択的にアルカリ浸出液に溶解し、3価や4価のバナジウムや金属夾雑物はほとんど溶解しない。それゆえ酸化工程を追加することにより3価や4価のバナジウムを5価のバナジウムに変換し、バナジウムの回収率を向上させることが可能となる。
(Modification example)
An oxidation step for oxidizing the raw material ash may be further provided in the stage prior to the alkali extraction step. Examples of the oxidation step include a method of adding an oxidizing gas and / or an oxidizing agent to the raw material ash. Examples of the oxidizing gas include air, oxygen, ozone, nitrous oxide, nitric oxide, nitrogen dioxide and chlorine. Examples of the oxidizing agent include hydrogen peroxide and hypochlorous acid. In the raw material ash, vanadium takes the form of compounds having various valences of trivalent, tetravalent, and pentavalent, but in the alkali extraction step, approximately pentavalent vanadium is selectively dissolved in the alkaline leachate. Trivalent and tetravalent vanadium and metal impurities are hardly dissolved. Therefore, by adding an oxidation step, it is possible to convert trivalent or tetravalent vanadium into pentavalent vanadium and improve the recovery rate of vanadium.
(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、バナジウム化合物の製造方法で製造したバナジウム化合物をレドックス・フロー電池用の電解液の原液とするための方法である。レドックス・フロー電池用電解液の製造方法としては、上述したバナジウム化合物の製造方法で製造したバナジウム原料をもとにレドックス・フロー電池用電解液を製造する工程である電解液製造工程を備える。
(Manufacturing method of electrolyte for redox flow batteries)
The method for producing an electrolytic solution for a redox flow battery of the present invention is a method for using a vanadium compound produced by the method for producing a vanadium compound as a stock solution for an electrolytic solution for a redox flow battery. The method for producing an electrolytic solution for a redox flow battery includes an electrolytic solution manufacturing process which is a step of producing an electrolytic solution for a redox flow battery based on the vanadium raw material produced by the above-mentioned method for producing a vanadium compound.
レドックス・フロー電池用電解液としては、正極側はバナジウム(V)やバナジウム(IV)が、負極側はバナジウム(III)やバナジウム(II)が用いられている。本発明の方法では、バナジウムは主にオルトバナジン酸ナトリウム(Na3VO4)などのバナジウム(V)として回収されるため、特に負極側の電解液の製造に好適に使用することができる。しかしながら、本発明はこれに限定されず、例えば回収されたバナジウム(V)を還元してバナジウム(III)やバナジウム(II)とすることで、正極側の電解液の製造に使用してもよい。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。 As the electrolytic solution for the redox flow battery, vanadium (V) or vanadium (IV) is used on the positive electrode side, and vanadium (III) or vanadium (II) is used on the negative electrode side. In the method of the present invention, vanadium is mainly recovered as vanadium (V) such as sodium orthovanadate (Na 3 VO 4 ), and therefore can be particularly suitably used for producing an electrolytic solution on the negative electrode side. However, the present invention is not limited to this, and for example, the recovered vanadium (V) may be reduced to vanadium (III) or vanadium (II) to be used in the production of an electrolytic solution on the positive electrode side. .. The concentration of vanadium contained in the electrolyte 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.
(バナジウム化合物の製造装置)
本発明のバナジウム化合物の製造装置は、上記の第1の実施形態のバナジウム化合物の製造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。本実施形態のバナジウム化合物の製造装置は、アルカリ抽出手段、固液分離手段、蒸発濃縮手段、晶析・固液分離手段を備える。
(Vanadium compound manufacturing equipment)
The vanadium compound production apparatus of the present invention can be configured as an apparatus for carrying out the vanadium compound production method of the first embodiment described above. The vanadium compound production apparatus of the present embodiment includes an alkali extraction means, a solid-liquid separation means, an evaporation concentration means, and a crystallization / solid-liquid separation means.
アルカリ抽出手段は、第1の実施形態のアルカリ抽出工程を実施する手段であり、pH13以上、14以下となるように原料灰にアルカリを添加し、バナジウムを含むアルカリ浸出液を得る。アルカリ抽出手段としては、例えば、アルカリ溶液及びボイラー燃焼灰を混合する撹拌混合槽などを挙げることができる。 The alkali extraction means is a means for carrying out the alkali extraction step of the first embodiment, and alkali is added to the raw material ash so that the pH is 13 or more and 14 or less to obtain an alkali leachate containing vanadium. Examples of the alkaline extraction means include a stirring and mixing tank for mixing an alkaline solution and boiler combustion ash.
固液分離手段は、第1の実施形態の固液分離工程を実施する手段であり、アルカリ浸出液を固液分離し、不溶物を固形分として除去するとともにバナジウムを含む浸出ろ液を得る。固液分離手段としては、例えば、アルカリ浸出液及び固形分を分離する脱水機などを挙げることができる。 The solid-liquid separation means is a means for carrying out the solid-liquid separation step of the first embodiment, and solid-liquid separates the alkaline leachate, removes the insoluble matter as a solid content, and obtains a leachate containing vanadium. Examples of the solid-liquid separation means include a dehydrator that separates the alkaline leachate and the solid content.
固形分洗浄手段は、第1の実施形態の固形分洗浄工程を実施する手段であり、固液分離後に、固形分(ケーキ)を洗浄する。固形分洗浄手段としては、例えば、水添加用の水槽と固液分離のための真空ベルトフィルタ、バスケット式遠心機、デカンターなどの脱水機等の組み合わせなどを挙げることができる。また、固形分洗浄手段としては、水添加用の水槽を用いずに真空ベルトフィルタ上へ散水する手段でもよい。 The solid content cleaning means is a means for carrying out the solid content cleaning step of the first embodiment, and cleans the solid content (cake) after the solid-liquid separation. Examples of the solid content cleaning means include a combination of a water tank for adding water, a vacuum belt filter for solid-liquid separation, a basket-type centrifuge, a dehydrator such as a decanter, and the like. Further, the solid content cleaning means may be a means of sprinkling water on the vacuum belt filter without using a water tank for adding water.
蒸発濃縮手段は、第1の実施形態の蒸発濃縮工程を実施する手段であり、浸出ろ液を70〜100℃で蒸発濃縮し、アルカリの濃度が10〜25質量%の濃縮液を得る。固液分離手段としては、例えば、蒸発濃縮缶やRO膜分離装置などを挙げることができる。 The evaporative concentration means is a means for carrying out the evaporative concentration step of the first embodiment, and evaporates and concentrates the leachate at 70 to 100 ° C. to obtain a concentrated solution having an alkali concentration of 10 to 25% by mass. Examples of the solid-liquid separation means include an evaporation concentration can and an RO membrane separation device.
晶析・固液分離手段は、第1の実施形態の晶析・固液分離工程を実施する手段であり、濃縮液を0〜20℃に冷却して晶析し、バナジウムを含む析出物を固形分として回収する。晶析・固液分離手段は晶析手段と固液分離手段とから構成される。晶析手段としては、例えば、冷却機能を備えた水槽、冷却晶析槽、メタノールなど有機系貧溶媒を加える貧溶媒晶析槽などを挙げることができる。固液分離手段としては、例えば、シックナー、デカンター、バスケット遠心真空ベルトフィルタなどを挙げることができる。 The crystallization / solid-liquid separation means is a means for carrying out the crystallization / solid-liquid separation step of the first embodiment. Collect as solids. The crystallization / solid-liquid separation means is composed of a crystallization means and a solid-liquid separation means. Examples of the crystallization means include a water tank having a cooling function, a cooling crystallization tank, and a poor solvent crystallization tank to which an organic poor solvent such as methanol is added. Examples of the solid-liquid separation means include thickeners, decanters, basket centrifugal vacuum belt filters, and the like.
バナジウム化合物の製造装置は、アルカリ抽出手段の前段階において、原料灰を酸化する酸化手段を更に備えていてもよい。酸化手段としては、酸化ガス通気用の散気設備などを挙げることができる。 The vanadium compound production apparatus may further include an oxidizing means for oxidizing the raw material ash before the alkaline extraction means. Examples of the oxidizing means include an air diffuser for aerating the oxidizing gas.
(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、バナジウム化合物の製造装置で製造したバナジウム化合物をレドックス・フロー電池用の電解液の原液とするための装置である。レドックス・フロー電池用電解液の製造装置としては、上述したバナジウム化合物の製造装置で製造したバナジウム原料をもとにレドックス・フロー電池用電解液を製造する工程である電解液製造手段を備える。レドックス・フロー電池用電解液の製造装置の詳細については、上述したレドックス・フロー電池用電解液の製造方法を参考にすることができる。
(Manufacturing equipment for electrolyte for redox flow batteries)
The apparatus for producing an electrolytic solution for a redox flow battery of the present invention is an apparatus for using a vanadium compound produced by the apparatus for producing a vanadium compound as a stock solution for an electrolytic solution for a redox flow battery. The apparatus for producing the electrolytic solution for the redox flow battery includes an electrolytic solution manufacturing means which is a step of producing the electrolytic solution for the redox flow battery based on the vanadium raw material produced by the above-mentioned equipment for producing the vanadium compound. For details of the apparatus for producing the electrolytic solution for the redox flow battery, the above-described method for producing the electrolytic solution for the redox flow battery can be referred to.
2.第2の実施形態
以下、図3を参照して、本発明の第2の実施形態について説明する。図3は、本発明の第2の実施形態に係るバナジウム化合物の製造方法を示しており、(a)はバナジウム化合物の製造方法のフロー図、(b)は原料中に含まれる成分の推移を示す模式図である。
2. Second Embodiment Hereinafter, the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 3 shows a method for producing a vanadium compound according to a second embodiment of the present invention, (a) is a flow chart of a method for producing a vanadium compound, and (b) is a transition of components contained in a raw material. It is a schematic diagram which shows.
本実施形態のバナジウム化合物の製造方法は、原料灰準備工程(ステップ20)、原料灰洗浄工程(ステップ21)、アルカリ浸出工程(ステップ22)、固液分離工程(ステップ23)、蒸発濃縮工程(ステップ24)、晶析・固液分離工程(ステップ25)、リサイクル工程(ステップ26)を備える。これらの工程のうち、原料灰洗浄工程(ステップ21)、リサイクル工程(ステップ26)以外については、上述した第1の実施形態と同様であるため、説明は省略又は簡便に済ませる。 The method for producing the vanadium compound of the present embodiment includes a raw material ash preparation step (step 20), a raw material ash cleaning step (step 21), an alkali leaching step (step 22), a solid-liquid separation step (step 23), and an evaporation concentration step (step 23). Step 24), a crystallization / solid-liquid separation step (step 25), and a recycling step (step 26) are provided. Of these steps, the steps other than the raw material ash washing step (step 21) and the recycling step (step 26) are the same as those in the first embodiment described above, and thus the description thereof will be omitted or simplified.
(原料灰洗浄工程)
本実施形態では、原料灰準備工程(ステップ20)の後に、原料灰を洗浄する原料灰洗浄工程(ステップ21)を行う。本工程では、原料灰から溶解性の金属夾雑物(鉄、ニッケル、マグネシウムなど)を除去するとともに、アルカリ再使用の妨げとなる溶解性塩類(硫安分、硫酸など)を除去する。原料灰の洗浄に使用する溶媒は、水又はアルカリ溶液を挙げることができる。原料灰洗浄工程は、原料灰に対して重量比で2〜20倍の溶媒で洗浄を行うことが好ましい。
(Raw material ash cleaning process)
In the present embodiment, after the raw material ash preparation step (step 20), the raw material ash cleaning step (step 21) for cleaning the raw material ash is performed. In this step, soluble metal impurities (iron, nickel, magnesium, etc.) are removed from the raw material ash, and soluble salts (ammonium sulfate, sulfuric acid, etc.) that hinder the reuse of alkali are removed. Examples of the solvent used for cleaning the raw material ash include water or an alkaline solution. In the raw material ash cleaning step, it is preferable to perform cleaning with a solvent having a weight ratio of 2 to 20 times that of the raw material ash.
洗浄方法としては、バッチ法や連続法などが挙げられ、具体的には、水添加用の水槽と固液分離のための真空ベルトフィルタ、バスケット式遠心機、デカンターなどの脱水機等の組み合わせによる方法などを挙げることができる。また、洗浄方法としては、水添加用の水槽を用いずに真空ベルトフィルタ上へ散水する方法でもよい。洗浄温度としては、10〜40℃であり、20〜30℃が好ましい。また、洗浄時間としては、バッチ法や連続法などで異なるが、おおむね1秒〜60分程度であり、1〜30分程度が好ましい。 Examples of the cleaning method include a batch method and a continuous method. Specifically, a combination of a water tank for adding water, a vacuum belt filter for solid-liquid separation, a basket-type centrifuge, a dehydrator such as a decanter, etc. is used. The method etc. can be mentioned. Further, as a cleaning method, a method of sprinkling water on the vacuum belt filter without using a water tank for adding water may be used. The cleaning temperature is 10 to 40 ° C, preferably 20 to 30 ° C. The cleaning time varies depending on the batch method, the continuous method, or the like, but is generally about 1 second to 60 minutes, preferably about 1 to 30 minutes.
また、原料灰洗浄工程では、バナジウムが水洗中に溶出することを防ぐため、洗浄中の原料灰水溶液のpHは4〜7、好ましくは5〜6とする。以下、このpHが好ましいことを説明する。図6(a)はバナジウムのpH、酸化還元電位による状態変化を表すプールベ図、図6(b)は水洗時pH調整によるバナジウムの水洗ロスの割合の変化を示すグラフである。図6(a)のプールベ図より、pHが3以下のように低い領域では、バナジウムの安定状態はVO2+などのイオンであるのに対して、pHが4〜7のように高い領域では、バナジウムの安定状態はV2O4などの固体となる。したがって、原料灰洗浄工程でpHを4〜7とすることで、バナジウムを固体として洗浄液にバナジウムを溶出させにくくすることで、夾雑物を効率的に除去することができる。実際、図6(b)に示すように、洗浄時に原料灰水溶液のpHを調整しなかった場合、pHは3と低くなり、バナジウムのロスが大きくなる。一方、原料灰水溶液のpHを4、5、6に調整した場合、バナジウムのロスはpHを調整しなかった場合と比較して小さくなることがわかる。
Further, in the raw material ash washing step, the pH of the raw material ash aqueous solution during washing is set to 4 to 7, preferably 5 to 6 in order to prevent vanadium from being eluted during washing with water. Hereinafter, it will be described that this pH is preferable. FIG. 6 (a) is a pool diagram showing a state change due to the pH of vanadium and a redox potential, and FIG. 6 (b) is a graph showing a change in the ratio of vanadium washing loss due to pH adjustment during washing. From the Pourbaix diagram of FIG. 6 (a), in the region where the pH is as low as 3 or less, the stable state of vanadium is ions such as
本工程では、固液分離工程後、原料灰の重量に対し硫安分、硫酸などを含む可溶性成分を重量比で5%以下とすることが望ましい。本実施形態では、アルカリ抽出工程の前段階で原料灰洗浄工程を備えるため、図3(b)に示すように、原料灰に含まれる硫安分や硫酸を大幅に減少させることができる。 In this step, after the solid-liquid separation step, it is desirable that the weight ratio of soluble components including ammonium sulfate, sulfuric acid, etc. to the weight of the raw material ash is 5% or less. In the present embodiment, since the raw material ash cleaning step is provided before the alkali extraction step, the ammonium sulfate content and sulfuric acid contained in the raw material ash can be significantly reduced as shown in FIG. 3 (b).
次に、アルカリ浸出工程(ステップ22)、固液分離工程(ステップ23)、蒸発濃縮工程(ステップ24)、晶析・固液分離工程(ステップ25)を順次行う。ここで、図3(b)に示すように、本実施形態では原料灰洗浄工程によって硫安分と硫酸などが原料灰から大幅に減少しているため、その後の工程においてアルカリ浸出液や浸出ろ液、濃縮液に硫安分と硫酸などの残存量が少なくなっている。そして、晶析・固液分離工程で得られる析出物には、これら夾雑物がほとんど含まれておらず、ほぼバナジウム化合物とアルカリのみとなっている。 Next, the alkali leaching step (step 22), the solid-liquid separation step (step 23), the evaporation concentration step (step 24), and the crystallization / solid-liquid separation step (step 25) are sequentially performed. Here, as shown in FIG. 3B, in the present embodiment, ammonium sulfate, sulfuric acid, and the like are significantly reduced from the raw material ash by the raw material ash washing step, so that the alkaline leachate and the leachate filtrate are used in the subsequent steps. The amount of ammonium sulfate and sulfuric acid remaining in the concentrate is low. The precipitate obtained in the crystallization / solid-liquid separation step contains almost no of these impurities, and is almost exclusively a vanadium compound and an alkali.
(リサイクル工程)
晶析・固液分離工程の後段階において、晶析・固液分離工程で得られる晶析ろ液は、アルカリ抽出工程へリサイクルされることが好ましい。リサイクル工程は、返送ポンプやオーバーフロー槽などで行ってもよい。この場合、晶析ろ液の全量をアルカリ溶液としてアルカリ抽出工程で再使用しても良いが、硫酸根の系内蓄積を抑えるため、1〜30質量%の範囲で系外へ排出し、残りを使用してもよい。
(Recycling process)
In the subsequent stage of the crystallization / solid-liquid separation step, the crystallization filtrate obtained in the crystallization / solid-liquid separation step is preferably recycled to the alkaline extraction step. The recycling process may be performed by a return pump, an overflow tank, or the like. In this case, the entire amount of the crystallization filtrate may be reused as an alkaline solution in the alkaline extraction step, but in order to suppress the accumulation of sulfate roots in the system, it is discharged to the outside of the system in the range of 1 to 30% by mass, and the rest. May be used.
本実施形態では、原料灰洗浄工程で硫安分や硫酸などの夾雑物を除去しているため、晶析・固液分離工程(ステップ25)で得られる析出物には、これら夾雑物がほとんど含まれていない。したがって、第1の実施形態の方法と比較して、高品質のバナジウム原料を得ることができる。 In the present embodiment, since impurities such as ammonium sulfate and sulfuric acid are removed in the raw material ash washing step, most of these impurities are contained in the precipitate obtained in the crystallization / solid-liquid separation step (step 25). Not done. Therefore, a high quality vanadium raw material can be obtained as compared with the method of the first embodiment.
また、原料灰洗浄工程においてこれらの夾雑物を除去するため、第1の実施形態のように夾雑物が含まれる場合と比較してアルカリ抽出液の沸点が低くなる。このため、蒸発濃縮工程において低い温度で蒸発濃縮を行うことができる。したがって、第1の実施形態と比較して、蒸発濃縮工程で大きな投入エネルギーを必要とせず、バナジウム原料の製造コストを低減することができる。 Further, in order to remove these impurities in the raw material ash washing step, the boiling point of the alkaline extract is lower than that in the case where the impurities are contained as in the first embodiment. Therefore, the evaporation and concentration can be performed at a low temperature in the evaporation and concentration step. Therefore, as compared with the first embodiment, the evaporation and concentration step does not require a large amount of input energy, and the production cost of the vanadium raw material can be reduced.
さらに、晶析・固液分離工程(ステップ25)で得られる晶析ろ液にも夾雑物がほとんど含まれておらず、ほぼバナジウム化合物とアルカリのみとなっている。このため、第1の実施形態の方法と比較して、投入するアルカリの量を低減できるとともに、原料灰からのバナジウム回収率を高くすることができる。 Further, the crystallization filtrate obtained in the crystallization / solid-liquid separation step (step 25) also contains almost no impurities, and is almost exclusively a vanadium compound and an alkali. Therefore, as compared with the method of the first embodiment, the amount of alkali to be added can be reduced and the vanadium recovery rate from the raw material ash can be increased.
このように、原料灰洗浄工程を行うことで、高品質のバナジウム原料を得ることができる。具体的には、晶析・分離工程で得られた析出物(固形分)に含まれるバナジウム化合物(Na3VO4など)の含有量を、30〜40質量%とすることができる。また、固形分を乾燥させた乾物ベースであれば、Na3VO4を70〜80質量%、Na2SO4を2〜5質量%、NaOHを20〜25質量%とすることができる。さらに、晶析・分離工程後に固形分を水などで洗浄する固形分洗浄工程を設けると、乾物ベースでNa3VO4を90質量%以上とすることも可能である。 By performing the raw material ash cleaning step in this way, a high-quality vanadium raw material can be obtained. Specifically, the content of the vanadium compound (Na 3 VO 4, etc.) contained in the precipitate (solid content) obtained in the crystallization / separation step can be set to 30 to 40% by mass. Further, in the case of a dry matter base in which the solid content is dried, Na 3 VO 4 can be 70 to 80% by mass, Na 2 SO 4 can be 2 to 5% by mass, and NaOH can be 20 to 25% by mass. Further, if a solid content washing step of washing the solid content with water or the like is provided after the crystallization / separation step, it is possible to increase the Na 3 VO 4 to 90% by mass or more on a dry matter basis.
また、晶析・分離工程の晶析ろ液に含まれる塩濃度は15〜20質量%と低くすることができ、さらに、蒸発濃縮工程で必要なエネルギー量を、純バナジウム1kg回収あたり14000kcal以下とすることができる。 Further, the salt concentration contained in the crystallization filtrate in the crystallization / separation step can be as low as 15 to 20% by mass, and the amount of energy required in the evaporation concentration step is 14000 kcal or less per 1 kg of pure vanadium recovered. can do.
(晶析ろ液量調整工程)
また、リサイクル工程では、アルカリ抽出工程において、晶析ろ液により持ち込まれる硫酸根と、原料灰から持ち込まれる硫酸根との合計が、晶析・固液分離工程における冷却後の飽和濃度相当量以下になるように、リサイクルする晶析ろ液の量を調整することが好ましい。
(Amount adjustment process for crystallization filtrate)
Further, in the recycling step, the total of the sulfate roots brought in by the crystallization filtrate and the sulfate roots brought in from the raw material ash in the alkali extraction step is equal to or less than the saturation concentration after cooling in the crystallization / solid-liquid separation step. It is preferable to adjust the amount of the crystallization filtrate to be recycled so as to be.
(バナジウム化合物の製造装置)
本発明のバナジウム化合物の製造装置は、上記の第2の実施形態のバナジウム化合物の製造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。本実施形態のバナジウム化合物の製造装置は、原料灰洗浄手段、アルカリ抽出手段、固液分離手段、蒸発濃縮手段、晶析・固液分離手段、リサイクル手段、晶析ろ液量調整手段を備える。これらのうち、アルカリ抽出手段、固液分離手段、蒸発濃縮手段、晶析・固液分離手段については、上記の第1の実施形態において説明しているため、説明を省略する。
(Vanadium compound manufacturing equipment)
The vanadium compound production apparatus of the present invention can be configured as an apparatus for carrying out the vanadium compound production method of the second embodiment described above. The vanadium compound production apparatus of the present embodiment includes raw material ash cleaning means, alkali extraction means, solid-liquid separation means, evaporation concentration means, crystallization / solid-liquid separation means, recycling means, and crystallization filtrate amount adjusting means. Of these, the alkali extraction means, the solid-liquid separation means, the evaporation concentration means, and the crystallization / solid-liquid separation means are described in the first embodiment described above, and thus the description thereof will be omitted.
原料灰洗浄手段は、第2の実施形態の原料灰洗浄工程を実施する手段であり、原料灰を洗浄する原料灰洗浄手段としては、例えば、水添加用の水槽と固液分離のための真空ベルトフィルタ、バスケット式遠心機、デカンターなどの脱水機等の組み合わせなどを挙げることができる。また、原料灰洗浄手段としては、水添加用の水槽を用いずに真空ベルトフィルタ上へ散水する手段でもよい。 The raw material ash cleaning means is a means for carrying out the raw material ash cleaning step of the second embodiment, and the raw material ash cleaning means for cleaning the raw material ash is, for example, a water tank for adding water and a vacuum for solid-liquid separation. Examples include a combination of a belt filter, a basket-type centrifuge, a dehydrator such as a decanter, and the like. Further, the raw material ash cleaning means may be a means of sprinkling water on the vacuum belt filter without using a water tank for adding water.
リサイクル手段は第2の実施形態のリサイクル工程を実施する手段であり、晶析・固液分離手段で固形分から分離された晶析ろ液をアルカリ抽出手段で再利用する。リサイクル手段としては、例えば、返送ポンプやオーバーフロー槽などを挙げることができる。 The recycling means is a means for carrying out the recycling step of the second embodiment, and the crystallization filtrate separated from the solid content by the crystallization / solid-liquid separating means is reused by the alkaline extraction means. Examples of the recycling means include a return pump and an overflow tank.
晶析ろ液量調整手段は、リサイクル工程では、アルカリ抽出工程において、晶析ろ液により持ち込まれる硫酸根と、原料灰から持ち込まれる硫酸根との合計が、晶析・固液分離工程における冷却後の飽和濃度相当量以下になるように、リサイクルする晶析ろ液の量を調整する。 In the recycling step, the crystallization filtrate amount adjusting means is such that the total of the sulfate roots brought in by the crystallization filtrate and the sulfate roots brought in from the raw material ash in the alkali extraction step is cooled in the crystallization / solid-liquid separation step. Adjust the amount of crystallization filtrate to be recycled so that it is equal to or less than the amount equivalent to the saturation concentration.
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)水洗工程
ボイラー燃焼灰 5kg wet(含水率14.9%、バナジウム(V)含有率2.3%)を原料とし、水:10kgを加え、60分間撹拌したのち、遠心脱水機にて固液分離を行った。得られた残渣は、4.5kg(含水率33wt%)であった。この水洗工程において、原料灰中に含まれるバナジウム(V)の16.6wt%がろ液中に溶出した。
(1) Washing step Using 5 kg of boiler combustion ash (moisture content 14.9%, vanadium (V) content 2.3%) as a raw material, add 10 kg of water, stir for 60 minutes, and then use a centrifugal dehydrator. Solid-liquid separation was performed. The obtained residue was 4.5 kg (moisture content 33 wt%). In this washing step, 16.6 wt% of vanadium (V) contained in the raw material ash was eluted in the filtrate.
(2)アルカリ浸出工程
水洗工程で得られた残渣1kgに、スラリー化水:2.1kg、30wt%苛性ソーダ(NaOH):1.0kgを投入し、pH13.8として60分間撹拌したのち、加圧ろ過を行い、ろ液:2.8kgを得た。残渣を2.1kgの水でケーキ洗浄し、その際の洗浄液も回収することで合計4.8kgのアルカリ浸出液を得た。
(2) Alkali leaching step To 1 kg of the residue obtained in the water washing step, 1.0 kg of slurryed water: 2.1 kg and 30 wt% caustic soda (NaOH) was added, and the mixture was stirred at pH 13.8 for 60 minutes and then pressurized. Filtration was carried out to obtain 2.8 kg of filtrate. The residue was washed with 2.1 kg of water, and the washing liquid at that time was also recovered to obtain a total of 4.8 kg of alkaline leachate.
(3)蒸発濃縮工程
アルカリ浸出工程で得られたろ液(濃縮前液)4.8kgを、80〜85℃、−70kPaで減圧濃縮を行い、濃縮液:1.0kgを得た。
(3) Evaporation and Concentration Step 4.8 kg of the filtrate (pre-concentration liquid) obtained in the alkali leaching step was concentrated under reduced pressure at 80 to 85 ° C. and −70 kPa to obtain 1.0 kg of the concentrate.
(4)冷却晶析工程
蒸発濃縮工程で得られた濃縮液1.0kgをとり、徐々に冷却を行い、5℃にて5時間攪拌し、結晶を析出させた。1.0μmのメンブレンを使用して吸引ろ過によって固液分離を行った。これにより固形物であるケーキI:157g(うち、Na3VO4:64gとしてのバナジウム(V):18g)を得た。このケーキIの乾物中構成比は、Na3VO4が85wt%、Na2SO4が0.1wt%、NaOHが15wt%であった。なお、NaOHの混入はその大部分が付着水によるものであるため、固液分離性を高めることで混入率は大幅に削減できる。また、蒸発濃縮工程に必要な投入エネルギーは、純バナジウム1.0kg回収あたり、13950kcalであった。
(4) Cooling Crystallization Step 1.0 kg of the concentrated solution obtained in the evaporation concentration step was taken, cooled gradually, and stirred at 5 ° C. for 5 hours to precipitate crystals. Solid-liquid separation was performed by suction filtration using a 1.0 μm membrane. As a result, 157 g of solid cake I (of which vanadium (V) as Na 3 VO 4 : 64 g: 18 g) was obtained. The composition ratio of this cake I in the dry matter was 85 wt% for Na 3 VO 4 , 0.1 wt% for Na 2 SO 4 , and 15 wt% for NaOH. Since most of the NaOH is mixed with the adhering water, the mixing rate can be significantly reduced by improving the solid-liquid separability. The input energy required for the evaporation concentration step was 13950 kcal per 1.0 kg of pure vanadium recovered.
Claims (14)
pH13以上となるように前記原料灰にアルカリ及び水、又はアルカリ溶液を添加し、バナジウムを液相に浸出させてアルカリ浸出液を得るアルカリ抽出工程と、
前記アルカリ浸出液を固液分離し、不溶物を固形分として除去するとともにバナジウムを含む前記アルカリ浸出液を浸出ろ液として得る固液分離工程と、
前記浸出ろ液を蒸発濃縮して濃縮液を得る蒸発濃縮工程と、
前記濃縮液を所定の冷却温度に冷却して晶析し、バナジウムを含む析出物を固形分として回収する晶析・固液分離工程と、を含み、
前記濃縮液は、前記冷却温度においてバナジウム化合物が飽和濃度以上、硫酸アルカリが飽和濃度以下となることを特徴とするバナジウム化合物の製造方法。 A vanadium compound that separates vanadium from raw material ash containing at least ammonium sulfate and / or ammonium hydrogensulfate, sulfuric acid, vanadium, and at least one other metal selected from nickel, iron, and magnesium. It ’s a manufacturing method,
An alkali extraction step of adding alkali and water or an alkaline solution to the raw material ash so that the pH becomes 13 or higher and leaching vanadium into the liquid phase to obtain an alkaline leachate.
A solid-liquid separation step in which the alkaline leachate is solid-liquid separated, insoluble matter is removed as a solid content, and the alkaline leachate containing vanadium is obtained as a leachate.
The evaporative concentration step of evaporating and concentrating the leachate to obtain a concentrated solution, and
It includes a crystallization / solid-liquid separation step of cooling the concentrated solution to a predetermined cooling temperature for crystallization and recovering the vanadium-containing precipitate as a solid content.
The concentrated solution is a method for producing a vanadium compound, characterized in that the vanadium compound has a saturated concentration or more and the alkali sulfate has a saturated concentration or less at the cooling temperature.
pH13以上となるように前記原料灰にアルカリ及び水、又はアルカリ溶液を添加し、バナジウムを液相に浸出させてアルカリ浸出液を得るアルカリ抽出手段と、
前記アルカリ浸出液を固液分離し、不溶物を固形分として除去するとともにバナジウムを含むアルカリ浸出液を浸出ろ液を得る固液分離手段と、
前記浸出ろ液を蒸発濃縮して濃縮液を得る蒸発濃縮手段と、
前記濃縮液を所定の冷却温度に冷却して晶析し、バナジウムを含む析出物を固形分として回収する晶析・固液分離手段と、を含み、
前記濃縮液は、前記冷却温度においてバナジウム化合物が飽和濃度以上、硫酸アルカリが飽和濃度以下となることを特徴とするバナジウム化合物の製造装置。 A vanadium compound that separates vanadium from raw material ash containing at least ammonium sulfate and / or ammonium hydrogensulfate, sulfuric acid, vanadium, and at least one other metal selected from nickel, iron, and magnesium. It ’s a manufacturing device,
An alkali extraction means for obtaining an alkaline leachate by adding alkali and water or an alkaline solution to the raw material ash so as to have a pH of 13 or higher and leaching vanadium into the liquid phase.
A solid-liquid separation means for solid-liquid separating the alkaline leachate, removing insoluble matter as a solid content, and obtaining an alkaline leachate containing vanadium as a leaching solution.
An evaporative concentration means for obtaining a concentrated solution by evaporating and concentrating the leachate filtrate,
Includes a crystallization / solid-liquid separation means for cooling the concentrated solution to a predetermined cooling temperature for crystallization and recovering the vanadium-containing precipitate as a solid content.
The concentrated liquid is an apparatus for producing a vanadium compound, characterized in that the vanadium compound has a saturated concentration or more and the alkali sulfate has a saturated concentration or less at the cooling temperature.
Priority Applications (5)
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