JPH10114525A - 高純度五酸化バナジウムの製造法 - Google Patents

高純度五酸化バナジウムの製造法

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JPH10114525A
JPH10114525A JP23465497A JP23465497A JPH10114525A JP H10114525 A JPH10114525 A JP H10114525A JP 23465497 A JP23465497 A JP 23465497A JP 23465497 A JP23465497 A JP 23465497A JP H10114525 A JPH10114525 A JP H10114525A
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vanadium
ammonium
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vanadium pentoxide
trivanadate
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Masato Nakajima
正人 中島
Toshiaki Akaboshi
俊明 赤星
Masatoshi Sawahata
政利 澤幡
Yutaka Nomura
豊 野村
Kanji Sato
完二 佐藤
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KASHIMA KITA KYODO HATSUDEN KK
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KASHIMA KITA KYODO HATSUDEN KK
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 不純物を含むバナジウム化合物を精製して、
高純度五酸化バナジウムを製造する方法の提供。 【解決手段】 不純物を含む五酸化バナジウム及びメタ
バナジン酸アンモニウムからなる群から選ばれたバナジ
ウム化合物をアルカリ又は中性条件下で溶媒に加熱溶解
させた後、酸を加えて酸性条件下でバナジウムイオンを
加熱重合させてトリバナジン酸アンモニウムを析出さ
せ、濾液に不純物を抽出分離し、ついで精製されたトリ
バナジン酸アンモニウムを空気雰囲気下で400〜69
0℃の温度で処理する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、低純度バナジウム
化合物を原料として、高純度五酸化バナジウムを製造す
る方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、高純度五酸化バナジウム(V
25)の製造は小規模に行われているに過ぎず工業的製
造法はない。実験室等においては、メタバナジン酸アン
モニウム(NH4VO3)の晶析を繰り返して、高純度N
4VO3を調整し焼成するのが一般的である。これ以外
に、原料のV25に塩化チオニルを作用させて、オキシ
塩化バナジウムを合成して、蒸留により精製し、空気中
で分解させてV25を得る方法もあるが、工程が複雑で
腐食性のガスを使用するために経済的なV25の製造プ
ロセスにはなり得ない。
【0003】一方、環境問題のクローズアップと共に、
排水や産業廃棄物の規制が激しくなり、重金属元素であ
るバナジウムを含む発電所燃焼煤や廃触媒等の投棄は、
極めて難しい状況になっている。更に、将来の工業プロ
セスを考えた場合、資源は出来るだけ循環して、環境に
対する負荷を出来るだけ少なくする循環型の工業プロセ
スの開発が望まれている。本発明者等は、今後大量に廃
棄されることが予想される発電所燃焼煤や廃触媒を原料
として、高純度V25を製造する方法を開発し、これら
の産業廃棄物を再び資源として再生することを可能にし
た。環境に対する負荷が少ない工業プロセスの一例であ
る。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、不純
物を含むバナジウム化合物を精製して、高純度五酸化バ
ナジウムを製造する方法を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明は、不純物を含む
五酸化バナジウム及びメタバナジン酸アンモニウムから
なる群から選ばれたバナジウム化合物をアルカリ又は中
性条件下で溶媒に加熱溶解させた後、酸を加えて酸性条
件下でバナジウムイオンを加熱重合させてトリバナジン
酸アンモニウムを析出させ、濾液に不純物を抽出分離
し、ついで精製されたトリバナジン酸アンモニウムを空
気雰囲気下で400〜690℃の温度で処理することを
特徴とする高純度五酸化バナジウムの製造法である。
【0006】
【発明の実施の形態】本発明において出発原料として用
いられるバナジウム化合物は、不純物を含む五酸化バナ
ジウム及びメタバナジン酸アンモニウムである。具体的
な不純物としては、主にSi、Na、K、Ca、Mg、
Fe等があげられる。出発原料として五酸化バンジウム
を選んだ場合には、アンモニアと反応させて、 V25+NH3+H2O→2NH4VO3 の反応により、アンモニア水に溶解させてメタバナジン
酸アンモニウムに変えてから、純水に溶解させる。所定
量のメタバナジン酸アンモニウムをアルカリ性又は中性
条件下に溶媒、通常は水に加え、60〜100℃の温度
で完全に溶解させる。得られたメタバナジン酸アンモニ
ウム溶液中のバナジウム濃度は2〜5%程度が好まし
い。
【0007】メタバナジン酸アンモニウム溶液に、硫酸
を加えて、次のようなバナジウムイオンの重合反応を起
こさせる; 3NH4VO3+H2SO4=NH438↓+(NH4)2
4+H2O 不純物として珪素化合物、例えば珪酸ナトリウムが含ま
れる場合には、次ぎのようにゲル化し、バナジウム化合
物中に取り込まれる。 Na2SiO3+H2SO4=H2SiO3↓+Na2SO4 可溶性の珪素化合物の溶液濃度を1000ppm、好ま
しくは500ppm以下に押さえることにより、意外に
も、酸性条件下でもゲル化が起こらないことを見いだ
し、珪素化合物の分離に成功した。このため、金属や珪
素等の不純物は液中に残り、バナジウム化合物の精製を
効率よく行うことが可能となった。また、溶液中のバナ
ジウム濃度は400ppm以下であり、バナジウムの回
収率もほぼ100%である。
【0008】バナジウムイオンの重合反応は、次のよう
に進むと言われている。 2nNH4VO3+nH2SO4=H(VO32n↓+n
(NH42SO4 H(VO32nを書き直すとnH2O・V25となり、湿
式反応で五酸化バナジウムの水和物が合成され、アンモ
ニウムイオンは含まないはずであるが、実際はアンモニ
アを含む前記のような反応が起こっていることが分かっ
た。
【0009】反応終了後冷却し、濾過又は遠心分離等の
方法により、トリバナジン酸アンモニウムと濾液を分離
し、トリバナジン酸アンモニウム結晶を回収する。不純
物の大部分は濾液に残り、得られたメタバナジン酸アン
モニウムはアンモニウム以外の不純物を殆ど含まない高
純度品である。
【0010】工業的には、原料バナジウム化合物の溶解
及び精製は連続的に行われる。原料の低純度NH4VO3
をスクリューフィーダー等の定量供給機で溶解槽に供給
する。NH4VO3の供給は粉塵公害等を考えて、スラリ
ー化槽でNH4VO3をスラリーとして供給することがよ
り望ましい。溶解反応は、温度80〜100℃、滞留時
間0.1〜2時間で行い連続的にポンプで抜き出しフィ
ルター等で固形物を除きながら精製槽に送る。
【0011】精製槽に送られたNH4VO3溶液に濃硫酸
を加えpHを1〜3、好ましくは1.6〜2に保持し
て、反応温度60〜100℃、滞留時間0.1〜3時間
でトリバナジン酸アンモニウムを合成する。反応式は次
の通りである。 3NH4VO3+H2SO4=NH438↓+(NH42
SO4+H2O 生成速度は非常に速く、硫酸が加えられると直ちにオレ
ンジ色の結晶が析出する。精製反応槽からNH438
を含むスラリー液を連続的に抜き出し、沈降槽において
結晶を沈降させてスラリー濃度を高めると共に、不純物
が溶解した上澄み液はオーバーフローさせて廃水処理設
備に送る。濃縮したスラリー液はポンプで遠心分離器に
送り不純物を含む濾液を分離する。トリバナジン酸アン
モニウム結晶中に含まれる水は、不純物を含むために出
来るだけ少ないことが望ましい。より高純度なトリバナ
ジン酸アンモニウムを得ようとするときには、更に純水
中で分散撹拌して遠心分離機に掛けることもできる。
【0012】ついで、上記のようにして得られたトリバ
ナジン酸アンモニウムは、金属や珪素化合物等の不純物
は綺麗に除かれているが、上記精製工程では約5%程度
のアンモニウムイオンは除くことができない。トリバナ
ジン酸アンモニウムからのアンモニアの除去は、不活性
ガス(通常は窒素ガス)又は酸化性ガス(通常は空気)
雰囲気で400〜690℃の温度に、1〜4時間程度、
該化合物を加熱することにより行われる。本工程におけ
る処理は、トンネル炉、ロータリーキルン炉、棚段式の
電気炉等の装置を用いて行うことができる。
【0013】精製されたトリバナジン酸アンモニウムを
ロータリーキルン炉、トンネル炉、棚段式のボックス炉
等で空気雰囲気下に焼成する。アンモニアは炉内で大部
分燃える。主たる反応は次のような物である。 4NH438+3O2=6V25+2N2+8H2O 焼成炉にトリバナジン酸アンモニウムを供給するときに
あらかじめ乾燥して、水分を除いてから供給しても良い
し、直接遠心分離器からでてきた物を焼成炉に供給する
こともできる。また、トリバナジン酸アンモニウムの形
状も粉体のままでも良いし、必要ならば遠心分離器の後
に押し出し成型器等を入れて、成形体として供給するこ
ともできる。
【0014】
【発明の効果】この発明によれば、安価な低純度バナジ
ウム原料を使用して、硫酸溶液中でNH438を析出
させて精製し、その後NH438を焼成してアンモニ
アを除き、高純度V25を工業的に製造することができ
る。
【0015】
【実施例】次に本発明を実施例をもって具体的に説明す
る。 実施例1 5リットル容量の三ッ口フラスコに、純水5リットルと
回収メタバナジン酸アンモニウム(鹿島北共同発電社
製)150g(1.282mol)を入れ、撹拌しながら80℃
で完全に溶解させる。濃硫酸60mlを少しずつ加えて
溶液のpHを2近辺まで下げ、激しく撹拌しながら1時
間重合反応を行う。酸を加えると直ちに赤褐色のトリバ
ナジン酸アンモニウムが生成する。生じた結晶を取り出
し、純水で洗浄しながら吸引濾過し、110℃で乾燥し
た後の収量は120gであった。得られたトリバナジン
酸アンモニウムを電気炉で500℃の温度で、4時間焼
成し、アンモニウムと水分を除去して、V25を得た。
原料のメタバナジン酸アンモニウム、この実施例で得ら
れたV25、及び比較のために試薬特級V25中の不純
物の分析結果を表−1に示す。
【0016】
【表1】
【0017】実施例2 2m3の溶解槽に回収メタバナジン酸アンモニウム(鹿
島北共同発電社製)80kg及び水2m3を張り込み、
撹拌しながら90〜95℃の温度に加熱して完全に溶解
させた。得られた溶液を冷却器を通して80℃以下に冷
却した後、0.45μmのカートリッジフィルターを通
して固形物を除き、1m3の精製反応槽に送った。この
反応槽へ、溶液のpHが1.8になるまで濃硫酸を加
え、加熱して90〜97℃の温度に保ちながら1時間反
応させた。ついで、得られたスラリーを反応槽から抜き
出し、沈降槽に送って静置分離により、トリバナジン酸
アンモニウム結晶を沈降させた。濃厚となったスラリー
を遠心分離機に掛け、水分を20%程度に調整したトリ
バナジン酸アンモニウムを得た。これを乾燥して10%
程度の水分量に調整してから、定量供給機で40kg/
hの供給速度でロータリーキルン炉にフィードし、65
0℃(炉外壁温度)、滞留時間2時、空気流量10m3
/hの条件で焼成した。焼成後のV25の分析結果を表
−2に示す。
【0018】
【表2】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 野村 豊 茨城県鹿島郡神栖町大字東和田16番地 鹿 島北共同発電株式会社技術開発グループ内 (72)発明者 佐藤 完二 茨城県稲敷郡阿見町中央8丁目3番1号 鹿島北共同発電株式会社V電池開発室内

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 不純物を含む五酸化バナジウム及びメタ
    バナジン酸アンモニウムからなる群から選ばれたバナジ
    ウム化合物をアルカリ又は中性条件下で溶媒に加熱溶解
    させた後、酸を加えて酸性条件下でバナジウムイオンを
    加熱重合させてトリバナジン酸アンモニウムを析出さ
    せ、濾液に不純物を抽出分離し、ついで精製されたトリ
    バナジン酸アンモニウムを空気雰囲気下で400〜69
    0℃の温度で処理することを特徴とする高純度五酸化バ
    ナジウムの製造法。
  2. 【請求項2】 前記溶媒が水であり、不純物が水に可溶
    性の金属塩、珪酸塩及び/またはコロイダルシリカであ
    る請求項1記載の方法。
  3. 【請求項3】 前記酸が硫酸であり、アルカリがアンモ
    ニアである請求項1または2記載の方法。
  4. 【請求項4】 前記不純物が珪素化合物であり、バナジ
    ウム化合物を溶解させたとき、溶液中の珪素化合物濃度
    を1000ppm以下に維持する請求項1または2記載
    の方法。
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