一种由含钒浸出液生产硫酸氧钒的方法技术

技术编号:18556151 阅读:129 留言:0更新日期:2018-07-28 12:51
本发明专利技术提供一种由含钒浸出液生产硫酸氧钒的方法,包括以下步骤:将钒原料溶解后过滤获得含钒浸出液,调整pH至6‑10,向含钒浸出液中加入氧化剂,使钒氧化成五价得到五价钒溶液;向五价钒溶液中加入还原剂、引发剂,调整pH至6‑10,反应温度为30‑100℃,将反应得到的含钒沉淀固液分离获得含钒固体以及滤液;用溶剂将含钒固体溶解后,过滤得到硫酸氧钒溶液,所述溶剂为硫酸;将硫酸氧钒溶液冷却结晶,得到结晶母液和硫酸氧钒晶体。该方法能避免使用铵盐,在有效降低硫酸氧钒成本的同时,还实现了绿色生产。

【技术实现步骤摘要】
一种由含钒浸出液生产硫酸氧钒的方法
本专利技术涉及钒化学技术,尤其涉及一种由含钒浸出液生产硫酸氧钒的方法。
技术介绍
全钒氧化还原液流电池是一种优良的储能电池,该电池寿命长,寿命期内平均能量成本低,可靠性高,可快速充放电,功率与能量单元分离,在光伏发电,风力发电,削峰填谷等方面具有很大的发展前景。全钒液流电池也有很多缺点,例如安装成本较高,铅酸电池的安装成本为500-600元/kwh,锂电池为1500-2000元/kwh,而钒电池的安装成本高达2500-3000元/kwh。钒电池高昂的价格是影响其应用的关键因素。全钒液流电池电解液是全钒电池的关键材料,其制造成本占据钒电池总成本的1/3,因此降低全钒液流电池电解液生产成本,将有利于全钒液流电池的应用。为了促进钒电池的应用,需要继续从电池电解液的生产工艺上想办法降低成本。传统的钒电解液生产方法包括以下步骤:钠化焙烧含钒原料-浸出-中和-铵盐沉淀-焙烧-溶解-电解获得全钒液流电池电解液。钠化焙烧是钒原料处理广泛使用的方法,其原理是通过高温将不溶性钒化合物转化成可溶五价钒的钠盐,如偏钒酸钠或者正钒酸钠。在传统的钒电解液生产工艺中,使用铵盐将可溶性钒盐转化成沉淀,形成多钒酸铵或者偏钒酸铵,在此过程中产生了含钒和氨的沉钒废水,废水脱氨和钒需要大量的碱和蒸汽,导致成本高昂。以偏钒酸铵为例,加碱脱氨过程需要的费用高达5000-10000元/tV2O5,折合到电解液高达750-1500元/m3。另一种生产钒电池电解液的传统方法,是将钒化合物如V2O5与硫酸混合,加入还原剂,将钒还原成四价,形成硫酸氧钒溶液,然后再电解获得钒电池电解液,还原剂一般来说还原剂可以是SO2、糖类、草酸等物质,还原剂的使用一方面增加了生产成本,此外,一般来说还原过程产生了刺激性气体或者酸性气体,对环境造成了影响。
技术实现思路
本专利技术的目的在于,针对目前硫酸氧钒的制备方法生产成本高、污染环境的问题,提出一种由含钒浸出液生产硫酸氧钒的方法,该方法能避免使用铵盐,在有效降低硫酸氧钒成本的同时,还实现了绿色生产。为实现上述目的,本专利技术采用的技术方案是:一种由含钒浸出液生产硫酸氧钒的方法,包括以下步骤:步骤1、将钒原料溶解后过滤获得含钒浸出液,调整pH至6-10,向含钒浸出液中加入氧化剂,使钒氧化成五价得到五价钒溶液;本专利技术所述钒原料选取广泛,对钒原料中钒价态没有限制,即所述钒原料中可以包括三价钒、四价钒和五价钒中的一种或多种,该步骤用于溶解钒原料的溶剂可根据钒原料的理化性能选择酸浸或碱浸;步骤2、向五价钒溶液中加入还原剂、引发剂,调整pH至6-10,反应温度为30-100℃,将反应得到的含钒沉淀固液分离获得含钒固体以及滤液;步骤3、用溶剂将含钒固体溶解后,过滤得到硫酸氧钒溶液,所述溶剂为硫酸;步骤4、将硫酸氧钒溶液冷却结晶,得到结晶母液和硫酸氧钒晶体。进一步地,步骤1所述五价钒溶液中V2O5浓度为30~110g/L,优选为40~80g/L。进一步地,步骤1所述氧化剂为过硫酸钠、双氧水、次氯酸、次氯酸钠、氯气和空气中的一种或多种。进一步地,步骤1调整pH至7-9,采用双氧水调整pH。进一步地,步骤2调整pH至6-8,反应温度为40-80℃。进一步地,步骤2所述还原剂为硫化钠、亚硫酸钠、葡萄糖、果糖、二氧化硫中的一种或多种,所述还原剂加入量能将溶液中钒全部由五价还原成四价,优选的,所述还原剂加入量为能将溶液中钒全部由五价还原到四价所需量的1~1.5倍。进一步地,步骤2所述引发剂为铝盐和/或锌盐,优选的所述铝盐包括但不限于硫酸铝、氯化铝、偏铝酸钠和γ氧化铝中的一种或多种;所述锌盐包括但不限于硫酸锌和/或碳酸锌;所述引发剂的加入量为V2O5的0.1-15%wt,优选0.1-1%wt。进一步地,步骤2所述滤液经除盐处理后,返回步骤1用于钒原料的浸出。所述除盐处理为冷却结晶除硫酸钠。进一步地,步骤3所述硫酸氧钒溶液中钒浓度为3-6mol/L,优选4-5.5mol/L。进一步地,步骤4冷却结晶温度为10-80℃,优选40-60℃。进一步地,结晶母液中杂质含量小于等于设定值时,返回步骤3作为溶剂溶解含钒固体;结晶母液中杂质含量大于设定值时,返回步骤1与含钒浸出液合并。进一步地,步骤4中杂质含量设定值为V2O5:M(质量比)≥20:1,M为金属杂质。本专利技术由含钒浸出液生产硫酸氧钒的方法原理如下:四价钒的中性溶液在引发剂作用下获得沉淀,过滤沉淀获得滤液和含钒固体,滤液经除盐处理,可再次用于钒的浸出;使用硫酸将含钒固体溶解,经过冷却结晶将杂质分离,获得高纯硫酸氧钒晶体,高纯硫酸氧钒晶体能用于全钒液流电池电解液。本专利技术由含钒浸出液生产硫酸氧钒的方法步骤科学合理,与现有技术相比较具有以下优点:本专利技术使用含钒浸出液获得四价钒的沉淀,并以硫酸溶解获得粗硫酸氧钒溶液,经冷却结晶实现杂质与钒的分离,获得纯净的硫酸氧钒晶体。避免了传统钒化学的铵盐沉淀过程,以及后续的铵盐处理,因此显著降低了硫酸氧钒的生产成本。可节约的费用包括10000元/tV2O5的废水脱氨处理费用、焙烧偏钒酸铵的费用1000元/tV2O5,具有显著的经济效益。附图说明图1为本专利技术由含钒浸出液生产硫酸氧钒的方法流程图。具体实施方式本专利技术公开了一种由含钒浸出液生产硫酸氧钒的方法,其流程如图1所示:包括以下步骤:步骤1、将钒原料溶解后过滤获得含钒浸出液,调整pH至6-10,向含钒浸出液中加入氧化剂,使钒氧化成五价得到五价钒溶液;步骤2、向五价钒溶液中加入还原剂、引发剂,调整pH至6-10,反应温度为30-100℃,将反应得到的含钒沉淀固液分离获得含钒固体以及滤液;步骤3、用溶剂将含钒固体溶解后,过滤得到硫酸氧钒溶液,所述溶剂为硫酸;步骤4、将硫酸氧钒溶液冷却结晶,得到结晶母液和硫酸氧钒晶体。步骤1所述五价钒溶液中V2O5浓度为30~110g/L,优选为40~80g/L。步骤1所述氧化剂为过硫酸钠、双氧水、次氯酸、次氯酸钠、氯气和空气中的一种或多种。步骤1调整pH至7-9,本专利技术pH调节可采用双氧水。步骤2调整pH至6-8,沉淀的温度能够影响沉淀的速度和沉淀物形貌,因此步骤2中反应温度为30-100℃,优选反应温度为40-80℃。步骤2所述引发剂为铝盐和/或锌盐,优选的所述铝盐包括但不限于硫酸铝、氯化铝、偏铝酸钠和γ氧化铝中的一种或多种;所述锌盐包括但不限于硫酸锌和/或碳酸锌。引发剂是一种能够在中性溶液中沉淀的物质,它的沉淀引起溶液pH的轻微降低,由此为钒的还原反应提供了所需的氢离子,在还原剂作用下,部分钒被还原成四价钒,而四价钒在中性溶液中溶解度有限,在一定条件下缓慢形成了氢氧化钒沉淀,钒的沉淀过程消耗氢氧根,溶液pH降低,进一步促进钒的还原反应发生,由此进入了钒的还原-沉淀循环中,最终获得四价钒固体。由于,反应缓慢发生,所获得的沉淀物密度较大,易于过滤。由于引发剂是一种金属沉淀,为了获得较高纯度的硫酸氧钒晶体,必须进行用量限制,但加入太少则沉淀不易发生,因此引发剂的加入量为V2O5的0.1-15%wt,优选0.1%-1%wt。步骤2所述还原剂为硫化钠、亚硫酸钠、葡萄糖、果糖、二氧化硫中的一种或多种,还原剂用量必须达到或超过将钒全部还原成四价所需要的物质量,综上考虑本文档来自技高网
...

【技术保护点】
1.一种由含钒浸出液生产硫酸氧钒的方法,其特征在于,包括以下步骤:步骤1、将钒原料溶解后过滤获得含钒浸出液,调整pH至6‑10,向含钒浸出液中加入氧化剂,使钒氧化成五价得到五价钒溶液;步骤2、向五价钒溶液中加入还原剂、引发剂,调整pH至6‑10,反应温度为30‑100℃,将反应得到的含钒沉淀固液分离获得含钒固体以及滤液;步骤3、用溶剂将含钒固体溶解后,过滤得到硫酸氧钒溶液,所述溶剂为硫酸;步骤4、将硫酸氧钒溶液冷却结晶,得到结晶母液和硫酸氧钒晶体。

【技术特征摘要】
1.一种由含钒浸出液生产硫酸氧钒的方法,其特征在于,包括以下步骤:步骤1、将钒原料溶解后过滤获得含钒浸出液,调整pH至6-10,向含钒浸出液中加入氧化剂,使钒氧化成五价得到五价钒溶液;步骤2、向五价钒溶液中加入还原剂、引发剂,调整pH至6-10,反应温度为30-100℃,将反应得到的含钒沉淀固液分离获得含钒固体以及滤液;步骤3、用溶剂将含钒固体溶解后,过滤得到硫酸氧钒溶液,所述溶剂为硫酸;步骤4、将硫酸氧钒溶液冷却结晶,得到结晶母液和硫酸氧钒晶体。2.根据权利要求1所述由含钒浸出液生产硫酸氧钒的方法,其特征在于,步骤1所述五价钒溶液中V2O5浓度为30~110g/L。3.根据权利要求1所述由含钒浸出液生产硫酸氧钒的方法,其特征在于,步骤1所述氧化剂为过硫酸钠、双氧水、次氯酸、次氯酸钠、氯气和空气中的一种或多种。4.根据权利要求1所述由含钒浸出液生产硫酸氧钒的方法,其特征在于,步骤2所述还原剂为硫化钠、亚硫酸钠、葡萄糖、果糖、二氧化硫中的一种或多种,所述还原剂加入量能将溶液中钒全部由五价还原成四价...

【专利技术属性】
技术研发人员:刘国昌陈彦博宋明明阎成友孟昭扬
申请(专利权)人:大连博融新材料有限公司
类型:发明
国别省市:辽宁,21

网友询问留言 已有0条评论
  • 还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。

1