一种钒电解液回收利用方法技术

本发明专利技术提供了一种钒电解液回收利用方法，所述方法包括步骤：确定体积为V1的高价钒正极电解液中全钒离子浓度C1和V5+浓度C11；加入V2O5，V2O5物质的量n1根据C1、V1、目标电解液的钒离子浓度C2和体积V2来确定；加入还原剂进行还原反应；测定还原反应后的溶液中硫酸根浓度CS1和体积V1‑2；加入硫酸，硫酸物质的量n2根据CS1、V1‑2、V2和目标钒电解液所需的硫酸根浓度CS2来确定；向加入硫酸后的溶液中加入水，以获得体积为V2的目标钒电解液。本发明专利技术可以批量回收处理废电解液，实现电解液的循环利用，并且本发明专利技术的方法操作简单易行，可就近进行处理，有利于延长钒电池的运行周期。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及钒电池领域，更具体地讲，涉及一种高价钒正极电解液回收利用的方法。
技术介绍
随着新能源的发展，钒电池作为大有前景的储能电池广受关注。钒电池电解液是钒电池的重要组成部分，是电池的能量载体，钒电池的储能关键在电解液，而长期运行中的会发生正负极不匹配，能量失衡导致不能继续运行的问题，增加了运行成本，随着钒电池领域的发展，废弃电解液的回收利用开始成为钒电池产业的关注问题。公开号为CN103762377A的中国专利“钒电池及其电解液再平衡的方法”提供了一种新型钒电池结构设计，可以调节正负极电解液浓度差，使电解液恢复能量平衡，从而延长使用周期。但是该方法需要对电池结构进行改装，针对单个电堆进行调试。公开号为CN204905353U的中国专利“一种钒液流电池电解液的回收再利用装置”提供了一种回收废电解液的装置，可以将低浓度电解液变为高浓度，再循环使用。该申请通过加热浓缩电解液，可以提高钒浓度，但同时酸浓度也会提高，偏离正常值，影响使用。
技术实现思路
针对现有技术中存在的不足，本专利技术的目的之一在于解决上述现有技术中存在的一个或多个问题。例如，本专利技术的目的之一在于提供一种能够批量回收利用废电解液，实现电解液的循环利用的钒电解液回收利用方法。为了实现上述目的，本专利技术提供了一种钒电解液回收利用方法。所述方法包括如下步骤：确定体积为V1的高价钒正极电解液中全钒离子浓度C1和V5+浓度C11；加入V2O5，V2O5物质的量n1根据C1、V1、目标电解液的钒离子浓度C2和体积V2来确定；加入还原剂进行还原反应，V5+被还原为V4+，还原剂的加入量根据C11、n1和V1来确定；测定还原反应后的溶液中硫酸根浓度CS1和体积V1-2；向还原反应后的溶液中加入硫酸，硫酸物质的量n2根据CS1、V1-2、V2和目标钒电解液所需的硫酸根浓度CS2来确定；向加入硫酸后的溶液中加入水，以获得体积为V2的目标钒电解液。与现有技术相比，根据本方法的钒电解液回收利用方法可以批量回收处理废电解液，并且废电解液经处理后可重新投入使用，实现了电解液的循环利用。另外，本专利技术的方法的操作简单易行，可就近进行处理，有利于延长钒电池的运行周期。具体实施方式在下文中，将结合示例性实施例详细地描述根据本专利技术的钒电解液(即钒电池的电解液)回收利用方法。钒电池由于长时间运行，会产生钒离子迁移、负极二价钒离子氧化、负极析氢等，导致正负极电解液浓度不等，能量不匹配，尤其表现为正极五价钒离子过剩，甚至降低电解液粘度、产生沉淀等，影响到电池的正常运行，所以钒电池废电解液的处理主要为正极液的处理。根据本专利技术的钒电解液效回收利用方法，该方法是在钒电解液，即高价钒正极电解液(又称为高价钒电池正极电解液、高价钒电解液、废弃钒电解液或失效钒电解液)中加入还原剂，通过氧化还原反应将钒离子由高价态V5+还原为低价态V4+，再根据目标钒电解液的浓度要求，加入硫酸和水，从而制得目标钒电解液。高价钒正极电解液中加入还原剂，还原剂的作用是将V5+还原成V4+，反应生成VOSO4，VOSO4溶液可作为钒电池正负极的初始电解液。在本专利技术的一个示例性实施例中，根据本专利技术的钒电解液回收利用方法包括以下步骤：确定体积为V1的高价钒正极电解液中全钒离子浓度C1和V5+浓度C11；加入V2O5，V2O5物质的量n1根据C1、V1、目标电解液的钒离子浓度C2和体积V2来确定；加入还原剂进行还原反应，V5+被还原为V4+，还原剂的加入量根据C11、n1和V1来确定，测定还原反应后溶液中硫酸根浓度CS1和体积V1-2；向还原反应后的溶液中加入硫酸，硫酸物质的量n2根据CS1、V1-2、V2和目标钒电解液所需的硫酸根浓度CS2来确定；向加入硫酸后的溶液中加入水，以获得体积为V2的目标钒电解液。在本实施例中，以高价钒正极电解液为原料，通过电位滴定、紫外分光光度法或化学法测定体积为V1的高价钒正极电解液中V5+浓度C11和全钒离子浓度C1。在本实施例中，还原剂包括H2S、SO2、H2O2、H2SO3、H2C2O4和NO中的至少一种；优选的，还原剂为H2S、SO2和NO，还原性气体易于脱除，不会影响到电解液性能。还原剂的加入量根据C11、n1和V1来确定，还原剂在保证将V5+还原为V4+的前提下需至少过量1％；还原反应的终点为溶液变为纯蓝色，还原反应温度为60～80℃，由于反应物中钒浓度较低，还原反应进行速度比较快，反应时间根据反应物的种类、量及浓度来确定，即固定反应条件后来确定反应时间，其中，还原5L的电解液需8h。在本实施例中，V2O5的加入时机为还原剂加入之前。所需加入的V2O5物质的量n1根据式1确定，式1：n1＝(C2×V2-C1×V1)/2，其中，n1的单位是mol，V1和V2的单位是L，C11、C12和C2的单位是mol/L。在本实施例中，还原反应结束后，对所得溶液进行过滤，并脱去残余气体。还原反应后会有部分残余V2O5和/或其他固体杂质，残余气体为还原气体，以上进入电解液将影响电解液的性能，故需进行固液分离和气体脱除。在本实施例中，检测还原反应结束后溶液的成分，溶液的主要成分为硫酸氧钒和硫酸。还原反应结束后，测定溶液的体积V1-2，并通过电位滴定、紫外分光光度法、化学法来确定溶液中硫酸根浓度CS1。在本实施例中，还原反应结束后向溶液中加入硫酸，硫酸物质的量n2根据还原反应后溶液中硫酸根浓度CS1和目标钒电解液所需的硫酸根浓度CS2来确定；即硫酸物质的量n2根据式2确定，式2：n2＝CS2×V2-CS1×V1-2；其中，n2的单位是mol，V1-2的单位是L，CS1和CS2的单位是mol/L。在本实施例中，向加入硫酸后的所得溶液中加入水，以获得体积为V2的目标钒电解液。所述水为纯水、超纯水或去离子水，其中，纯水、超纯水和去离子水的电阻率大于5MΩ在本实施例中，失效电解液为高价钒电池正极电解液，高价钒电池正极电解液中全钒离子浓度C1为1.5～2.0mol/L，硫酸根浓度为4.0～5.0mol/L；优选的，C1为1.5～1.8mol/L，硫酸根浓度为4.0～4.5mol/L。目标电解液所需的钒离子浓度C2为1.5～2.0mol/L，硫酸根浓度CS2为4.0-5.0mol/L；优选的，C1为1.5～1.8mol/L，CS2为4.0～4.5mol/L。为了更好地理解本专利技术的上述示例性实施例，下面结合具体示例对其进行进一步说明。示例1取体积V1为5L的高价钒电池正极电解液，用电位滴定法测得电解液中全钒离子浓度C1为1.7mol/L，V5+浓度C11为1.0mol/L，硫酸根SO42-浓度为4.1mol/L。目标电解液体积V2为11.5L，钒离子浓度C2为1.7mol/L，硫酸根浓度CS2为4.1mol/L；根据公式n1＝(C2×V2-C1×V1)/2计算得到所需加入的V2O5物质的量n1为5.5mol，根据计算结果加入5.5mol的V2O5，即1kgV2O5。加入过量H2C2O4，还原反应温度为60℃，反应8h后溶液变为蓝色，溶液过滤后，加热脱去多余的H2C2O4，剩余溶液体积V1-2为4.2L；通过紫外分光光度法测得溶液中VOSO4浓度为4.5mol/L，H2S本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种钒电解液回收利用方法，所述电解液为高价钒正极电解液，其特征在于，所述方法包括如下步骤：确定体积为V1的高价钒正极电解液中全钒离子浓度C1和V5+浓度C11；加入V2O5，V2O5物质的量n1根据C1、V1、目标电解液的钒离子浓度C2和体积V2来确定；加入还原剂进行还原反应，V5+被还原为V4+，还原剂的加入量根据C11、n1和V1来确定；测定还原反应后的溶液中硫酸根浓度CS1和体积V1‑2；向还原反应后的溶液中加入硫酸，硫酸物质的量n2根据CS1、V1‑2、V2和目标钒电解液所需的硫酸根浓度CS2来确定；向加入硫酸后的溶液中加入水，以获得体积为V2的目标钒电解液。

【技术特征摘要】
1.一种钒电解液回收利用方法，所述电解液为高价钒正极电解液，其特征在于，所述方法包括如下步骤：确定体积为V1的高价钒正极电解液中全钒离子浓度C1和V5+浓度C11；加入V2O5，V2O5物质的量n1根据C1、V1、目标电解液的钒离子浓度C2和体积V2来确定；加入还原剂进行还原反应，V5+被还原为V4+，还原剂的加入量根据C11、n1和V1来确定；测定还原反应后的溶液中硫酸根浓度CS1和体积V1-2；向还原反应后的溶液中加入硫酸，硫酸物质的量n2根据CS1、V1-2、V2和目标钒电解液所需的硫酸根浓度CS2来确定；向加入硫酸后的溶液中加入水，以获得体积为V2的目标钒电解液。2.根据权利要求1所述的钒电解液回收利用的方法，其特征在于，V2O5物质的量n1根据式1确定：n1＝(C2×V2-C1×V1)/2式1其中，n1的单位是mol，V1和V2的单位是L，C1和C2的单位是mol/L。3.根据权利要求1所述的钒电...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹敏，彭穗，汪南方，刘波，李道玉，韩慧果，陈勇，陈婷，
申请(专利权)人：攀钢集团攀枝花钢铁研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：四川;51