一种利用含钒物料制备高纯五氧化二钒的方法技术

本发明专利技术提供了一种利用含钒物料制备高纯五氧化二钒的方法，所述方法为：将含钒物料进行焙烧，得到五氧化二钒含量在49wt％以下的焙烧产物，之后将焙烧产物与氯化剂在惰性气氛中进行反应，反应的温度为150℃～200℃，得到三氯氧钒气体和残渣，将三氯氧钒气体进行后处理，得到高纯五氧化二钒；所述氯化剂选自无水三氯化铝或无水三氯化铝与氯化钠的混合物。所述方法条件温和，使得钒以气态的形式逸出，易与其它物质进行分离，产品纯度较高，省去了后续的分离除杂步骤，能够得到纯度≥99％的五氧化二钒产品。本方法工艺流程简单，所需反应时间短，原料来源广泛易得，有效降低了生产成本，减少了三废的产生，对环境污染小。

Method for preparing high-purity five oxidation two vanadium by using vanadium containing material

The invention provides a method for the preparation of high purity material containing vanadium five of two vanadium, the method is as follows: the material containing vanadium by roasting, five of two vanadium content in calcined 49wt%, then calcined and chlorinating agent reaction in an inert atmosphere, reaction temperature 150 to 200 DEG C, three chlorine gas and vanadium residue, three vanadium oxychloride gas postprocessing, get high purity five of two vanadium chloride mixture; the agent selected from the group consisting of anhydrous aluminum chloride or anhydrous aluminum chloride with sodium chloride. The method of mild conditions, the vanadium in the form of gaseous escape, easy separation and other substances, high product purity, simple subsequent separation and impurity removal steps, we can get five purity of not less than 99% of two vanadium oxidation products. The method has the advantages of simple technological process, short reaction time, wide raw material source, easy availability, effectively reducing production cost, reducing the generation of the three wastes and little pollution to the environment.

【技术实现步骤摘要】
一种利用含钒物料制备高纯五氧化二钒的方法
本专利技术属于钒提取的
，涉及含钒物料制备高纯五氧化二钒的方法，尤其涉及一种由含钒物料清洁生产五氧化二钒的方法。
技术介绍
钒是世界公认的紧缺资源和重要战略物质，钒以其优良的合金性能和催化性能，被广泛地应用于冶金、化工、机械、电子、汽车、铁路及轻工等领域，85％的钒被钢铁行业消耗，其中高纯氧化钒应用于全钒液流电池、钒铝中间合金、电极材料或催化剂等高精尖领域。我国钒制品生产原料主要包括钒渣、石煤和含钒废催化剂等，其中含钒催化剂主要来自硫酸工业、石油工业与高分子工业等。钒渣占总生产原料的60％，为我国生产钒制备主要原料，目前我国工业上比较成熟的钒渣提钒工艺是钠化焙烧工艺和钙化焙烧工艺。钠化焙烧工艺虽然具有技术成熟、稳定性好、操作简便等优势，但存在焙烧产生有害气体，含盐废水以及各种废渣处理成本高等问题。钙化焙烧虽然避免了废气以及高盐废水的产生，但仍存在酸浸液杂质多，产品纯度低，酸性废水废渣难以利用的问题。为了解决钙化焙烧酸浸过程浸出液杂质高的问题，目前研究较多的有钒渣铵浸提钒工艺，如CN102560086A，CN103952565A，CN103937978A，CN104003442A，CN104831090A等采用碳酸氢铵、碳酸铵、氨水等浸出钒渣钙化或空白焙烧熟料。虽然铵浸提钒法得到的钒产品纯度较高，解决了含盐废水、含铬废渣的问题。但铵浸液固比大，浸出液钒浓度较低，导致偏钒酸铵冷却结晶率低，以及有铵盐易分解等问题。CN105779757A，CN105779758A，CN105714102A，CN105671339A，CN105671340A等采用磷酸铵、草酸铵等浸出钒渣钙化、锰化或空白焙烧熟料，该类铵盐虽然不分解，但引进了阴离子，钒产品纯度也相比碳酸氢铵、碳酸铵、氨水等浸出有所降低。石煤占总生产原料的30％，目前我国工业上成熟的石煤提钒工艺直接酸浸提钒工艺，得到的钒浸液通过萃取富集钒。传统萃取法富集钒工艺流程为：含钒酸浸液-调pH-还原-萃取-反萃-氧化-沉钒。该工艺虽然很成熟，但流程长，试剂耗量大，生产成本高，废水废渣难以资源化利用。CN104261473A公开了一种石煤提钒的方法，石煤与硫酸和氧化剂发酵7-10天，水浸，浸出液经过多次除杂，离子交换富集钒，得到纯度较高的钒产品。该工艺离子交换法富集钒的流程：含钒酸浸液-氧化-除铝-除铁-离子交换-解吸-沉钒。该工艺沉钒后液可以返回浸出工序，虽然减少了废水的产生，但工艺仍然流程较长，生产效率低。石煤提钒后续都要经过富集过程，因此得到的钒产品纯度也较高，但三废问题仍然严重，而且石煤提钒整个工艺流程较长，操作工序多，生产成本高。硫酸工业废钒催化剂中钒的回收利用目前的方法，大致可分为碱溶浸取法和酸溶浸取法。其中，酸溶浸取法可使废钒催化剂中大量的载体物质不能进入溶液，有利于后面的分离提纯，但仍然有铁铝等金属杂质进入溶液，如CN102491419A。碱溶浸取法虽可以使铁金属离子与钒分离，但有相当量的硅、铝等杂质仍可进入溶液，易形成胶体而难于分离，导致两种工艺钒产品纯度都不高。SCR脱硝废钒催化剂提钒工艺，目前研究较多，但是相关工艺技术路线复杂，过程中用到的强酸强碱较多或者采用高温焙烧法，“三废”较多，同时无法实现V与W、Ti等有价金属的高效分离获得到高纯度的产品，如CN105200236A、CN104611564A、CN101921916A等。石油工业以及高分子工业废钒催化剂较成熟的生产工艺是钠化焙烧提钒工艺，由于废钒催化剂往往包裹油、有机物，直接钠化焙烧容易局部过热，导致回转窑结圈，预点火脱油，容易产生有害气体，传统的钠化焙烧工艺仍然有产生废水废渣等环境问题，废钒催化剂往往是多种有价金属组成，产品互相夹带，纯度不高，如CN104129814A和CN105274344。以上提钒方法都是将钒以钒酸盐的形式浸出到溶液中，或多或少都会有杂质离子共同浸出。CN105986126A公开了一种钒渣高效氯化提钒的系统和方法，添加钒渣质量的10％～30％焦粉，在氯化流化床中500～900℃通氯气停留30～90min进行钒渣氯化。三氯氧钒在水解流化床中直接通过气相水解生产五氧化二钒粉体。氯化残渣和干渣粉料在氧化流化床中氧化处理回收氯气。利用成套系统制备氧化钒，得到的氧化钒产品纯度较高。但氯气腐蚀性很强，对设备、操作要求高从而使成本大幅升高，且污染严重再生困难。氯化残渣含大量的氯，需要700-1000℃氧化处理，氧化处理成本高。CN101709388A公开了一种钒渣氯化焙烧分离钒的工艺，首先将钒渣在回转窑中850～950℃焙烧120～150min，得到氧化焙烧料，再将碳质还原剂、固体氯化剂MgCl2·6H2O与钒渣氧化焙烧料压粒，送入回转窑500℃～700℃下氯化焙烧2～4小时，使三氯氧钒挥发出来提取钒。采用固体氯化剂MgCl2·6H2O虽然避免了氯气腐蚀性强，污染严重等问题，但是需要添加碳质还原剂消除氯化剂MgCl2·6H2O分解水蒸气带来的三氯氧钒的水解反应，该工艺氯化温度较高，导致氯化效率偏低。CN101906531A公开了一种以钒钛磁铁矿精矿粉为主要原料，将其与氯化剂FeCl3、熔剂CaCl2和石墨粉一同造块，然后在1100K～1300K的温度范围内，氩气氛围条件下对经造块后的物料进行2～3小时的氯化提钒焙烧，得到含钒气体。该工艺氯化温度仍然较高。目前的氯化法均是添加还原剂进行造粒，且存在氯化温度较高(大于500℃)，氯化效率低，生产成本高的问题。因此，本专利技术旨在提供一种短流程、低成本、操作简便和污染小的含钒物料提钒新方法。
技术实现思路
针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的在于提供一种利用含钒物料制备高纯五氧化二钒的方法，所述提钒方法工艺条件温和，钒提取率高，便于分离，流程短，成本低，操作简便并且污染小，并且能够得到高纯度五氧化二钒。所述高纯五氧化二钒是指五氧化二钒的纯度≥99wt％，如99.1wt％、99.2wt％、99.3wt％、99.4wt％、99.5wt％、99.6wt％、99.7wt％、99.8wt％或99.9wt％等。为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：一种利用含钒物料制备高纯五氧化二钒的方法，所述方法为：将含钒物料进行焙烧，得到五氧化二钒含量在49wt％以下的焙烧产物，之后将焙烧产物与氯化剂在惰性气氛中进行反应，反应的温度为150℃～200℃，得到三氯氧钒气体和残渣，将所述三氯氧化钒气体进行后处理，得到高纯五氧化二钒；其中，所述氯化剂选自无水三氯化铝或无水三氯化铝与氯化钠的混合物。所述焙烧产物中五氧化二钒的含量可为48wt％、47％、45％、42％、40％、38％、35％、30％、25％、20％、15％、10％、5％、3％或1％等。所述含钒物料中的钒需焙烧为五氧化二钒才能与氯化剂反应得到三氯氧钒气体，其它的钒的氧化物在上述条件下与氯化剂反应无法得到三氯氧钒气体。如果含钒物料不进行焙烧，则仅含钒物料中本身以五氧化二钒形式存在的钒可以通过与氯化剂反应得到三氯氧钒气体被提取出，含钒物料中以其他形式存在的钒无法被提取出。本专利技术提供的含钒物料的提钒方法以焙烧后的含钒物料为钒源，以无水三氯化铝或无水三氯化铝与氯化钠的混合本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用含钒物料制备高纯五氧化二钒的方法，其特征在于，所述方法为：将含钒物料进行焙烧，得到五氧化二钒含量在49wt％以下的焙烧产物，之后将焙烧产物与氯化剂在惰性气氛中进行反应，反应的温度为150℃～200℃，得到三氯氧钒气体和残渣，将所述三氯氧化钒气体进行后处理，得到高纯五氧化二钒；其中，所述氯化剂选自无水三氯化铝或无水三氯化铝与氯化钠的混合物。

【技术特征摘要】
1.一种利用含钒物料制备高纯五氧化二钒的方法，其特征在于，所述方法为：将含钒物料进行焙烧，得到五氧化二钒含量在49wt％以下的焙烧产物，之后将焙烧产物与氯化剂在惰性气氛中进行反应，反应的温度为150℃～200℃，得到三氯氧钒气体和残渣，将所述三氯氧化钒气体进行后处理，得到高纯五氧化二钒；其中，所述氯化剂选自无水三氯化铝或无水三氯化铝与氯化钠的混合物。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述含钒物料包括钒渣、石煤或含钒废催化剂中的任意一种或至少两种的组合；优选地，所述焙烧的温度为400～1000℃，优选为700～900℃；优选地，所述焙烧的时间为0.5～4h，优选为2～3.5h。3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述反应的温度为160℃～180℃；优选地，所述反应的时间为0.5～5h，优选为2～4h；优选地，所述惰性气氛选自氮气气氛、氦气气氛、氩气气氛和空气气氛中的任意一种或至少两种的组合。4.根据权利要求1-3之一所述的方法，其特征在于，所述氯化剂为无水三氯化铝时，无水三氯化铝的摩尔量与焙烧产物中五氧化二钒的摩尔量为1:1～1:8，优选为1:2～1:3；优选地，所述氯化剂为无水氯化铝和氯化钠的混合物时，无水三氯化铝的摩尔量与焙烧产物中五氧化二钒的摩尔量之比为1:1～1:8，优选为1:2～1:3；优选地，所述无水三氯化铝的摩尔量不小于氯化钠的摩尔量，优选为无水三氯化铝与氯化钠的摩尔量之比为1:1～9:1，进一步优选为3:2～7:3；优选地，所述无水三氯化铝的纯度不低于98wt％；优选地，所述氯化钠和无水三氯化铝独立地选自优级纯试剂、工业品或自制粗品。5.根据权利要求1-4之一所述的方法，其特征在于，所述残渣用于与盐酸反应得到无水三氯化铝，所述无水三氯化铝用于与焙烧产物反应。6.根据权利要求1-5之一所述的方法，其特征在于，所述后...

【专利技术属性】
技术研发人员：张红玲，姜单单，董玉明，朱光锦，裴丽丽，徐红彬，张懿，
申请(专利权)人：中国科学院过程工程研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11