一种五氧化二钒提纯的方法技术

本发明专利技术提供了一种五氧化二钒提纯的方法，所述方法为：将氯化钠、无水氯化铝和待提纯五氧化二钒的混合料在惰性气氛中反应，所述反应的温度为150℃～200℃，得到三氯氧钒气体和残渣。所述三氯氧钒气体进一步处理可得到高纯度五氧化二钒。所述方法钒提取率高，条件温和，所需时间较少，由于反应产物为气态的三氯氧化钒，便于钒与其它的固体杂质或液体进行分离，工艺流程短，降低了生产成本，减少了三废的产生，对环境污染小，制备出的五氧化二钒产品纯度≥99.99％，能够满足航空航天用钒铝合金、全钒电池等领域的要求，同时为小批量或规模化生产高纯五氧化二钒提供基础。

【技术实现步骤摘要】
一种五氧化二钒提纯的方法
本专利技术属于无机材料的提纯
，涉及一种五氧化二钒提纯的方法。
技术介绍
钒是重要的战略资源，具有众多优良的物理和化学性能，被称为金属“维生素”。钒也因此被广泛应用于钢铁、冶金以及化学工业等众多领域。在众多钒产品中，结构最稳定、应用最广泛的就是五氧化二钒。然而，近些年来，工业级五氧化二钒面临生产过剩、销售市场低迷、价格持续走低等现状。而全钒电池、钒铝中间合金、电极材料、催化剂等高精尖领域对五氧化二钒纯度提出更高要求，并且高纯五氧化二钒产品附加值更高。目前，国内市场高纯五氧化二钒基本依赖进口，急需研发高纯五氧化二钒的有效简便制备方法，以减缓钒产品市场的疲软状态，带动钒的消费升级，并增加我国在钒产品市场的竞争力。目前制备高纯五氧化二钒主要采用湿法，主要方法包括：(1)溶剂萃取法：此种方法多以含钒溶液为原料，制备得到的五氧化二钒纯度高，但萃取剂价格昂贵且用于稀释的有机溶剂易燃、有毒，易对环境造成污染；(2)离子交换法：此种方法多以含钒溶液为原料，制备的五氧化二钒纯度较高，但离子交换树脂的生产能力小、再生频繁，致使生产成本过高，不适合工业化制备高纯五氧化二钒；(3)化学沉淀法：此种方法成本相对低，产品可用于制备钒铝合金，但钒的损失较大，有效除硅的同时引进新的杂质铝，受沉淀平衡的限制大，应用有一定的局限性；(4)结晶法：此法以偏钒酸铵或多钒酸铵为原料，碱溶结晶后再次返溶沉钒煅烧得到五氧化二钒产品，成本低、操作方便、工艺简单，但会产生废水。CN104843789A公开了一种提纯五氧化二钒的方法，所述方法包括如下步骤：(1)将含钒原溶液钙化，过滤得到钒酸钙固相；之后将钒酸钙固相酸化得到待处理含钒溶液；(2)加入除杂剂进行除杂，得到净化钒液和除杂泥；所述除杂剂包括碳酸铵和/或碳酸氢铵；(3)调节净化钒液pH值，加入(NH4)2SO4进行沉钒，得到多钒酸铵沉淀，之后经过加热除去水和氨，得到五氧化二钒；在步骤(1)之前或之后可选进行步骤(1’)：除硅磷杂质。但是，所述方法只针对含钒溶液。CN104164569A公开了一种钒渣铵盐浸取制备五氧化二钒的方法。包括如下步骤：(1)将钒渣与添加剂混合配料，经焙烧得到焙砂；(2)将步骤(1)所得焙砂用铵盐水溶液浸出，液固分离；(3)将步骤(2)分离后的溶液冷却结晶并分离，得到偏钒酸铵晶体；(4)将步骤(3)所得偏钒酸铵晶体烘干后焙解，即可得到五氧化二钒产品。所述添加剂为钙盐和/或镁盐，优选碳酸钙、氧化钙、氢氧化钙、碳酸镁、氧化镁或氢氧化镁中的一种或至少两种的混合物。但是，该方法得到的五氧化二钒的纯度不够高。此外，也有专利文献以氯气作为氯化剂提钒，制备的五氧化二钒产品纯度高，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。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五氧化二钒提纯方法。
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五氧化二钒提纯的方法，所述方法工艺流程短、所需时间少、成本低、操作简便并且污染小，且三氯氧化钒的收率较高，便于分离，能够得到纯度≥99.99％的五氧化二钒产品，可满足航空航天用钒铝合金、全钒电池等领域的要求，同时为小批量或规模化生产高纯五氧化二钒提供基础。所述高纯五氧化二钒是指五氧化二钒产品的纯度≥99.99％。为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：一种五氧化二钒提纯的方法，所述方法为：将氯化钠、无水氯化铝和待提纯五氧化二钒的混合料在惰性气氛中反应，所述反应的温度为150℃～200℃，得到三氯氧钒气体和残渣，将所述三氯氧钒气体进行后处理，得到高纯五氧化二钒。所述方法适用的原料为五氧化二钒，如果将五氧化二钒替换为三氧化二钒，则在相同的反应条件下，得不到所述三氯氧钒气体。氯化钠和氯化铝的混合物与待提纯五氧化二钒进行反应显著提高了提钒率、缩短了反应时间并提高了三氯氧钒的纯度(进而有利于五氧化二钒产品纯度的提升)。所述的方法能够得到三氯氧钒气体，钒以气态的形式实现与待提纯五氧化二钒中其他杂质如K、Na、Ca、Fe、Al、Si、Mg、Zn及P等的有效且高效分离。本专利技术提供的方法有效降低了生产成本，减少了三废的产生，对环境污染小。收集到纯净的三氯氧钒气体，之后用对三氯氧钒进行后处理，即可得到高纯五氧化二钒，且产品收率较高。所述反应的温度为150℃～200℃，如155℃、160℃、165℃、170℃、180℃、185℃或195℃等，优选为160℃～180℃。优选地，所述反应的时间为0.5～5h，如1h、2h、3h、4h等，优选为1～4h，进一步优选为1～2h；优选地，所述惰性气氛选自氮气气氛、氦气气氛、氩气气氛或空气气氛中的任意一种或至少两种的组合。所述惰性气氛是指不含有水分且不与待处理五氧化二钒、无水三氯化铝和氯化钠反应的气体。典型但非限制性的组合为：氮气与氦气气氛，氦气与氩气气氛，氮气气氛、氦气气氛和氩气气氛，氮气气氛、氩气气氛和空气气氛。所述待提纯五氧化二钒与无水三氯化铝的摩尔比为1:1～1:8，如摩尔比为1:1.5、1:2、1:2.5、1:3、1:4、1:4.5、1:5、1:5.5、1:6、1:6.5、1:7或1:7.5等，优选为1:1～1:5，进一步优选为1:3～1:4。所述无水三氯化铝的摩尔比越高，待提纯五氧化二钒中钒的提取率越高，但是，无水三氯化铝的加入量越高，其成本越高，因此，优选两者的摩尔比为1:1～1:5，进一步优选为1:3～1:4。优选地，所述无水氯化铝的摩尔量不小于氯化钠的摩尔量，如无水三氯化铝与氯化钠的摩尔比为1:1、1.5:1、2:1、2.5:1、3:1、3.5:1、4:1、4.5:1、5:1、6:1、7:1、8:1、9:1或10:1等，优选无水氯化铝与氯化钠的摩尔量之比为1:1～9:1，如无水三氯化铝的摩尔量与无水三氯化铝和氯化钠总的摩尔量之比为0.5、0.6、0.7、0.8或0.9等，进一步优选为1:1～4:1。只要向无水三氯化铝与待提纯五氧化二钒的体系中加入氯化钠，钒的提取率就有明显的上升，氯化钠的加入量优选为无水氯化铝与氯化钠的摩尔量之比为1:1～9:1，此时，钒的提取率最高。所述待提纯五氧化二钒为工业品和/或自制本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种五氧化二钒提纯的方法，其特征在于，所述方法为：将氯化钠、无水氯化铝和待提纯五氧化二钒的混合料在惰性气氛中反应，所述反应的温度为150℃～200℃，得到三氯氧钒气体和残渣，将所述三氯氧钒气体进行后处理，得到高纯五氧化二钒。

【技术特征摘要】
1.一种五氧化二钒提纯的方法，其特征在于，所述方法为：将氯化钠、无水氯化铝和待提纯五氧化二钒的混合料在惰性气氛中反应，所述反应的温度为150℃～200℃，得到三氯氧钒气体和残渣，将所述三氯氧钒气体进行后处理，得到高纯五氧化二钒。2.根据权利要求1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1～4h，进一步优选为1～2h；优选地，所述惰性气氛选自氮气气氛、氦气气氛、氩气气氛或空气气氛中的任意一种或至少两种的组合。3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述待提纯五氧化二钒与无水三氯化铝的摩尔比为1:1～1:8，优选为1:1～1:5，进一步优选为1:3～1:4；优选地，所述无水氯化铝的摩尔量大于氯化钠的摩尔量，优选无水氯化铝与氯化钠的摩尔量之比为1:1～9:1，进一步优选为1:1～4:1。4.根据权利要求1-3之一所述的方法，其特征在于，所述待提纯五氧化二钒为工业级五氧化二钒和/或自制五氧化二钒粗品；优选地，所述待提纯五氧化二钒的纯度不高于98％；优选地，所述无水三氯化铝的纯度不低于98％；优选地，所述无水三氯化铝选自优级纯无水氯化铝、工业无水氯化铝或自制无水三氯化铝粗品中的任意一种或至少两种的组合。5.根据权利要求1-4之一所述的方法，其特征在于，所述后处理包括如下步骤：将三氯氧化钒气体冷凝后水解，将水解产物进行液固分离，得到固体产物和液体产物，将固体产物热解，得到高纯五氧化二钒。6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，冷凝后的三氯氧钒的温度低于120℃，优选为70～100℃。7.根据权利要求5或6所述的方法，...

【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