一种从含钒溶液中结晶分离大颗粒偏钒酸铵的方法技术

本发明专利技术涉及一种从含钒溶液中结晶分离大颗粒偏钒酸铵的方法，所述方法为：将含钒溶液通过依次进行的三个阶段进行真空冷却结晶得到偏钒酸晶体：第一阶段，真空结晶温度为60‑95℃，真空度为0.06‑0.07MPa；第二阶段，真空结晶温度为50‑60℃，真空度为0.07‑0.08MPa；第三阶段，真空结晶温度为30‑50℃，真空度为0.08‑0.15MPa；第三阶段，真空结晶温度为30‑50℃，真空度为0.08‑0.15MPa。本发明专利技术采用分阶段真空冷却结晶的方法可获得粒度均匀、尺寸在200μm以上的大颗粒偏钒酸铵晶体，同时明显提高降温速率，缩短结晶时间，且结晶过程不易发生结垢现象，具有良好的应用前景。

A Method for Separating Large Particles of Ammonium Metavanadate from Vanadium-Containing Solution by Crystallization

【技术实现步骤摘要】
一种从含钒溶液中结晶分离大颗粒偏钒酸铵的方法
本专利技术属于钒化工冶金
，涉及一种偏钒酸铵的结晶方法，尤其涉及一种从含钒溶液中结晶分离大颗粒偏钒酸铵的方法。。
技术介绍
钒渣是对含钒铁水在提钒过程中经氧化吹炼得到的或含钒铁精矿经湿法提钒所得到的含钒渣的统称，是重要的提钒原料。传统钒渣提钒方法为钒渣钠化焙烧-水浸提钒，该方法是在750-850℃添加钠盐(如食盐、芒硝、纯碱等)焙烧，使钒渣中的钒铁尖晶石氧化为可溶性的钒酸钠，水浸后钒酸钠进入溶液。钠化焙烧过程钒回收率低，经多次焙烧后钒的回收率也仅为80％，且焙烧过程会产生有害的SO2、HCl、Cl2等侵蚀性气体，污染环境；同时在后续的钒酸钠浸出液沉钒过程会产生大量的高盐氨氮沉钒废水(含Na+、NH4+)，治理成本很高。针对钠化焙烧过程废水废气污染问题，CN103937978A、CN04003442A、CN103952565A提出了含钒原料经高温焙烧后用铵盐溶液或者氨水浸出提钒的方法。含钒原料中的低价钒经高温焙烧氧化成五价钒，在铵盐溶液或氨水浸出过程钒以偏钒酸铵的形式进入液相，经固液分离得到含钒浸出液，浸出液经冷却结晶得到偏钒酸铵产品。该方法氨浸操作工艺简单，设备要求低，钒浸出率高，偏钒酸铵产品纯度高，不产生高盐氨氮废水，过程清洁。针对这一浸出体系，CN104294047A提出一种铵浸溶液中偏钒酸铵的结晶方法，该方法利用冷却结晶的方式从含有偏钒酸铵的溶液中得到偏钒酸铵，但是其对降温过程及降温方式未作具体阐述。工业生产过程中，如果采用自然降温的方法，降温速率非常慢，降温时间非常长，结晶效率低下。如果采用换热器进行冷却降温，则由于在换热界面存在过饱和度，偏钒酸铵细晶很容易结在换热表面，造成换热器结垢，严重影响换热器的换热效果，如不进行及时处理很容易将换热器完全堵塞，导致操作中断。而且，该方法未对偏钒酸铵晶体形貌进行控制，无法获得大颗粒、晶体形貌完整的偏钒酸铵晶体。而目前尚未发现一种高效的、不结垢的、晶体形貌可控的偏钒酸铵结晶方法
技术实现思路
鉴于现有技术中存在的问题，本专利技术的目的在于提供一种从含钒溶液中结晶分离大颗粒偏钒酸铵的方法，利用分阶段真空冷却结晶的方法实现偏钒酸铵溶液的降温，可获得粒度均匀、尺寸在200μm以上的大颗粒偏钒酸铵晶体，同时明显提高降温速率，缩短结晶时间，避免了结晶过程中偏钒酸铵的结垢现象，适用于工业化应用。为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：本专利技术提供了一种从含钒溶液中结晶分离大颗粒偏钒酸铵的方法，所述方法为：将含钒溶液进行真空冷却结晶得到偏钒酸晶体，所述真空冷却结晶分为依次进行的三个阶段：第一阶段，控制真空结晶温度为60-95℃，真空度为0.06-0.07MPa；第二阶段，控制真空结晶温度为50-60℃，真空度为0.07-0.08MPa；第三阶段，控制真空结晶温度为30-50℃，真空度为0.08-0.15MPa。本专利技术提供的方法真空冷却结晶共分为三个阶段进行，每个阶段的温度范围和其对应的真空度均为本专利技术最优的选择。高温阶段，相应提高结晶真空度有助于快速降温，以最经济节能的方式将钒液降温至饱和温度；中温阶段，此过程为结晶成核的关键时期，需控制相对较低的真空度，以控制结晶速率，避免爆发成核形成极微小的晶粒，生成均一、稳定的偏钒酸铵晶核；低温阶段，是偏钒酸铵晶体的长大区间，需控制温和的真空度，使晶体缓慢长大形成大颗粒晶体。各个阶段温度区间以及真空度过高或过低会对结晶产生不利的影响。随着溶液蒸汽分压的降低，溶液的沸点逐渐降低，即采用抽真空的方法可以实现常压条件下无法沸腾的溶液沸腾，从而将溶液中水分蒸发，溶液水分减小导致溶质浓度提高，同时可以利用蒸汽将体系的热量迅速带走，从而进一步促使溶液降温，从而实现溶液冷却结晶的目的。蒸汽蒸发带走热量可加速降温，换热降温过程发生在气液界面，可有效避免在容器器壁发生结垢。本专利技术为连续处理的工艺，第一阶段结束时刚好第二阶段开始，即第一阶段的终点温度和第二阶段的起始温度为同一温度，类似的，第二阶段的终点温度和第三阶段的起始温度同样相同。本专利技术所述的含钒溶液为含有偏钒酸铵的溶液，所述含钒溶液中偏钒酸铵浓度为20-50g/L，例如可以为20g/L、25g/L、30g/L、35g/L、40g/L、45g/L或50g/L，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本专利技术不再穷尽列举。本专利技术对于含钒溶液的来源并不进行具体限定，其可以为本领域通过任意工艺得到的含有偏钒酸铵的溶液，例如可以是铵盐浸出钒渣焙烧熟料获得，但非仅限于此，其他方式获得的含有偏钒酸铵的含钒溶液同样适用于本专利技术。根据本专利技术，所述真空冷却结晶的结晶终点温度为30-40℃，例如可以是30℃、31℃、32℃、33℃、34℃、35℃、36℃、37℃、38℃、39℃或40℃，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本专利技术不再穷尽列举。本专利技术可任选地在所述真空冷却结晶过程中加入晶种，当含钒溶液中只含有偏钒酸铵时，结晶过程中如无其他铵盐加入很容易形成过饱和溶液，晶体成核速率非常慢，而且最终形成的晶体颗粒小不均匀，无法获得大颗粒、结晶完整的偏钒酸铵晶体，在结晶过程中，如果在合适的温度加入偏钒酸铵晶种，可避免形成大量细小晶体，促进晶体成长。通过控制不同降温段的真空蒸发速率可控制晶粒的成长速度，获得粒度均匀、颗粒较大的偏钒酸铵晶体。本专利技术可任选的在所述真空冷却结晶过程中的第二阶段加入晶种，即可以在第二阶段(50-60℃)之间的任一温度加入晶种。。根据本专利技术，所述晶种的添加量为含钒溶液中偏钒酸铵质量的0.5-2％，例如可以是0.5％、0.7％、1％、1.2％、1.5％、1.8％或2％，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本专利技术不再穷尽列举。本专利技术采用本领域常用的方式进行固液分离的操作，例如可以是过滤、抽滤、离心等，但非仅限于此，其他合适的分离方式同样适用于本专利技术。本专利技术所述的热液为加热的液体，优选为热水，进一步优选为加热的工艺水。本专利技术得到的大颗粒偏钒酸铵晶体指粒径在200μm以上的偏钒酸铵晶体。作为优选的技术方案，本专利技术所述从含钒溶液中结晶分离大颗粒偏钒酸铵的方法包括以下步骤：将偏钒酸铵浓度为20-50g/L的含钒溶液进行真空冷却结晶得到偏钒酸晶体，所述真空冷却结晶分为依次进行的三个阶段：第一阶段，控制真空结晶温度为60-95℃，真空度为0.06-0.07MPa；第二阶段，任选地，加入偏钒酸铵质量0.5-2％的晶种，控制真空结晶温度在50-60℃，真空度为0.07-0.08MPa；第三阶段，控制真空结晶温度在30-50℃，真空度为0.08-0.15MPa。与现有技术方案相比，本专利技术至少具有以下有益效果：(1)本专利技术采用真空冷却结晶的方法实现偏钒酸铵溶液的降温，通过依次进行的三个阶段，调整真空冷却降温的速率，调控偏钒酸铵晶体的成长，可获得粒度均匀、尺寸在200μm以上的大颗粒偏钒酸铵晶体，同时明显提高降温速率，缩短了结晶时间。(2)本专利技术采用真空冷却结晶方法实现偏钒酸铵的高效结晶，由于换热界面发生在气-液界面，而非器壁上，不易发生偏钒酸铵结垢现象，有效改善冷却结晶的可操作性，具有良好的应用前景。附图说明图1是本专利技术实施例1提本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种从含钒溶液中结晶分离大颗粒偏钒酸铵的方法，其特征在于，所述方法为：将含钒溶液进行真空冷却结晶得到偏钒酸晶体，所述真空冷却结晶分为依次进行的三个阶段：第一阶段，控制真空结晶温度为60‑95℃，真空度为0.06‑0.07MPa；第二阶段，控制真空结晶温度在50‑60℃，真空度为0.07‑0.08MPa；第三阶段，控制真空结晶温度在30‑50℃，真空度为0.08‑0.15MPa。

【技术特征摘要】
1.一种从含钒溶液中结晶分离大颗粒偏钒酸铵的方法，其特征在于，所述方法为：将含钒溶液进行真空冷却结晶得到偏钒酸晶体，所述真空冷却结晶分为依次进行的三个阶段：第一阶段，控制真空结晶温度为60-95℃，真空度为0.06-0.07MPa；第二阶段，控制真空结晶温度在50-60℃，真空度为0.07-0.08MPa；第三阶段，控制真空结晶温度在30-50℃，真空度为0.08-0.15MPa。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述含钒溶液中偏钒酸铵浓度为20-50g/L。3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述真空冷却结晶的结晶终点温度为30-40℃。4.如权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，任选地，在所述真空冷却结晶过程中加入晶种。5.如...

【专利技术属性】
技术研发人员：王少娜，杜浩，刘彪，王欣然，李昊男，
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