一种五氧化二钒的制备方法技术

本发明专利技术提供了一种五氧化二钒的制备方法，所述方法包括以下步骤：将含钒溶液与铁盐混合后在酸性条件下进行沉钒，得到含钒渣相；将含钒渣相形成分散液后与铵化剂混合，在加热条件下进行转溶，得到净化钒液；将净化钒液冷却结晶后煅烧处理，得到五氧化二钒产品。本发明专利技术所述方法以铁盐为沉钒介质，将钒转移至沉淀相，与铬、锰、钾、钠等多种杂质分离，再通过铵化转溶，实现钒铁高效分离，使得五氧化二钒产品的纯度达到99.6％以上，并控制碱金属及碱土金属的质量含量均在0.002％以下；所述方法工艺路线简单，药剂消耗量少，条件温和，成本较低，可实现介质的循环利用，符合绿色环保要求，适用于工业规模的生产应用。

A preparation method of vanadium pentoxide

【技术实现步骤摘要】
一种五氧化二钒的制备方法
本专利技术属于冶金提钒
，涉及一种五氧化二钒的制备方法，尤其涉及一种铁盐作为中间媒介制备五氧化二钒的方法。
技术介绍
钒作为一种重要的过渡金属元素，在钢铁、航空航天、化工、电子技术等领域应用广泛，随着下游应用产品的改进升级，需要得到高端、高技术含量、深加工的产品，因此对原料钒氧化物尤其是五氧化二钒的品位提出了更高的要求。现有的国标纯度尤其是特定元素指标已难以满足这些高端产品的要求。目前，钒应用领域最为重要的高端产品包括航空航天级钒铝合金、全钒液流电池专用电解液、纳米级钒官能材料、钒催化剂和钒发光材料等。含钒物料首先需要浸出得到含钒溶液，再进行后续的除杂、提纯，虽然由于含钒原料不同、浸出工艺有所差别，会导致杂质的种类及含量略有差异，但主要杂质基本一致，包括铁、铬、锰、硅酸根、磷酸根、钠、钾、钙、镁和铝等，需要根据含钒溶液的具体组成采用相应方法提纯制备高纯度钒产品。目前，高纯五氧化二钒的制备方法主要有萃取法、化学沉淀法、离子交换法等，其中萃取法由于有机溶剂的使用，容易引起环境问题，同时易将阴离子杂质一同萃取，难以达到高纯度的要求；离子交换法的应用主要适于高钒含量的产品进一步提纯，若是普通含钒溶液则难以处理，或者离子交换树脂用量过大，同时离子交换法存在对阴离子杂质选择性不强的问题。而化学沉淀法主要是通过各种试剂的加入，在不同pH值下形成沉淀物，去除杂质离子，目前的研究较多。此外，为了提高钒产品的纯度，也有采用多种方法联用的进行提钒的研究。CN102531054A公开了一种偏钒酸铵的提纯方法以及高纯度五氧化二钒的制备方法，该方法通过将粗制偏钒酸铵溶解后，调节pH至8～10，加入水溶性镁盐和/或钙盐，与杂质阴离子生成沉淀，过滤后进一步将滤液的pH值调节至10～12，使杂质阳离子生成沉淀，再加入水溶性铵盐或浓氨水，冷却结晶，得到的偏钒酸铵洗涤后再次溶解，加入水溶性铵盐或浓氨水，过滤冷却至室温，生成偏钒酸铵沉淀，清洗、脱水后煅烧处理，得到纯度不小于99.9％的五氧化二钒。但该方法只适用于粗制偏钒酸铵的提纯，并不适用于从含钒溶液中提取高纯五氧化二钒，而且该方法可处理的杂质种类较少，一旦杂质成分种类增加，容易引入新的杂质。CN105800689A公开了一种超纯五氧化二钒的制备方法，先进行预除杂，将含钒溶液中的磷和硅转移至固相除去，再进行钙化沉钒，将铬、锰、钾、钠等杂质留于液相除去，再经转移至固相的钒采用铵盐转溶至液相，再经过铵型阳离子交换系统，将液相残余的微量阳离子置换为铵离子，实现深度净化，再经冷却沉钒和脱氨煅烧得到五氧化二钒。该方法除了沉淀法，还采用离子交换法，处理成本较高，且未能将碱金属及碱土金属杂质含量充分降低。综上所述，对于高纯钒氧化物的制备，还需优化改进方法，合理选用试剂既能够得到高纯度钒产品，又可以减少药剂消耗量，降低成本。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题，本专利技术的目的在于提供一种五氧化二钒的制备方法，所述方法采用铁盐作为沉钒剂，将含钒溶液中的钒提纯，再经铵化转溶实现与杂质元素的充分分离，制备得到高纯度的五氧化二钒产品；所述方法工艺路线简单，药剂消耗量少，产品杂质含量低，满足对高纯原料的需求。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五氧化二钒的制备方法，所述方法包括以下步骤：(1)将含钒溶液与铁盐混合后在酸性条件下进行沉钒，得到含钒渣相；(2)将步骤(1)得到的含钒渣相形成分散液后与铵化剂混合，在加热条件下进行转溶，得到净化钒液；(3)将步骤(2)得到的净化钒液冷却结晶后煅烧处理，得到五氧化二钒产品。本专利技术中，由含钒溶液制备高纯度的五氧化二钒，首先采用铁盐作为沉淀剂，将钒转移到沉淀相中，与铬、锰、钾、钠等多种杂质分离，再通过铵化转溶，实现钒与铁的高效分离，进一步制备高纯五氧化二钒产品；所述方法工艺路线简单，药剂消耗量少，条件温和，产品中杂质元素含量低，尤其是实现碱金属及碱土金属含量的控制。以下作为本专利技术优选的技术方案，但不作为本专利技术提供的技术方案的限制，通过以下技术方案，可以更好地达到和实现本专利技术的技术目的和有益效果。作为本专利技术优选的技术方案，步骤(1)所述含钒溶液包括钒渣提钒得到的含钒溶液、石煤提钒得到的含钒溶液、二次含钒废料提钒得到的含钒溶液或钒酸盐水溶液中的任意一种或至少两种的组合，所述组合典型但非限制性实例有：钒渣提钒得到的含钒溶液和石煤提钒得到的含钒溶液的组合，石煤提钒得到的含钒溶液和钒酸盐水溶液的组合，钒渣提钒得到的含钒溶液、二次含钒废料提钒得到的含钒溶液和钒酸盐水溶液的组合等。优选地，步骤(1)所述含钒溶液中钒含量为5～100g/L，例如5g/L、10g/L、20g/L、40g/L、50g/L、60g/L、80g/L或100g/L等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。优选地，步骤(1)所述铁盐包括氯化铁、硫酸铁或硝酸铁中任意一种或至少两种的组合，所述组合典型但非限制性实例有：氯化铁和硫酸铁的组合，硫酸铁和硝酸铁的组合，氯化铁、硫酸铁和硝酸铁的组合等。优选地，步骤(1)所述铁盐中的铁与含钒溶液中钒的摩尔比为(1～2):1，例如1:1、1.1:1、1.2:1、1.3:1、1.4:1、1.6:1、1.8:1或2:1等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用，优选为(1.1～1.3):1。作为本专利技术优选的技术方案，步骤(1)所述酸性条件的pH值为2～5，例如2、2.5、3、3.5、4、4.5或5等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。本专利技术中，含钒溶液通常为含钒原料提钒后的溶液，相比粗钒产品的提纯，其钒浓度相对较低，难度较大，因此采用铁盐，利用其在一定的酸性pH条件下可以与钒生成钒酸铁沉淀的特性，将钒转移到固相中，既实现了钒从溶液中的提纯，又能够与铬、锰、钾、钠等多种杂质元素分离，是含钒溶液提钒的关键操作。优选地，步骤(1)所述沉钒的温度为20～100℃，例如20℃、40℃、50℃、60℃、70℃、80℃、90℃或100℃等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用，优选为60～80℃。优选地，步骤(1)沉钒过程进行至含钒溶液中钒浓度低于0.1g/L，例如0.1g/L、0.09g/L、0.08g/L、0.06g/L、0.05g/L、0.04g/L或0.02g/L等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用，然后进行固液分离，得到含钒渣相和上清液。其中，上清液可以用于含钒原料如钒渣的提钒中的浸出工序。优选地，步骤(1)所述含钒渣相包括钒酸铁。作为本专利技术优选的技术方案，步骤(1)进行前，先对含钒溶液进行预除杂。优选地，所述预除杂过程中加入水溶性钙盐和/或水溶性铝盐。本专利技术中，所用的水溶性钙盐可选择氯化钙、硝酸钙或碳酸氢钙等，但并不仅限于上述列举的水溶性钙盐，其他可达到相同效本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种五氧化二钒的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：/n(1)将含钒溶液与铁盐混合后在酸性条件下进行沉钒，得到含钒渣相；/n(2)将步骤(1)得到的含钒渣相形成分散液后与铵化剂混合，在加热条件下进行转溶，得到净化钒液；/n(3)将步骤(2)得到的净化钒液冷却结晶后煅烧处理，得到五氧化二钒产品。/n

【技术特征摘要】
1.一种五氧化二钒的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
(1)将含钒溶液与铁盐混合后在酸性条件下进行沉钒，得到含钒渣相；
(2)将步骤(1)得到的含钒渣相形成分散液后与铵化剂混合，在加热条件下进行转溶，得到净化钒液；
(3)将步骤(2)得到的净化钒液冷却结晶后煅烧处理，得到五氧化二钒产品。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)所述含钒溶液包括钒渣提钒得到的含钒溶液、石煤提钒得到的含钒溶液、二次含钒废料提钒得到的含钒溶液或钒酸盐水溶液中的任意一种或至少两种的组合；
优选地，步骤(1)所述含钒溶液中钒含量为5～100g/L；
优选地，步骤(1)所述铁盐包括氯化铁、硫酸铁或硝酸铁中任意一种或至少两种的组合；
优选地，步骤(1)所述铁盐中的铁与含钒溶液中钒的摩尔比为(1～2):1，优选为(1.1～1.3):1。


3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，步骤(1)所述酸性条件的pH值为2～5；
优选地，步骤(1)所述沉钒的温度为20～100℃，优选为60～80℃；
优选地，步骤(1)沉钒过程进行至含钒溶液中钒浓度低于0.1g/L，然后进行固液分离，得到含钒渣相和上清液；
优选地，步骤(1)所述含钒渣相包括钒酸铁。


4.根据权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，步骤(1)进行前，先对含钒溶液进行预除杂；
优选地，所述预除杂过程中加入水溶性钙盐和/或水溶性铝盐；
优选地，所述水溶性钙盐的加入量满足水溶性钙盐中的钙与含钒溶液中磷的摩尔比为(1.1～1.4):1，优选为1.2:1；
优选地，所述水溶性铝盐的加入量满足水溶性铝盐中的铝与含钒溶液中硅的摩尔比为(1.1～1.4):1，优选为1.2:1。


5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述预除杂的温度为70～100℃，优选为80～90℃；
优选地，所述预除杂在搅拌条件下进行；
优选地，所述预除杂的时间为10～60min，优选为25～40min；
优选地，所述预除杂完成后，进行固液分离，得到预除杂后的含钒溶液和除杂泥。


6.根据权利要求1-5任一项所述的方法，其特征在于，步骤(2)所述含钒渣相分散于水中形成分散液；
优选地，所述分散液中含钒渣相与水的固液质量比为1:(5～15)；
优选地，步骤(2)所述铵化剂包括氨水和/或氨气；
优选地，步骤(2)所述铵化剂形成的铵根离子与含钒渣相中钒的摩尔比为(3～5):1，优选为(3～3.5):1；

【专利技术属性】
技术研发人员：祁健，李兰杰，柳朝阳，赵敏，赵备备，刘静，高晓羽，霍红潮，
申请(专利权)人：河钢股份有限公司承德分公司，
类型：发明
国别省市：河北;13