一种温和条件下制备五氧化二钒的方法技术

本发明专利技术提供了一种温和条件下制备五氧化二钒的方法，所述方法包括如下步骤：(1)混合钒酸钙和醋酸铵溶液进行转化反应，固液分离后得到偏钒酸铵固相和液相产品；(2)煅烧步骤(1)所得偏钒酸铵固相得到五氧化二钒；(3)向步骤(1)所得液相产品中通入二氧化碳进行碳化反应，而后固液分离后得到碳酸钙和母液；所述母液可回用于步骤(1)所述转化反应；步骤(2)和步骤(3)不区分先后顺序。本发明专利技术所述方法中钙、钒转化率高，可获得纯度近100％的碳酸钙产品；固液分离后得到的母液可以作为循环液返回至钒酸钙转化反应工序继续使用，实现了介质的内循环，无废水产生；可在常压、低温下进行，易于工业化生产。生产。

【技术实现步骤摘要】
一种温和条件下制备五氧化二钒的方法


[0001]本专利技术属于湿法冶金
，涉及一种五氧化二钒的制备方法，尤其涉及一种温和条件下制备五氧化二钒的方法。

技术介绍

[0002]随着科学技术的进步，钒应用领域及范围不断扩大，一些钒下游的高端、高技术含量、深加工产品对其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。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、系列钒催化剂和钒发光材料等。
[0003]氧化钒是主流钒产品，在钒铁合金生产过程中，目前最广泛的方法是用金属铝还原钒氧化物来制取钒铁，但传统制取钒氧化物的工艺都要产生大量难以处理的含氨氮废水，并且钒氧化物中含有一定量的碱金属(钾、钠)，使钒制品的生产面临环保困境和经济效益问题。
[0004]传统焙烧工艺通过钠化焙烧
‑
铵盐沉钒
‑
钒酸铵煅烧方法制得。在传统钠化焙烧工艺中，焙烧熟料经水浸后得到偏钒酸钠溶液，通常经硫酸酸化、铵盐沉钒后实现钒的回收。沉钒后液为富含Na
+
、NH
4+
及SO
42
‑
的混合溶液，吨钒产品产生30
‑
40吨高盐氨氮废水，蒸发浓缩成本约占氧化钒加工成本的15
‑
20％，且设备腐蚀严重；蒸发浓缩得到的硫酸钠/硫酸铵混合晶体提纯困难，既无法作为产品销售，又无法作为一般工业原料大规模无害化消纳利用，只能深埋处理。因此，大量高盐度氨氮废水的处理成了钒行业亟需突破的顽疾。
[0005]为了避免高盐氨氮废水的排放，攀钢集团有限公司开发了钙化焙烧工艺，中科院过程工程研究所开发了亚熔盐法高效提钒工艺，其共同点为：以钒酸钙作为产品转化的中间品实现钠的循环回用，避免高盐氨氮废水排放。
[0006]钒酸钙仍需转化为五氧化二钒产品才能最终销售。CN 102676817A公开了一种由钒酸盐制备含钙钒氧化物的方法，所述由钒酸盐制备含钙钒氧化物的方法包括如下步骤：(1)向可溶性钒酸盐水溶液中加入钙源，反应得到钒酸钙沉淀，过滤并洗涤；(2)将步骤(1)得到的钒酸钙加水调浆，在加热条件下向浆液中加入盐酸调节pH值为1
‑
3，析出沉淀，过滤后得到含钙钒氧化物CaV6O
16
·
3H2O。
[0007]CN 105800689A公开了一种五氧化二钒的制备方法，所述制备方法包括以下工艺步骤：1)钙化沉钒：采用钙化剂在中性或碱性条件下，对含钒溶液进行钙化沉钒；2)转溶除杂：采用碳酸氢铵和/或碳酸铵在加热条件下对步骤1)得到的含钒渣相进行转溶除杂；3)阳离子交换除杂：将步骤2)得到的一次除杂钒液穿过H：型阳离子交换系统，进行阳离子交换除杂；4)冷却沉钒：将步骤3)得到的二次除杂钒液进行冷却沉钒；5)脱氨煅烧：将步骤4)得到的偏钒酸铵煅烧，得到五氧化二钒。
[0008]上述专利提供的制备方法的原理均是：采用第三方介质将钒酸钙中的钒溶出进入液相，再将钒从溶液中以红饼或钒酸铵的形式沉淀析出，获得相应的钒产品。但硫酸、盐酸方法获得的硫酸钙、氯化钙不能循环利用，产生废渣/废水。碳酸氢铵工艺路线简单，获得的
碳酸钙可煅烧成为氧化钙后返回到钙沉钒工序使用，偏钒酸铵结晶母液可返回至反应工序，绿色清洁。但钒酸钙经碳酸氢铵或碳酸铵转溶过程反应温度在60
‑
100℃，在此反应条件下碳酸铵和碳酸氢铵很容易分解产生氨气，不仅造成铵盐介质的大量浪费，而且恶化操作环境。
[0009]综上所述，本领域技术人员有必要开发一种温和、高效制备五氧化二钒的方法，优化操作环境，降低或消除铵盐介质的浪费。

技术实现思路

[0010]针对现有技术存在的工艺流程长、污染较大等问题，本专利技术的目的在于提供一种温和条件下制备五氧化二钒的方法。所述方法可以在利用钒酸钙中钒转化为偏钒酸铵产品的同时，钙可另外实现回收利用，母液可循环回用，清洁环保。
[0011]为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0012]本专利技术提供了一种温和条件下制备五氧化二钒的方法，所述方法包括如下步骤：
[0013](1)混合正钒酸钙和醋酸铵溶液进行转化反应，固液分离后得到偏钒酸铵固相和液相产品；
[0014](2)煅烧步骤(1)所得偏钒酸铵固相得到五氧化二钒；
[0015](3)向步骤(1)所得液相产品中通入二氧化碳进行碳化反应，而后固液分离后得到碳酸钙和母液；
[0016]步骤(2)和步骤(3)不区分先后顺序；
[0017]步骤(3)所得母液可回用于步骤(1)所述转化反应。
[0018]本专利技术提供的温和条件下制备五氧化二钒的方法中钒酸钙和醋酸铵溶液的反应方程式如下：
[0019]Ca3(VO4)2·
CaO+NH4CH3COO
→
Ca
2+
+CH3COO
‑
+NH4VO3[0020]本专利技术提供的温和条件下制备五氧化二钒的方法的技术原理主要为以下两点：
[0021]1)在控制NH
4+
、CH3COO
‑
比例的条件下，钒酸钙可与CH3COO
‑
反应，使钙以Ca
2+
形式进入溶液，实现钒酸钙的转溶反应。
[0022]2)NH4VO3在低温下溶解度低，NH
4+
的存在可结合溶液中VO3‑
离子，使钒以偏钒酸铵形式沉淀析出进入固相，实现偏钒酸铵的高效、短程制备分离，而Ca
2+
、CH3COO
‑
及少量NH
4+
留在母液，可经碳化沉钙后循环使用。
[0023]本专利技术对所述液固分离没有限制，可采用本领域技术人员熟知的任何可用于固液分离的方法，例如可以是过滤、沉降或离心等。
[0024]优选地，步骤(1)所述钒酸钙和醋酸铵溶液的固液比为1:(5～20)，例如可以是1:5、1:6、1:7、1:8、1:9、1:10、1:11、1:12、1:13、1:14或1:15，但不限于所列举的数值，数值范围内其他未列举的数值同样适用。
[0025]优选地，步骤(1)所述醋酸铵溶液中NH
4+
浓度为0.1～15mol/L，例如可以是0.1mol/L、1mol/L、3mol/L、5mol/L、7mol/L、9mol/L、11mol/L、13mol/L或15mol/L，但不限于所列举的数值，数值范围内其他未列举的数值同样适用；优选为2～10mol/L。
[0026]优选地，步骤(1)所述醋酸铵溶液中CH3COO
‑
浓度为0.1～15mol/L，例如可以是0.1mol/L、1mol/L、3mol/L、5mol/L、7mol/L、9mol/L、11mol/L、13mol/L或15mol/L，但不限于
所列举的数值，数值范围内其他未列举的数值本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种温和条件下制备五氧化二钒的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：(1)混合钒酸钙和醋酸铵溶液进行转化反应，固液分离后得到偏钒酸铵固相和液相产品；(2)煅烧步骤(1)所得偏钒酸铵固相得到五氧化二钒；(3)向步骤(1)所得液相产品中通入二氧化碳进行碳化反应，而后固液分离后得到碳酸钙和母液；步骤(2)和步骤(3)不区分先后顺序；步骤(3)所得母液可回用于步骤(1)所述转化反应。2.根据权利要求1所述的温和条件下制备五氧化二钒的方法，其特征在于，步骤(1)所述钒酸钙和醋酸铵溶液的固液比为1:(5～20)。3.根据权利要求1或2所述的温和条件下制备五氧化二钒的方法，其特征在于，步骤(1)所述醋酸铵溶液中NH
4+
浓度为0.1～15mol/L，优选为2～10mol/L；优选地，步骤(1)所述醋酸铵溶液中CH3COO
‑
浓度为0.1～15mol/L，优选为2～10mol/L；优选地，步骤(1)所述醋酸铵溶液中VO3‑
浓度为0～0.2mol/L；优选地，步骤(1)所述醋酸铵溶液中NH
4+
/CH3COO
‑
摩尔比为0.5～1。4.根据权利要求1
‑
3任一项所述的温和条件下制备五氧化二钒的方法，其特征在于，步骤(1)转化反应的温度为10～40℃；优选地，步骤(1)转化反应的时间为10～120min。5.根据权利要求1
‑
4任一项所述的温和条件下制备五氧化二钒的方法，其特征在于，步骤(1)液相产品中包含有Ca
2+
、NH
4+
、CH3COO
‑
以及VO3‑
。6.根据权利要求1
‑
5任一项所述的温和条件下制备五氧化二钒的方法，其特征在于，步骤(2)所述煅烧的温度为500
‑
600℃；优选地，步骤(2)所述煅烧的时间为30
‑
120min。7.根据权利要求1
‑
6任一项所述的温和条件下制备五氧化二钒...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜浩，王少娜，刘彪，吕页清，
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：