偏钒酸铵提纯制备高纯五氧化二钒的方法与流程

2021-01-30 22:01:36|

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本发明属于冶金技术领域，具体涉及一种偏钒酸铵提纯制备高纯五氧化二钒的方法。

背景技术：

钒具有优异的物理和化学性能，有金属“维生素”之称，在冶金、化学、建材等领域具有广泛的用途，尤其用于提高钢铁的强度和韧性。

偏钒酸铵主要用做化学试剂、催化剂、媒染剂等，大多用于制备五氧化二钒。目前市售的偏钒酸铵由于其制备过程复杂以及含钒矿石品位的差异，导致生产出的偏钒酸铵纯度较差，质量参差不齐。随着偏钒酸铵在各行业中的广泛应用，对偏钒酸铵纯度的要求越来越高。

专利cn111302396a公开了一种五氧化二钒的制备方法，将钒酸铵盐在碱溶液中溶解后加入助剂并加热，得到处理液；加入铵盐并固液分离得到固体；之后于1000℃熔化得到高纯五氧化二钒。该方法通过熔融可制得高纯五氧化二钒，但反应温度过高，能耗大。

专利cn101456587a公开了一种高纯五氧化二钒的生产方法，以工业级偏钒酸铵为原料，将其溶解于80～90℃的稀氨水中，加naoh和na2co3混合物除杂，除杂后液加kclo3氧化，加h2so4调ph为2～3，析出的产品经干燥、煅烧获得v2o5。该方法对工业级偏钒酸铵有一定的提纯作用，但k、s等元素的含量不易控制。

专利cn103708553a公开了一种提升工业级偏钒酸铵品质的方法，以工业级偏钒酸铵为原料，将其溶解于低浓度氨水中，加硫酸铵除杂，在40～60℃时采用强碱性阴离子交换树脂吸附除掉偏钒酸铵中阴离子杂质，吸附后液中加入氯化铵溶解，冷却下析出的晶体为品质得到提升的偏钒酸铵。但此方法对cr、ca等杂质的脱除效果不理想，且离子交换法存在流程复杂、周期过长、成本过高等缺点。

专利cn106082332a公开了一种偏钒酸铵除杂提纯工艺，将工业级偏钒酸铵溶于naoh溶液中，通过自然沉降抽出上清液从而分离出难溶的杂质，在上清液中加入氯化铵沉钒，经过滤可实现可溶杂质的脱除，从而获得合格的偏钒酸铵。此方法针对偏钒酸铵中难溶化合物的脱除有很好的作用，而对于微溶化合物处理起来存在一定的不足。

专利cn109437299a公开了一种工业级偏钒酸铵的提纯方法，将工业级偏钒酸铵加热水溶解，再加入硫化铵硫化一定时间，调整溶液ph值至3.0～3.5反应20～50min，将滤液加热并加入一定量的亚铁盐还原高价态的铬，加入磷酸盐，再调整溶液ph值至7.5～8.0反应20～40min，将滤液加热后加入双氧水，氧化残余的fe²⁺，然后加入一定量的铝盐，调整溶液ph值至7.5～8.0，过滤得到滤液并中温结晶、洗涤、干燥后即得到高纯偏钒酸铵产品。

可见，上述偏钒酸铵提纯制备高纯五氧化二钒的方法普遍存在工艺流程复杂、成本过高等问题，亟需开发一种低成本、短流程的提纯偏钒酸铵制备高纯五氧化二钒的方法。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题为：现有偏钒酸铵提纯方法存在的流程复杂、成本过高等问题。

本发明解决上述技术问题的技术方案为：提供一种偏钒酸铵提纯制备高纯五氧化二钒的方法。该方法包括以下步骤：

a、碱溶偏钒酸铵

将偏钒酸铵、氢氧化钠在水中溶解，形成碱性溶液；

b、钒液沉化

将步骤a得到的溶液加热煮沸，加入木质纤维素，搅拌反应1～2h后静置沉化12～24h，过滤；

c、水解沉钒

将步骤b过滤后得到的滤液搅拌条件下加入硫酸中，加热煮沸，搅拌反应10～30min，过滤，去离子水洗涤滤饼；

d、返溶沉钒

将步骤c得到的滤饼加热至60～80℃，再加入氨水溶解滤饼，将溶液置于5～25℃急冷，析出白色晶体，洗涤，得到高纯偏钒酸铵；

e、将步骤d所得的高纯偏钒酸铵在500～550℃条件下煅烧2～4h，得到高纯五氧化二钒。

其中，上述偏钒酸铵提纯制备高纯五氧化二钒的方法中，步骤a所述的偏钒酸铵为含有杂质k0.02～0.07wt％、na0.02～0.15wt％、si0.01～0.12wt％、cr0.03～0.10wt％、ca0.02～0.20wt％、fe0.02～0.20wt％、p0.01～0.20wt％和mg0.01～0.10wt％的偏钒酸铵。

其中，上述偏钒酸铵提纯制备高纯五氧化二钒的方法中，步骤a所述的氢氧化钠与偏钒酸铵的质量比为1︰2～10。

其中，上述偏钒酸铵提纯制备高纯五氧化二钒的方法中，步骤a所述的水与偏钒酸铵的质量比为1～5︰1。

其中，上述偏钒酸铵提纯制备高纯五氧化二钒的方法中，步骤a所述的水为去离子水。

其中，上述偏钒酸铵提纯制备高纯五氧化二钒的方法中，步骤b所述的木质纤维素的浓度为0.01g/l～2g/l。

其中，上述偏钒酸铵提纯制备高纯五氧化二钒的方法中，步骤c中所述的硫酸体积浓度为50～98％。

其中，上述偏钒酸铵提纯制备高纯五氧化二钒的方法中，步骤c中所述的滤液与硫酸的体积比为6～8︰1。

其中，上述偏钒酸铵提纯制备高纯五氧化二钒的方法中，步骤d所述的氨水加入量为：滤饼质量与氨水体积比为2～4︰1。

其中，上述偏钒酸铵提纯制备高纯五氧化二钒的方法中，步骤d所述的高纯偏钒酸铵的纯度≥99.8％。

本发明的有益效果为：

本发明通过将不纯的偏钒酸铵碱溶沉化、水解沉淀，可制得纯度较高的偏钒酸铵和五氧化二钒，工艺流程简单，降低了高纯钒的生产成本，并且对生产设备要求较低，能耗低。本发明通过直接加酸水解沉钒，避免了加铵沉钒工序中废水处理困难的问题，工艺流程短，能耗低，污染小。

具体实施方式

本发明提供了一种偏钒酸铵提纯制备高纯五氧化二钒的方法，包括以下步骤：

a、碱溶偏钒酸铵

将偏钒酸铵、氢氧化钠在水中溶解，形成碱性溶液；

b、钒液沉化

将步骤a得到的溶液加热煮沸，加入木质纤维素，搅拌反应1～2h后静置沉化12～24h，过滤；

c、水解沉钒

将步骤b过滤后得到的滤液搅拌条件下加入硫酸中，加热煮沸，搅拌反应10～30min，过滤，去离子水洗涤滤饼；

d、返溶沉钒

将步骤c得到的滤饼加热至60～80℃，再加入氨水溶解滤饼，将溶液置于5～25℃急冷，析出白色晶体，洗涤，得到高纯偏钒酸铵；

e、将步骤d所得的高纯偏钒酸铵在500～550℃条件下煅烧2～4h，得到高纯五氧化二钒。

其中，上述偏钒酸铵提纯制备高纯五氧化二钒的方法中，步骤a所述的氢氧化钠与偏钒酸铵的质量比为1︰2～10。

其中，上述偏钒酸铵提纯制备高纯五氧化二钒的方法中，步骤a所述的水与偏钒酸铵的质量比为1～5︰1。

其中，上述偏钒酸铵提纯制备高纯五氧化二钒的方法中，步骤a所述的水为去离子水。

本发明将偏钒酸铵与氢氧化钠一起溶解，得到碱性溶液，由于偏钒酸铵主要是采用钠化焙烧后制得，本发明选择氢氧化钠提供碱性，避免引入新的杂质，制备的产品更纯。本发明提纯偏钒酸铵的流程短，仅通过对体系ph值的控制便可制备高纯钒，避免了添加额外的除杂试剂，避免引入新杂质元素。

本发明通过碱溶偏钒酸铵后将钒液沉化除铬，避免了现有工艺中还原氧化除铬等过程，工艺简单易行、设备要求低。发明人经大量的筛选实验得到了偏钒酸铵与氢氧化钠的合适配比，在此条件下，去除铬的效果最好。

其中，上述偏钒酸铵提纯制备高纯五氧化二钒的方法中，步骤b所述的木质纤维素的浓度为0.01g/l～2g/l。

进一步的，本发明又加入了木质纤维素去除杂质铬，木质纤维素含有大量的羟基羧基等活性基团，对钒液中的ca、cr等有一定吸附作用，去除效果好。

其中，上述偏钒酸铵提纯制备高纯五氧化二钒的方法中，步骤c中所述的硫酸体积浓度为50～98％。

其中，上述偏钒酸铵提纯制备高纯五氧化二钒的方法中，步骤c中所述的滤液与硫酸的体积比为6～8︰1。

本发明将滤液加入硫酸中，随着酸性的增强，钒离子由单体向多聚体转变，最终转变为水合五氧化二钒砖红色沉淀，由于反应是在强酸性环境中进行，杂质元素硅及其他金属阳离子基本留在溶液中，进一步的去除了杂质硅。

其中，上述偏钒酸铵提纯制备高纯五氧化二钒的方法中，步骤d所述的氨水加入量为：滤饼质量与氨水体积比为2～4︰1。

其中，上述偏钒酸铵提纯制备高纯五氧化二钒的方法中，步骤d所述的高纯偏钒酸铵的纯度≥99.8％。

本发明结合强酸性水解沉淀和弱酸性沉钒直接制备高纯五氧化二钒，大大降低了高纯五氧化二钒的制备成本，且本发明工艺适用范围广，适用于工业化生产，且综合钒收率较高。

下面将通过实施例来对本发明的具体实施方式作进一步的解释说明，但不表示将本发明的保护范围限制在实施例所述范围内。

实施例1采用本发明方法提纯偏钒酸铵制备高纯五氧化二钒

称取100g不纯的偏钒酸铵(其杂质含量为(％)：k-0.021、na-0.020、si-0.124、cr-0.087、ca-0.141、fe-0.160、p-0.081、mg-0.064)，加入200ml去离子水和20g固体氢氧化钠溶解，加热煮沸并加入0.03g木质纤维素，搅拌反应1小时后静置沉化12小时，过滤得钒液。将10ml浓硫酸搅拌加入10ml去离子水中，趁热将滤液边搅拌边加入硫酸溶液中，再加热煮沸15min，过滤并用去离子水洗涤两遍得滤饼，将滤饼加热至65℃并加入20ml氨水完全溶解，置于5℃急冷，析出的偏钒酸铵用去离子水洗涤两遍，烘干送检，制得的偏钒酸铵中k-0.0020％，na-0.0042％，si-0.0041％，cr-0.0030％，ca、fe、p、mg<0.002％，tv-43.14％，偏钒酸铵纯度>99.8％，将偏钒酸铵置于500℃的马弗炉中煅烧4h，可得到高纯五氧化二钒。

实施例2采用本发明方法提纯偏钒酸铵制备高纯五氧化二钒

称取150g不纯的偏钒酸铵(其杂质含量为(％)：k-0.021、na-0.020、si-0.124、cr-0.087、ca-0.141、fe-0.160、p-0.081、mg-0.064)，加入300ml去离子水和30g固体氢氧化钠溶解，加热煮沸并加入0.07g木质纤维素，搅拌反应1.5小时后静置沉化18小时，过滤得钒液。将15ml浓硫酸搅拌加入6.5ml去离子水中，趁热将滤液边搅拌边加入硫酸溶液中，再加热煮沸20min，过滤并用去离子水洗涤两遍得滤饼，将滤饼加热至70℃并加入30ml氨水完全溶解，置于15℃急冷，析出的偏钒酸铵用去离子水洗涤两遍，烘干送检，制得的偏钒酸铵中k-0.0020％，na-0.0037％，si-0.0052％，cr、ca、fe、p、mg<0.002％，tv-43.92％，偏钒酸铵纯度>99.8％，将偏钒酸铵置于520℃的马弗炉中煅烧3h，可得到高纯五氧化二钒。

实施例3采用本发明方法提纯偏钒酸铵制备高纯五氧化二钒

称取300g不纯的偏钒酸铵(其杂质含量为(％)：k-0.021、na-0.020、si-0.124、cr-0.087、ca-0.141、fe-0.160、p-0.081、mg-0.064)，加入500ml去离子水和50g固体氢氧化钠溶解，加热煮沸并加入1.0g木质纤维素，搅拌反应2小时后静置沉化24小时，过滤得钒液。将20ml浓硫酸搅拌加入10ml去离子水中，趁热将滤液边搅拌边加入硫酸溶液中，再加热煮沸30min，过滤并用去离子水洗涤两遍得滤饼，将滤饼加热至80℃并加入40ml氨水完全溶解，置于25℃急冷，析出的偏钒酸铵用去离子水洗涤两遍，烘干送检，制得的偏钒酸铵中k-0.0031％，na-0.0037％，si-0.0059％，cr、ca、fe、p、mg<0.002％，tv-44.26％，偏钒酸铵纯度>99.8％，将偏钒酸铵置于550℃的马弗炉中煅烧2h，可得到高纯五氧化二钒。

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