一种利用含钒磷固体废弃物制备钒酸钠的方法与流程

[0001]
本发明涉及钒酸钠制备技术领域，尤其涉及一种利用含钒磷固体废弃物制备钒酸钠的方法。


背景技术：

[0002]
我国低品位钒钛磁铁矿的储量较大，在炼钢、石油精炼、氧化铝生产以及发电站发电等很多工业生产中都会用到含钒钛磁铁矿，因此，每年都会产生大量的含钒固体废弃物。其中，vpo催化剂(又称焦磷酸氧钒(vo)2p2o7)，是一种四价钒的磷酸盐，在工业上主要用于作为c4烃选择氧化制备马来酸酐的催化剂。目前。每年失效的vpo催化剂可达数千吨，如果不加处理，不但会造成钒资源的极大浪费，而且钒具有一定的毒性，还会给环境带来很大的污染，影响人类身体健康。因此，寻找一条途径将vpo催化剂中的钒进行回收利用具有十分重要的意义。
[0003]
目前，国内回收vpo催化剂中钒的主要工艺为钠化焙烧法，该方法使用碳酸盐、氯化钠或硫酸钠等钠盐，在空气气氛下与vpo催化剂共同煅烧将钒氧化为五价钒，形成钒酸钠和磷酸钠的混合物，用水浸出，分离提取钒与磷，制备钒产品。然而，由于vpo固体催化剂与钠盐接触性差，导致两者反应性差，无法将钒充分转化形成钒酸钠，同时，还存在钒磷分离效果差，从而导致钒提取率和钒产品纯度差等缺点。除此之外，上述工艺还存在焙烧能耗高、产生大量的尾气和粉尘、污染严重等问题。因此，寻找一种可以降低处理能耗，且钒利用率高的适合于工业化生产的资源化利用vpo催化剂的绿色回收利用方法至关重要。


技术实现要素：

[0004]
针对现有含钒磷固体废弃物处理能耗高，钒损失率较高以及制备的钒产品纯度低的问题，本发明提供一种利用含钒磷固体废弃物制备钒酸钠的方法。
[0005]
为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案是：
[0006]
一种利用含钒磷固体废弃物制备钒酸钠的方法，包括以下步骤：
[0007]
将含钒磷固体废弃物加入氢氧化钠溶液中，混合均匀，在氧化气氛下，加热搅拌浸出，分步加入沉淀剂，固液分离，结晶，得钒酸钠。
[0008]
优选的，所述利用含钒磷固体废弃物制备钒酸钠的方法，具体包括以下步骤：
[0009]
步骤一、将含钒磷固体废弃物破碎，加入氢氧化钠溶液中，混合均匀，得混合浆料；向所述混合浆料中通入氧化气体，加热搅拌浸出，固液分离，得含钒浸出液；
[0010]
步骤二、向所述含钒浸出液中加入第一沉淀剂，加热反应，固液分离，得初级净化液；向所述初级净化液中加入第二沉淀剂，加热反应，固液分离，得含钒净化液；其中，所述第一沉淀剂为可溶性镁盐和/或可溶性铝盐，所述第二沉淀剂为碱性钙化合物；
[0011]
步骤三、将所述含钒净化液降温结晶，固液分离，得钒酸钠。
[0012]
相对于现有技术，本发明采用含钒磷固体废弃物在氢氧化钠溶液中氧化浸出的方式，使含钒磷固体废弃物中的钒在碱性条件下边氧化边浸出，提高了钒的反应性，从而有利
于钒充分氧化转化为钒酸钠，提高钒的浸出率，同时，还采用分步沉淀除杂的方式，提高钒磷的分离效果，从而保证了制备的钒酸钠产品的质量。通过本发明提供的利用含钒磷固体废弃物制备钒酸钠的方法，可使钒的回收率达到86％以上，制备的钒酸钠产品的纯度达到98％以上，且本发明无需采用高温焙烧的方式，工艺简单，能耗低，且不产生粉尘和尾气，是一种成本低廉的资源化利用含钒磷固体废弃物的绿色方法，适合大规模工业生产。
[0013]
优选的，步所述含钒磷固体废弃物为vpo废催化剂。
[0014]
优选的，步骤一中，将所述含钒磷固体废弃物破碎至50～200目。
[0015]
优选的破碎细度有利于含钒磷固体废弃物中的钒充分氧化浸出。
[0016]
优选的，步骤一中，所述氧化气体为氧气或压缩空气。
[0017]
优选的，步骤一中，所述氧化气体的流量为0.1～0.5m3/h。
[0018]
优选的流量有利于使含钒磷固体废弃物中的钒充分氧化。
[0019]
优选的，骤一中，所述氢氧化钠溶液的质量浓度为5～15wt％，所述含钒磷固体废弃物与氢氧化钠溶液的质量体积比为1:3～6，其中，质量的单位是克，体积单位是毫升。
[0020]
优选的氢氧化钠溶液的浓度和加入量，有利于提高钒的反应性，使钒充分转化为钒酸钠，提高钒的浸出率。
[0021]
优选的，步骤一中，加热搅拌浸出的温度为85～120℃，浸出时间为1～4h。
[0022]
优选的加热温度，有利于含钒磷固体废弃物中的钒充分氧化，且有利于提高浸出速率，缩短浸出时间。
[0023]
优选的，步骤二中，所述第一沉淀剂为硫酸镁、氯化镁、硫酸铝或氯化铝中至少一种。
[0024]
优选的，步骤二中，所述第二沉淀剂为氧化钙或氢氧化钙中的一种或两种。
[0025]
优选的，步骤二中，所述第一沉淀剂的加入量为5～8g/l，所述第二沉淀剂的加入量为0.5～2g/l。
[0026]
优选的第一沉淀剂和第二沉淀剂采用特定的加入顺序，可以提高钒磷的分离效果，并降低钒的损失。
[0027]
优选的，步骤二中，加入第一沉淀剂后加热的温度为80～95℃，反应时间为0.5～1h；加入第二沉淀剂后加热的温度为80～95℃，反应时间为0.5～1h。
[0028]
优选的反应温度和时间有利于充分去除杂质，提高钒酸钠产品的纯度。
[0029]
步骤三中，降温结晶的温度为0-40℃，时间为1-4h。
[0030]
优选的降温结晶温度和时间，可提高钒酸钠产品的纯度。
[0031]
优选的，将步骤三中结晶后固液分离所得的结晶母液用于步骤一中制备氢氧化钠溶液。
[0032]
将产生的液相返回浸出工序循环利用，没有废水排放，减少了废水处理成分，提高了工艺的经济与环境效益。
[0033]
将本发明提供的利用含钒磷固体废弃物制备钒酸钠的方法无需高温焙烧，整个工艺反应温度低，工艺简单，易于操作，钒提取率高，且除杂效率高，除杂效果好，可有效降低钒损失，提高钒酸钠产品的质量，还能节约能耗，且不产生污染环境的粉尘和尾气，具有显著的经济效益和环境效益，有广阔的应用前景。
具体实施方式
[0034]
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0035]
以下实施例中vpo废催化剂中钒含量为27wt％，磷含量为19wt％。
[0036]
实施例1
[0037]
一种利用vpo废催化剂制备钒酸钠的方法：
[0038]
步骤一、将100gvpo废催化剂破碎至50～200目，加入质量浓度为10wt％的氢氧化钠溶液400ml，混合均匀，将混合后的物料加入反应釜中，以0.1m3/h的流量通入压缩空气，然后加热至90℃搅拌浸出3h，过滤，得含钒浸出液；含钒浸出液中钒为24.6g/l，磷为18.2g/l，钒浸出率为95.9％；
[0039]
步骤二、向含钒浸出液中加入7.5g/l的硫酸铝，加热至95℃反应0.5h，过滤，向滤液中加入0.5g/l的氧化钙，加热至95℃反应0.5h，过滤，得含钒净化液；含钒净化液中磷含量为0.078g/l，钒含量为23.8g/l，钒回收率为88.1％；
[0040]
步骤三、将所述含钒净化液降温至0℃结晶1h，过滤，得钒酸钠。钒酸钠的hplc纯度为98.3％。
[0041]
实施例2
[0042]
一种利用vpo废催化剂制备钒酸钠的方法：
[0043]
步骤一、将100gvpo废催化剂破碎至50～200目，加入质量浓度为15wt％的氢氧化钠溶液300ml，混合均匀，将混合后的物料加入反应釜中，以0.5m3/h的流量通入氧气，然后加热至85℃搅拌浸出4h，过滤，得含钒浸出液；含钒浸出液中钒为26.8g/l，磷为17.6g/l，钒浸出率为96.2％；
[0044]
步骤二、向含钒浸出液中加入8g/l的氯化镁和硫酸铝的混合物(质量比1：1)，加热至90℃反应1h，过滤，向滤液中加入1.5g/l的氢氧化钙，加热至80℃反应1h，过滤，得含钒净化液；含钒净化液中磷含量为0.064g/l，钒含量为26.1g/l，钒回收率为86.9％；
[0045]
步骤三、将所述含钒净化液降温至10℃结晶2h，过滤，得钒酸钠。钒酸钠的hplc纯度为98.8％。
[0046]
实施例3
[0047]
一种利用vpo废催化剂制备钒酸钠的方法：
[0048]
步骤一、将100gvpo废催化剂破碎至50～200目，加入质量浓度为5wt％的氢氧化钠溶液600ml，混合均匀，将混合后的物料加入反应釜中，以0.3m3/h的流量通入氧气，然后加热至120℃搅拌浸出1h，过滤，得含钒浸出液；含钒浸出液中钒含量为25.7g/l，磷含量为18.5g/l，钒浸出率为95.9％；
[0049]
步骤二、向含钒浸出液中加入5g/l的硫酸镁，加热至80℃反应1h，过滤，向滤液中加入2g/l的氧化钙，加热至90℃反应1h，过滤，得含钒净化液；含钒净化液中磷含量为0.067g/l，钒含量为24.5g/l，钒回收率为87.5％；
[0050]
步骤三、将所述含钒净化液降温至40℃结晶4h，过滤，得钒酸钠。钒酸钠的hplc纯度为98.5％。
[0051]
上述实施例1-3中，还可将步骤三中结晶后固液分离所得的结晶母液用于步骤一
中制备氢氧化钠溶液。
[0052]
综上所述，本发明提供的利用含钒磷固体废弃物制备钒酸钠的方法，通过控制各工艺参数，在保证充分浸出含钒磷固体废弃物中的钒的前提下，还有效去除了浸出液中的杂质，保证了后续钒酸钠产品的质量，且不需要高温焙烧，工艺操作简便，降低了成本，具有广阔的应用前景。
[0053]
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

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