專利名稱：一種高純五氧化二釩的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及采用共沉淀法除雜生產(chǎn)純度> 99. 7%的一種高純五氧化二釩的制備方法。
背景技術(shù)：
釩是高熔點稀有金屬，具有許多優(yōu)良的性能，在化工、冶金等行業(yè)得到廣泛的應(yīng)用，隨著我國現(xiàn)代化建設(shè)的高速發(fā)展，釩及其化合物的需求量越來越大。尤其是近年特效釩催化劑的廣泛應(yīng)用與釩電池研究的發(fā)展，對高純度釩及其化合物的要求越來越高。目前，常采用鈉化焙燒或酸浸的工藝從釩礦石中直接提取釩。鈉化焙燒會引入過多的無機鹽雜質(zhì)，酸浸則常常帶入無機金屬雜質(zhì)。采用以上兩種生產(chǎn)工藝生產(chǎn)得到的五氧化二釩純度通常在95、8%，含有鐵、鋁、鉀、鈉、鈣、鎂、硅、磷、硫和砷等雜質(zhì)元素，很難滿足多個領(lǐng)域?qū)ξ逖趸C純度的要求。目前，國內(nèi)外高純五氧化二釩的生產(chǎn)凈化工藝主要包括溶劑萃取法、離子交換法和以沉淀、共沉淀法為主的凈化劑凈化法。其中溶劑萃取法可以有效的將釩萃取到有機相，最后經(jīng)過反萃取而得到含釩溶液。同時可以使原始低釩溶液得到濃縮富集。目前已在工業(yè)上應(yīng)用的釩萃取劑主要包括丙酸戊脂、二一 2 —乙基己基磷酸、磷酸三丁脂、三烷基胺、氯化三烷基甲基胺等。離子交換與萃取法有異曲同工的效果，主要是通過將官能團交聯(lián)到惰性高分子化合物上，通過雜質(zhì)元素與釩酸根離子在離子交換樹脂上吸附(螯合)的能力不同，從而達到分離提純的目的。在釩的提純過程中，由于釩以釩酸根陰離子狀態(tài)存在，而大多數(shù)雜質(zhì)離子以陽離子狀態(tài)存在，因此可使用陰離子交換樹脂進行釩的提純。常用于釩提純的陰離子樹脂包括 Amberlite、IRA-400、IRA-401、IRA-402、IRA-410、IRA-420、D0WEX-1、D0WEX-2 等。凈化劑凈化法主要選擇可和雜質(zhì)元素形成沉淀、共沉淀的離子進行除雜，常用的凈化劑包括可溶性鈣鹽、可溶性鎂鹽、可溶性氯鹽、氫氧化鈉或碳酸鈉等。這三種工藝目前被各釩制備企業(yè)廣泛用于釩溶液的提純，但同時存在一些不足，其中有機試劑，對環(huán)境有一定的污染；需要使用有特效官能團的交換樹脂，提純成本比較高；需要加入大量含鈣、鎂、鋁或鈉等離子的凈化劑，生產(chǎn)成本較高且易造成產(chǎn)品中這些元素單項指標(biāo)超標(biāo)。.

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種高純五氧化二釩的制備方法，生產(chǎn)出能夠用于有機合成催化劑、航天航空、新型能源領(lǐng)域的高純五氧化二釩，同時降低生產(chǎn)成本，簡化工藝流程，減少“三廢”對環(huán)境的污染。本發(fā)明的技術(shù)方案是一種高純五氧化二釩的制備方法，包括以下步驟(I)溶解、除雜以純度為95°/Γ98%的紅釩為原料，用氫氧化鈉溶液溶解，溶解結(jié)束后溶液的PH值為8 9 ;在溶解的同時，緩慢加入V-NWG-I除雜試劑，并攪拌；時間為I. 5^2. 5h ；V-NWG-1除雜試劑是鑭鹽和鍶鹽的混合物；(2)陳化、過濾將上述溶解并除雜的溶液8(T95°C條件下保溫靜置2 3h后過濾；(3)沉釩過濾后的濾液在常溫常壓下，加入氯化銨沉釩，用蒸餾水或去離子水洗滌除去可溶性的雜質(zhì)元素；(4)脫水干燥，沉釩后得到的偏釩酸銨在干燥箱中干燥接脫水，然后煅燒脫氨得到粉狀高純五氧化二釩。溶解時，紅釩重量與氫氧化鈉溶液體積之比，即固液比為1:3 1:4 ;氫氧化鈉溶液的質(zhì)量濃度為12 15%;溶解溫度為95°C 100°C，壓力為常壓，時間為9(Tl50min。V-NWG-I除雜試劑中鑭鹽為氯化鑭、硝酸鑭或氧化鑭用鹽酸、硝酸溶解后的可溶性鑭鹽；所述鍶鹽為氯化鍶、硝酸鍶或氧化鍶用鹽酸、硝酸溶解后的可溶性鍶鹽。V-NWG-I除雜試劑中鑭鹽和鍶鹽的質(zhì)量比為3: f O. 5:1。V-NWG-I除雜試劑配成溶液，溶液的質(zhì)量濃度為45飛5g/ L ;提純每噸紅釩需加入V-NWG-I 溶液 100 200 L。沉釩母液在常溫下加氯化銨得到偏釩酸銨，反應(yīng)時間4 6h ;加入的氯化銨與原料紅鑰;干重質(zhì)量比為O. 8:1 I. 5:1。沉淀得到的偏釩酸銨用蒸餾水或去離子水洗滌3 4次，每次洗滌的用水量與偏釩酸銨固體質(zhì)量比為1:廣1:3 ;洗滌后的廢水返回步驟(I)供溶解紅釩使用。沉釩后得到的偏釩酸銨在干燥箱中于9(T120°C條件干燥脫水，將脫水后的偏釩酸銨于50(T550°C，在充分供氧的條件下焙燒2 4h。本發(fā)明以紅釩為原料，用氫氧化鈉溶解，在溶解的同時加入V-NWG-I除雜試劑，共沉淀分離雜質(zhì)鐵、鋁、鈣、鎂、磷、硫和砷等元素；濾液通過再次沉釩、洗滌，分離鉀、鈉和硅等可溶性雜質(zhì)元素，從而達到紅釩原料中雜質(zhì)元素的快速有效分離。本發(fā)明用鑭鹽、鍶鹽作為凈化劑，由于La3+、Sr2+與0H_、S042_和Ρθ/_可形成更穩(wěn)定的化合物,使雜質(zhì)離子Fe3+、Al3+、As3+、S042_和P043_能夠更徹底地被夾帶共沉淀，提純效果明顯，產(chǎn)品純度更高；用V-NWG-I除雜試劑替代了可溶性鈣鹽、可溶性鎂鹽、可溶性氯鹽、氫氧化鈉或碳酸鈉等常用的凈化劑，避免了對最終產(chǎn)品的二次污染；V-NWG-1除雜試劑(主要為鑭鹽、鍶鹽)用量只為紅釩原料的O. 5 1%，僅為傳統(tǒng)凈化劑用量的1%水平，大幅度降低了凈化劑的用量，并經(jīng)后期處理可循環(huán)使用，有效降低了生產(chǎn)成本。
具體實施例方式實施例一選取釩礦生產(chǎn)五氧化二釩的中間產(chǎn)品紅釩，分子式為xNa20 *yV205 ·ηΗ20。其中含有 V2O5 97. 34%, Fe O. 52%, Al O. 14%, K2O O. 024%, Na2O O. 134%、As O. 001%,P 0.021%、S O. 006%、Si O. 05%、Ca O. 097%、Mg O. 033% 等雜質(zhì)元素。投入紅f凡毛料重量30 Kg,具體步驟如下第一步紅釩的溶解將工業(yè)級片狀NaOH置于可以保溫的反應(yīng)釜中，加入90L蒸餾水溶解，采用蒸汽加熱的方式對溶液進行加熱，待其溫度達到95°C以上時，加入紅釩30Kg(干重)，進行溶解。溶解反應(yīng)器采用聚丙烯或聚四氟乙烯為內(nèi)襯的反應(yīng)罐或反應(yīng)池。所述的工業(yè)級片狀NaOH純度為99%。稱取10. 5Kg溶于90L蒸餾水，其形成的NaOH濃度為O. 12g/mL。向NaOH溶液中勻速加入紅釩原料時，應(yīng)注意以溶液不溢出反應(yīng)釜體為宜，同時進行機械攪拌。設(shè)定機械攪拌速度為150rpm。在保持反應(yīng)溫度> 95°C條件下，繼續(xù)機械攪拌90min。攪拌溶解后其不溶物約為5%，溶解結(jié)束時，其溶液pH=8. O。第二步共沉淀劑的加入溶解結(jié)束后，在保持溫度> 95°C并且機械攪拌的情況下，用蠕動泵緩慢向溶液中加入質(zhì)量濃度為50g /L的V-NWG-I除雜試劑并不斷攪拌，攪拌速度為150 rpm左右。V-NWG-I溶液的加入量可根據(jù)原料中雜質(zhì)元素的量和產(chǎn)品最終純度的需求可適當(dāng)調(diào)整，通常的量為每噸紅釩加入V-NWG-I溶液10(T200 L0滴加完畢后，停止機械攪拌和蒸汽加熱，并保持溫度不低于80°C條件下，靜置2h。所述的溶解結(jié)束后的溶液其紅釩濃度約為O. 3g/mL。分別稱取50. Og氯化鑭和100. Og氯化鍶溶于3L蒸餾水中，配置成V-NWG-I除雜試劑。V-NWG-I除雜試劑中鑭鹽和鍶鹽的質(zhì)量比為O. 5: I。蠕動泵控制流速為100mL/min。第三步溶液的過濾溶液于反應(yīng)釜中8(T95°C條件下保溫靜置2h后出現(xiàn)分層，使絮狀的不定型沉淀充分凝聚，使用板框式壓濾機對靜置后分層的溶液進行過濾，過濾后的濾渣烘干后重量為I. 5Kg,經(jīng)檢測分析,其主要雜質(zhì)元素Fe的含量為10%。過濾后的澄清液放入反應(yīng)爸中，為沉釩備用液。第四步沉釩在沉釩備用液加入28. 5Kg的固體氯化銨，并進行機械攪拌。常溫常壓下反應(yīng)5h。得到白色晶體偏釩酸銨。所述的氯化銨為工業(yè)級純度為99. 5%，機械攪拌速度為150rpm。第五步洗滌將沉釩得到的偏釩酸銨用離心過濾機過濾，得到的濾餅每次用30L蒸餾水洗滌，重復(fù)3次。洗滌后的廢水返回步驟(I)供溶解紅釩使用。洗滌后得到的白色晶體偏釩酸銨經(jīng)低溫烘干后質(zhì)量為34. 6Kg。收集沉釩后的濾液和洗滌用水，檢測其中V2O5含量。依據(jù)標(biāo)準YB/T5328-2009測定溶液中V2O5含量小于3%。第六步偏釩酸銨的煅燒沉釩后得到的偏釩酸銨在干燥箱中于9(T120°C條件干燥脫水，將脫水后的偏釩酸銨在500°C下，在充分供氧的條件下焙燒2 4h，煅燒脫氨。得到橙色粉狀高純V2O5。煅燒的同時不斷的注入新鮮空氣，并用10%的鹽酸溶液吸收煅燒時產(chǎn)生的尾氣。煅燒后得到橙色粉狀高純V2O5 26. 9Kg，V2O5的總回收率為92%。表I :采用V-NWG-I除雜試劑制備的V2O5質(zhì)量分析結(jié)果
權(quán)利要求
1.一種高純五氧化二釩的制備方法，其特征是包括以下步驟(1)溶解、除雜以純度為959Γ98%的紅釩為原料，用氫氧化鈉溶液溶解，溶解結(jié)束后溶液的PH值為8 9 ;在溶解的同時，緩慢加入V-NWG-I除雜試劑，并攪拌；時間為I. 5^2. 5h ；V-NWG-I除雜試劑是鑭鹽和鍶鹽的混合物；(2)陳化、過濾將上述溶解并除雜的溶液8(T95°C條件下保溫靜置2 3h后過濾；(3)沉釩過濾后的濾液在常溫常壓下，加入氯化銨沉釩，用蒸餾水或去離子水洗滌除去可溶性的雜質(zhì)元素；(4)脫水干燥，沉釩后得到的偏釩酸銨在干燥箱中干燥接脫水，然后煅燒脫氨得到粉狀高純五氧化二釩。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種高純五氧化二釩的制備方法，其特征是溶解時，紅釩重量與氫氧化鈉溶液體積之比，即固液比為1:3 1:4 ;氫氧化鈉溶液的質(zhì)量濃度為12 15%;
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種高純五氧化二釩的制備方法，其特征是溶解溫度為950C 100°C，壓力為常壓，時間為9(Tl50min。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種高純五氧化二釩的制備方法，其特征是=V-NWG-I除雜試劑中鑭鹽為氯化鑭、硝酸鑭或氧化鑭用鹽酸、硝酸溶解后的可溶性鑭鹽；所述鍶鹽為氯化鍶、硝酸鍶或氧化鍶用鹽酸、硝酸溶解后的可溶性鍶鹽。
5.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種高純五氧化二釩的制備方法，其特征是=V-NWG-I除雜試劑中鑭鹽和鍶鹽的質(zhì)量比為3:f0. 5:1。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種高純五氧化二釩的制備方法，其特征是=V-NWG-I除雜試劑配成溶液，溶液的質(zhì)量濃度為45飛5g/ L ;提純每噸紅釩需加入V-NWG-I溶液100 200 L。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種高純五氧化二釩的制備方法，其特征是沉釩母液在常溫下加氯化銨得到偏釩酸銨，反應(yīng)時間4 6h ;加入的氯化銨與原料紅釩干重質(zhì)量比為O.8: Tl. 5:1。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種高純五氧化二釩的制備方法，其特征是沉淀得到的偏釩酸銨用蒸餾水或去離子水洗滌3 4次，每次洗滌的用水量與偏釩酸銨固體質(zhì)量比為1Γ13 ;洗滌后的廢水返回步驟(I)供溶解紅釩使用。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種高純五氧化二釩的制備方法，其特征是沉釩后得到的偏釩酸銨在干燥箱中于9(Tl20°C條件干燥脫水，將脫水后的偏釩酸銨于50(T550°C，在充分供氧的條件下焙燒2 4h。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種高純五氧化二釩的制備方法，包括以下步驟(1)溶解、除雜；(2)陳化、過濾；(3)沉釩；(4)脫水干燥。本發(fā)明以紅釩為原料，用氫氧化鈉溶解，在溶解的同時加入V-NWG-1除雜試劑，共沉淀分離雜質(zhì)鐵、鋁、鈣、鎂、磷、硫和砷等元素；濾液通過再次沉釩、洗滌，分離鉀、鈉和硅等可溶性雜質(zhì)元素，從而達到紅釩原料中雜質(zhì)元素的快速有效分離。本發(fā)明用鑭鹽、鍶鹽作為凈化劑，提純效果明顯，產(chǎn)品純度更高；用V-NWG-1除雜試劑作為凈化劑，避免了對最終產(chǎn)品的二次污染；V-NWG-1除雜試劑用量只為紅釩原料的0.5~1%，大幅度降低了凈化劑的用量，并經(jīng)后期處理可循環(huán)使用，有效降低了生產(chǎn)成本。
文檔編號C01G31/02GK102910676SQ20121045528
公開日2013年2月6日 申請日期2012年11月14日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月14日
發(fā)明者吳隨周, 沈坤, 李中璽, 張瑩 申請人:西北有色地質(zhì)研究院