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微波化学反应器沉钒制备高纯五氧化二钒的方法
科瑞仪器 / 2019-04-28 13:54/ QQ在线报价

微波化学反应器沉钒制备高纯五氧化二钒的方法
技术领域
微波化学反应器
[0001]  本发明属于制备高纯五氧化二钒技术领域。具体涉及一种微波化学反应器沉钒制备高纯五氧化二钒的方法。
背景技术
[0002]  五氧化二钒是钒的重要化合物,在冶金、化工、材料和电池等领域有广泛的应用。用高纯五氧化二钒生产钒铝中间合金,将所得的钒铝合金添加到钛合金中,加工成各种航空部件;用高纯五氧化二钒制备锂电池电极材料,所得的电极材料能极大的提高锂电池的
容量和电池循环寿命;高纯五氧化二钒是全钒液流电池电解液的主要来源,全钒液流电池具有大容量、长寿命和快速响应的优点,是大规模储能技术的研究热点。目前制备高纯五氧化二钒的主要方法是,含钒固体碱溶净化除杂一铵盐沉钒、含钒溶液铵盐沉钒一碱溶除杂一再沉钒。
[0003]  “高纯五氧化二钒的制备方法”(CN201710707962.4)专利技术,提出了一种高纯五氧化二钒的制备方法,将工业级偏钒酸铵溶解于碱液,通过树脂吸附及解吸得到纯化后含钒溶液,再加入沉淀剂得到初级偏钒酸铵,再经过重结晶、洗涤和干燥获得高纯偏钒酸铵,煅烧高纯偏钒酸铵获得高纯五氧化二钒。该发明通过两次树脂吸附及解吸过程净化钒溶液,再经过沉淀、重结晶、洗涤相煅烧虽得到高纯五氧化二钒,但制备过程复杂、能耗大、成本高和生产效率低。
[0004]  “高纯金属钒用高纯五氧化二钒的制备方法”(CN201610036137.1)专利技术,提出了一种高纯五氧化二钒的制备方法,将五氧化二钒进行碱溶和过滤,过滤后的液体进行pH值调节,加入除硅剂沉淀,过滤,过滤后的液体加入除铬剂沉淀过滤,再调节溶液pH值,加入氯化铵沉钒,过滤洗涤得到高纯偏钒酸铵,煅烧偏钒酸铵得到高纯五氧化二钒。该工艺通过几次除杂沉淀,过滤得到杂质含量较低溶液,经过再沉淀的方式制备高纯五氧化二钒,其工艺流程长,除杂以及沉钒药剂耗量高,使得生产成本高且生产效率较低。
[0005]  “一种从高铝含钒溶液中沉钒的方法”(CN104131180A)专利技术,提出了一种在高铝杂质中沉钒的方法。对反萃液加入氨水搅拌结晶析出铵明矾,结晶尾液添加氯酸钠氧化低价钒离子,氧化后液加氨水搅拌沉钒,红饼干燥煅烧后得到精钒产品。尽管在高铝溶液中成功制得纯度较高的五氧化二钒,但经过两次沉淀工序,生产时间较长和能耗大,且会有一定比例不可避免的钒损失。
[0006]  “一种从酸性多杂质含钒溶液中直接沉钒的方法”(CN106319214B)寺利技术,提出了一种从含钒溶液中直接沉钒的方法。对多杂质含钒酸性溶液直接按质量比为(3~20):1加入尿素,在40~70。C条件下搅拌1.0~6 .Oh,沉淀,产物在450~650。C条件下煅烧0.5~3.Oh,得到高纯度五氧化二钒。该技术与其他高纯五氧化二钒制备技术相比,其减少了除杂过程,缩短了流程,直接从含钒溶液一步制得高纯度五氧化二钒。但是沉钒时间最长达到6h,时间较长,且尿素的耗量最大达到20:1,药剂耗量仍然较高。[0007]  从己公开的资料来看,目前五氧化二钒的制备技术大都是以偏钒酸铵、五氧化二钒溶液或含钒溶液为原料,通过碱溶除杂一铵盐沉钒,或者钒溶液净化除杂一铵盐沉淀一碱溶除杂再沉钒的方法,其缺点在于对于杂质的处理大部分需要经过除杂工艺,对原料的要求苛刻,使得工艺冗长、生产效率较低和药剂耗量大;或从“一种从酸性多杂质含钒溶液中直接沉钒的方法”(CN106319214B)专利技术来看,常压下直接采用尿素沉钒,存在着时间长(最长达6h)、药剂耗量高(加铵系数最高达20倍)和纯度相对低(仅能达到99%)的问题。并且现有的五氧化二钒制备技术仅能针对于酸性含钒溶液或者碱性含钒溶液中的一种,对于含钒溶液的适应性较弱。综上所述,现有的高纯五氧化二钒制备方法存在着工艺复杂、流程长、药剂耗量高和适应性弱的问题。
发明内容
[0008]  本发明旨在克服现有技术的缺陷,目的在于提供一种工艺简单、效率高、药剂耗量低和适应性强的微波化学反应器沉钒制备高纯五氧化二钒的方法;用该方法制备的高纯五氧化二钒产率高和纯度高。
[0009]  为实现上述目的,本发明采用的技术方案步骤如下:
[0010]  步骤一、按尿素:含钒溶液中五氧化二钒的质量比为(1~5):1,将所述尿素和所述含钒溶液置于常压微波化学反应器合成/萃取反应工作站中,在50~1008C和微波化学反应器功率为300~800W的条件下搅拌0.5~3h,得到五价钒酸盐浆体。
[0011]  步骤二、将所述五价钒酸盐浆体固液分离,得到钒酸盐和滤液。
[0012]  步骤三、将所述钒酸盐在400~550。C条件下煅烧0.5~1.5h,得到高纯五氧化二钒。
[0013]  所述含钒溶液中的钒离子以五价态的形式存在。
[0014]  所述含钒溶液为下列两种溶液中的一种:
[0015]  第一种所述溶液的化学成分是:钒离子浓度为8~50g/L,铁离子浓度小于2g/L,铝离子浓度小于25g/L,钙离子浓度小于lg/L,硅离子浓度小于O.lg/L,磷离子浓度小于O.lg/L;所述含钒溶液的pH值为-0.4-0。
[0016]  第二种所述溶液的化学成分是:钒离子浓度为8~50g/L,铁离子浓度小于O.lg/L,铝离子浓度小于lg/L,硅离子浓度小于2g/L,磷离子浓度小于2g/L;所述含钒溶液的pH值为7~9。
[0017]  由于采用上述方法,本发明与现有技术相比具有以下积极效果:
[0018]  1、由于本发明在在50~100。C和微波化学反应器功率为300~800W的条件下搅拌0.5~3h;固液分离,分离在400~550。C条件下煅烧0.5N1.5h,得到高纯五氧化二钒。省去了由含钒溶液铵盐沉淀制备中间产品,以及碱溶净化除杂等工序,简化了工艺,缩短了工艺流程,提高
了生产效率。
[0019]  2、本发明与现有的“一种从酸性多杂质含钒溶液中直接沉钒的方法”
(CN106319214B)(以下简称“直接沉钒技术”)专利技术相比,尿素的耗量仅为“直接沉钒技术”的四分之一到三分之一,生产时间仅为“直接沉钒技术”的二分之一;本发明在降低药剂耗量的同时也缩短了生产时间,极大的降低了能耗,提高了生产效率高。
[0020]  3、现有实践证明:当五氧化二钒纯度达到99%后,纯度若再提高0.2%~0.50/,需再经过三到五次碱溶除杂再沉淀的过程。本发明的沉钒率在99.2%以上,产品纯度为99 .50/以上,明显高于“直接沉钒技术”技术(沉钒率为98 .50/,纯度为99%)。即本发明的产
品纯度和生产效率均显著优于现有技术。
[0021]  4、由于本发明是从含钒溶液中一步制得高纯五氧化二钒,省去部分净化除杂工艺,因此减小了酸碱以及其他除杂药剂的耗量;与“直接沉钒技术”相比,在煅烧工序阶段,煅烧温度降低了50~150。C,降低了能耗,减小了生产成本。
[0022]  5、现有的五氧化二钒制备技术仅局限于于酸性含钒溶液或者碱性含钒溶液中的一种,如果处理酸碱范围更大的溶液时,需经过酸碱调节溶液环境以及采取除杂过程,本发明与其他沉钒技术相比,能同时适用于酸性含钒溶液与弱碱性含钒溶液,对含钒溶液的处
理范围更为宽广;与“直接沉钒技术”技术相比,对原料的适应性更广,具有适应性强的优点。
[0023]  因此,本发明具有工艺简单、效率高、能耗低、药剂耗量小和适应性强的特点;所制备的高纯五氧化二钒产率高和纯度高。
具体实施方式
[0024]  下面结合具体实施方式对本发明做进一步的描述,并非对其保护范围的限制:
[0025]  实施例l
[0026]  1.-种微波化学反应器沉钒制备高纯五氧化二钒的方法。所述方法的具体步骤如下:
[0027]  岁骤一、按尿素:含钒溶液中五氧化二钒的质量比为(1~2):1,将所述尿素和所述含钒溶液置于常压微波化学反应器合成/萃取反应工作站中,在50~70。C和微波化学反应器功率为300~500W的条件下搅拌0.5~l.Oh,得到五价钒酸盐浆体。
[0028]  步骤二、将所述五价钒酸盐浆体固液分离,得到钒酸盐和滤液。
[0029]  步骤三、将所述钒酸盐在400~450。C条件下煅烧1.0~1. 5h,得到高纯五氧化二钒。
[0030]  所述的含钒溶液中的钒离子以五价态的形式存在。
[0031]  所述含钒溶液的化学成分为:钒离子浓度8~25g/L,铁离子浓度小于2g/L,铝离子浓度小于25g/L,钙离子浓度小于lg/L,硅离子浓度小于O.lg/L,磷离子浓度小于O.lg/L,所述含钒溶液的pH值为-0.4-<-0. 25。
[0032]  本实施例制备的高纯五氧化二钒的产率大于99.4%;所制得的高纯五氧化二钒纯度大于99 .70/。
[0033]  实施例2
[0034]  1.-种微波化学反应器沉钒制备高纯五氧化二钒的方法。所述方法的具体步骤如下:
[0035]  步骤一、按尿素:含钒溶液中五氧化二钒的质量比为(3~4):1,将所述尿素和所述含钒溶液置于常压微波化学反应器舍成/萃取反应工作站中,在70~90。C和微波化学反应器功率为500~700W的条件下搅拌1~2h,得到五价钒酸盐浆体。
[0036]  步骤二、将所述五价钒酸盐浆体固液分离,得到钒酸盐和滤液。
[0037]  步骤三、将所述钒酸盐在500~550。C条件下煅烧0.5~1. Oh,得到高纯五氧化二钒。
[0038]  所述的含钒溶液中的钒离子以五价态的形式存在。
[0039]  所述含钒溶液的化学成分为钒离子浓度25~50g/L,铁离子浓度小于2g/L,铝离子浓度小于25g/L,钙离子浓度小于lg/L,硅离子浓度小于O.lg/L,磷离子浓度小于O.lg/L,所述含钒溶液的pH值为-0.25~0。[0040]  本实施例制备的高纯五氧化二钒的产率大于99 .50/;所制得的高纯五氧化二钒的纯度大于99.9%。
[0041]  实施例3
[0042]  1.-种微波化学反应器沉钒制备高纯五氧化二钒的方法。所述方法的具体步骤如下:
[0043]  步骤一、按尿素:含钒溶液中五氧化二钒的质量比为(2~3):1,将所述尿素和所述含钒溶液置于常压微波化学反应器合成/萃取反应工作站中,在60~80。C和微波化学反应器功率为600~800W的条件下搅拌1.5~2h,得到五价钒酸盐浆体。
[0044]  步骤二、将所述五价钒酸盐浆体固液分离,得到钒酸盐和滤液。
[0045]  步骤三、将所述钒酸盐在450~500。C条件下煅烧1.0~1. 5h,得到高纯五氧化二钒。
[0046]  所述的含钒溶液中的钒离子以五价态的形式存在。
[0047]  所述含钒溶液的化学成分为:钒离子浓度35~50g/L,铁离子浓度小于O.lg/L,铝离子浓度小于lg/L,硅离子浓度小于2g/L,磷离子浓度小于2g/L,所述含钒溶液的pH值为8~9。
[0048]  奉实施例制备的高纯五氧化二钒的产率大于99 .50/;所制得的高纯五氧化二钒的纯度大于99.80/。
[0049]  实施例4
[0050]  1.-种微波化学反应器沉钒制备高纯五氧化二钒的方法。所述方法的具体步骤如下:
[0051]  步骤一、按尿素:含钒溶液中五氧化二钒的质量比为(4~5):1,将所述尿素和所述含钒溶液置于常压微波化学反应器合成/萃取反应工作站中,在90~100。C和微波化学反应器功率为700~800W的条件下搅拌2~3h,得到五价钒酸盐浆体。
[0052]  步骤二、将所述五价钒酸盐浆体固液分离,得到钒酸盐和滤液。
[0053]  步骤三、将所述钒酸盐在500~550。C条件下煅烧0.5~1. Oh,得到高纯五氧化二钒。
[0054]  所述的含钒溶液中的钒离子以五价态的形式存在。
[0055]  所述含钒溶液的化学成分为:钒离子浓度8~35g/L,铁离子浓度小于O.lg/L,铝离子浓度小于lg/L,硅离子浓度小于2g/L,磷离子浓度小于2g/L,所述含钒溶液的pH值为7~8。
[0056]  本实施例制备的高纯五氧化二钒的产率大于99.2%;所制得的高纯五氧化二钒纯度大于99.6%。
[0057]  本具体实施方式与现有技术相比具有以下积极效果:
[0058]  白于采用上述方法,本具体实施方式与现有技术相比具有以下积极效果:
[0059]  1、由于本具体实施方式在在50~100。C和微波化学反应器功率为300~800W的条件下搅拌0.5~3h;固液分离,分离在400~550。C条件下煅烧0.5~1. 5h,得到高纯五氧化二钒。省去了由含钒溶液铵盐沉淀制备中间产品,以及碱溶净化除杂等工序,简化了工艺,缩短了工艺流程,提高了生产效率。
[0060]  2、本具体实施方式与现有的“一种从酸性多杂质含钒溶液中直接沉钒的方法”(CN106319214B)(以下简称“直接沉钒技术”)专利技术相比,尿素的耗量仅为“直接沉钒技术”的四分之一到三分之一,生产时间仅为“直接沉钒技术”的二分之一;本具体实施方式在降低药剂耗量的同时也缩短了生产时间,极大的降低了能耗,提高了生产效率高。
[0061]  3、现有实践证明:当五氧化二钒纯度达到99%后,纯度若再提高0.20/~0.5%,需再经过三到五次碱溶除杂再沉淀的过程。本具体实施方式的沉钒率在99.2%以上,产品纯度为99.5%以上,明显高于现有技术(沉钒率为98 .50/,纯度为99%)。即本具体实施方式的
产品纯度和生产效率均显著优于现有技术和“直接沉钒技术”技术。
[0062]  4、由于本具体实施方式是从含钒溶液中一步制得高纯五氧化二钒,省去部分净化除杂工艺,因此减小了酸碱以及其他除杂药剂的耗量;与“直接沉钒技术”相比,在煅烧工序阶段,煅烧温度降低了50~150。C,降低了能耗,减小了生产成本。
[0063]  5、现有的五氧化二钒制备技术仅局限于于酸性含钒溶液或者碱性含钒溶液中的一种,如果处理酸碱范围更大的溶液时,需经过酸碱调节溶液环境以及采取除杂过程,本具体实施方式与其他沉钒技木相比,能同时适用于酸性含钒溶液与弱碱性含钒溶液,对含钒
溶液的处理范围更为宽广;与“直接沉钒技术”技术相比,对原料的适应性更广,具有适应性强的优点。
[0064]  因此,本具体实施方式具有工艺简单、效率高、能耗低、药剂耗量小和适应性强的特点;所制备的高纯五氧化二钒产率高和纯度高。
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