一种从高浓度含钒溶液中制备高纯五氧化二钒的方法

本发明属于高纯五氧化二钒制备，具体涉及一种从高浓度含钒溶液中制备高纯五氧化二钒的方法。

背景技术：

1、钒是一种具有重要用途的战略金属，被称为“现代工业的味精”。钒除了在材料、化工等一些传统领域的应用外，近年来在储能等高新技术领域也得到了更多的应用。焙烧-浸出是含钒矿物提钒的重要环节。目前主流的焙烧浸出工艺有钠焙烧-水浸出和钙焙烧-酸浸出。含钒矿物和提钒方法多种多样，但无论采用何种原料和提钒方法，都需要通过沉钒工艺将钒从溶液中沉淀出来，从而获得最终的钒产品。传统的沉钒方法主要使用的沉淀剂有铵盐、铁盐和钙盐。酸性铵盐沉钒由于生产周期短、产品纯度高，在工业生产中得到了大规模应用。

2、随着钒需求量不断增加，钒生产企业迫切需要提高生产效率，采用高浓度钒溶液沉钒很好的满足了这一需求。但针对高浓度含钒溶液，酸性铵盐沉钒工艺存在不足：（1）由于钒浓度过高，会导致酸性铵盐沉钒过程中更容易形成钒酸钠等杂质。也会导致形核速率过快，形成的晶体大小不一，容易夹带杂质进入沉淀，导致钒产品纯度过低。（2）不可避免地会产生大量的氨氮废水。

3、针对高浓度钒溶液沉钒问题，中国专利文献cn113025833a公开了一种从高浓度钒液沉钒的方法，首先将含钒溶液调至弱酸性，随后加入三聚氰胺并调溶液至强酸性，最后在加热条件下反应一段时间，经过滤后得到含钒沉淀，含钒沉淀经煅烧后得到98级的五氧化二钒。该方法虽然能够获得合格的钒产品，但沉钒剂价格较高，且会产生有机的沉钒废水。中国专利文献cn115676886a同样公开了一种从高浓度钒液中沉钒的方法，该方法首先将溶液调至弱酸性，随后将硫酸铵与沉钒废水混合加入到高钒溶液中，并调节ph为2~2.1，沸腾反应后过滤得到沉钒产物。该方法实质上仍是高浓度钒溶液酸性铵盐沉钒，得到的钒产品纯度仍较低。

4、综上，为提高钒的生产效率，高浓度钒溶液沉钒问题仍需进一步研究。

技术实现思路

1、为了解决高浓度钒溶液酸性铵盐沉钒过程中存在的产品纯度低，大量氨氮废水排放的问题，本发明提出了一种从高浓度含钒溶液中制备高纯五氧化二钒的方法，与酸性铵盐沉钒相比，该方法不仅减少了铵盐的消耗，而且在保证v2o5纯度的前提下实现了洗涤液的循环利用。

2、为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

3、一种从高浓度含钒溶液中制备高纯五氧化二钒的方法，包括以下步骤：

4、（1）将硫酸加入到高浓度的含钒溶液中，调整所述含钒溶液的ph值为酸性进行水解沉钒，经固液分离后获得含钠的多钒酸盐；

5、（2）采用含铵溶液洗涤所述含钠的多钒酸盐，用来除去沉淀中的钠，固液分离后得到多钒酸铵；

6、（3）将所述多钒酸铵进行煅烧，得到高纯五氧化二钒产品。

7、进一步的，步骤（1）中所述高浓度含钒溶液，是指含钒矿物或含钒渣经钠化焙烧-水浸并除杂后的溶液。

8、更进一步的，所述高浓度含钒溶液中钒为40~80 g/l，ph值一般在7左右，主要含有钒和钠元素。通常钒浓度≥40 g/l就属于高浓度钒溶液。由于钒浓度过高，会导致形核速率过快，形成的晶体大小不一，容易夹带杂质进入沉淀，更容易形成钒酸钠等杂质，导致钒产品纯度过低。因此现有的酸性铵盐沉钒工艺并不适用于高浓度钒溶液。

9、进一步的，步骤（1）中所述的水解沉钒，是指向所述高浓度含钒溶液中加入硫酸，将溶液ph调至0.8~1.3。

10、高浓度含钒溶液在加酸水解沉钒过程中，如不进行加热，室温下钒的主要存在形式会发生如下变化：v10o286‒→hv10o285‒→h2v10o284‒→vo2+。最终钒主要以离子的形式存在，并不能形成沉淀。

11、进一步的，步骤（1）中水解沉钒反应温度为95~100 ℃，反应时间20~50 min。水解沉钒过程中钒发生的主要反应如下：

12、6na4h2v10o28 + 7h2so4 → 10nahv6o16↓ + 7na2so4 + 8h2o

13、6(vo2)2so4 + na2so4 + 7h2o → na2v12o31↓ + 7h2so4

14、可见加热条件下，钒全部转化为沉淀，避免了钒的损失。申请人研究发现，当水解沉钒的ph在1附近，温度大于90 ℃时，钒的沉淀率能达到98%以上。

15、进一步的，步骤（2）中所述含铵溶液中的溶质为硫酸铵、碳酸铵、碳酸氢铵的至少一种。所用含铵溶液中nh4+质量为沉淀中钠质量的3~7倍。如nh4+加入量过大，导致溶液中氨氮废水含量过高；过小则导致沉淀中的钠无法完全通过洗涤除去。

16、更进一步的，步骤（2）中所述洗涤纯化过程中，所用含铵溶液体积（ml）与含钠多钒酸盐沉淀（g）比例为10~20:1，洗涤温度为25~100 ℃，洗涤时间为15~30 min。

17、洗涤过程中发生的主要反应如下：

18、nahv6o16 + 2nh4+ → (nh4)2v6o16 + na+ + h+

19、na2v12o31 + 2nh4+ → (nh4)2v6o16 + 2na+

20、需要说明，采用含铵溶液洗涤主要杂质为钠的多钒酸盐时，nh4+不仅能够置换沉淀中的na+，还会进一步取代沉淀中的h+，且h+被取代的程度随着洗涤温度的升高而增大，nh4+对h+的取代，并不影响最终五氧化二钒产品的纯度。经洗涤后洗涤液中仍主要含有h+和nh4+，可以返回到步骤（2）中继续作为洗涤用水使用。

21、进一步的，步骤（3）中煅烧温度为550～600 ℃，煅烧时间为120~150 min。

22、本发明还提供了所述方法制备得到的高纯五氧化二钒产品，其纯度大于99.5%。

23、与工业上主流的沉钒工艺相比，本发明技术方案有以下优势：

24、本方法首先对高浓度含钒溶液（钒浓度大于40 g/l）进行加酸水解沉钒，在该过程中，钠离子会与钒酸根结合进入沉淀，经固液分离后得到主要杂质为钠的多钒酸盐沉淀；随后根据nh4+与钒酸根结合的能力大于na+，采用含铵溶液对多钒酸盐沉淀进行洗涤纯化，使含钠的多钒酸盐转变为多钒酸铵，达到纯化的目的；固液分离后的多钒酸铵进行煅烧得到高纯的五氧化二钒产品，洗涤液返回到洗涤纯化工序。

25、利用本发明处理高浓度含钒溶液，不仅铵盐用量较传统铵盐沉钒法降低，洗涤液也能够实现循环利用。并且实现了沉钒废水中高浓度钠盐与氨氮废水的分离，为回收废水中大量的高纯度钠盐提供基础，实现了钒的清洁、高效生产。

技术特征：

1.一种从高浓度含钒溶液中制备高纯五氧化二钒的方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的从高浓度含钒溶液中制备高纯五氧化二钒的方法，其特征在于，步骤（1）中所述高浓度含钒溶液，是指含钒矿物或含钒渣经钠化焙烧-水浸并除杂后的溶液，其中钒含量为40~80 g/l。

3.根据权利要求2所述的从高浓度含钒溶液中制备高纯五氧化二钒的方法，其特征在于，步骤（1）中所述的水解沉钒是向所述高浓度含钒溶液中加入硫酸，将溶液ph调至0.8~1.3。

4.根据权利要求3所述的从高浓度含钒溶液中制备高纯五氧化二钒的方法，其特征在于，步骤（1）中水解沉钒反应温度为95~100 ℃，反应时间20~50 min。

5.根据权利要求1所述的从高浓度含钒溶液中制备高纯五氧化二钒的方法，其特征在于，步骤（2）中所述含铵溶液中的溶质为硫酸铵、碳酸铵、碳酸氢铵的至少一种。

6.根据权利要求5所述的从高浓度含钒溶液中制备高纯五氧化二钒的方法，其特征在于，步骤（2）中所用含铵溶液中nh4+质量为沉淀中钠质量的3~7倍。

7.根据权利要求6所述的从高浓度含钒溶液中制备高纯五氧化二钒的方法，其特征在于，步骤（2）中所述洗涤纯化过程中，所用含铵溶液体积（ml）与含钠多钒酸盐沉淀（g）比例为10~20:1，洗涤温度为25~100 ℃，洗涤时间为15~30 min。

8.根据权利要求7所述的从高浓度含钒溶液中制备高纯五氧化二钒的方法，其特征在于，将步骤（2）中洗涤后的洗涤液继续作为洗涤用水使用。

9.根据权利要求1所述的从高浓度含钒溶液中制备高纯五氧化二钒的方法，其特征在于，步骤（3）中煅烧温度为550～600 ℃，煅烧时间为120~150 min。

10.权利要求1至9任一项所述方法制备得到的高纯五氧化二钒产品，其特征在于，所述高纯五氧化二钒产品的纯度大于99.5%。

技术总结本发明提供了一种从高浓度含钒溶液中制备高纯五氧化二钒的方法，属于高纯五氧化二钒制备技术领域，包括以下步骤：（1）将硫酸加入到高浓度的含钒溶液中，调整所述含钒溶液的pH值为酸性进行水解沉钒，经固液分离后获得含钠的多钒酸盐；（2）采用含铵溶液洗涤所述含钠的多钒酸盐，固液分离后得到多钒酸铵；（3）将所述多钒酸铵进行煅烧，得到高纯五氧化二钒产品。利用本发明处理高浓度含钒溶液，不仅铵盐用量较传统铵盐沉钒法降低，洗涤液也能够实现循环利用。并且实现了沉钒废水中高浓度钠盐与氨氮废水的分离，为回收废水中大量的高纯度钠盐提供基础，实现了钒的清洁、高效生产。技术研发人员：马保中,王成彦,王宝华,王宽,冯国晟,郁建成,曹志河,刘玉博,陈永强受保护的技术使用者：北京科技大学技术研发日：技术公布日：2024/9/29