一種三氧化二釩的制備方法
【專利摘要】本發明屬于有色金屬冶金領域，尤其涉及一種三氧化二釩的制備方法，包括有以下步驟：(1)對釩濃度大于6g/L的石煤提釩富釩液進行凈化除雜作業，得到凈化液與沉淀渣；(2)采用堿液或酸液對凈化液進行調pH作業，得到氫離子濃度為10?4～10?14mol/L的待還原液；(3)采用氫氣與待還原液在溫度為50～300℃，氫氣分壓大于1MPa，于高溫高壓反應裝置中攪拌反應1小時以上，得到三氧化二釩水漿；(4)三氧化二釩水漿經固液分離后得到三氧化二釩濾餅與濾液；(5)三氧化二釩濾餅經真空干燥，得到三氧化二釩。本發明具有工藝簡單、環境友好、生產成本低的優點。
【專利說明】
_種三氧化二釩的制備方法
技術領域
[0001]本發明屬于有色金屬冶金領域，尤其涉及一種三氧化二釩的制備方法。【背景技術】
[0002]三氧化二釩是釩的重要化合物，在冶金、電子、化工等行業有著重要的應用。三氧化二釩可用于制取釩鐵和金屬釩粉，也可作為制取碳化釩和氮化釩的原料；由于具有優異的光、電、磁性質，三氧化二釩在電、磁、光開關及氣敏傳感器、存儲材料、電阻材料等多種領域都具有廣泛的應用前景。
[0003]目前，制備三氧化二釩的方法主要有兩種:一種是不外加還原劑的偏釩酸銨或多聚釩酸銨熱分解裂解法，如中國專利200610020405.7，利用加熱偏釩酸銨時釋放出的氨的熱裂解產生的初生氫來還原偏釩酸銨，這種方法不采用外加還原氣，雖然可以降低部分成本，但是原料分解出的氨氣裂解不完全，不僅導致還原氣氛不夠，而且沒有裂解的氨氣的排除會造成環境污染。
[0004]另一種制備三氧化二釩的方法是外加還原劑的直接高溫還原法，多以c、nh3、h2、 ch4、co或工業煤氣等為還原劑，熱還原偏釩酸銨、多聚釩酸銨、五氧化二釩等高價釩化合物而獲得三氧化二釩，此種方法也是目前廣泛應用的制備三氧化二釩的方法。中國專利 CN1118765A公開了一種三氧化二釩的生產方法，該方法以工業煤氣為還原氣體，在回轉窯中對偏釩酸銨或五氧化二釩進行還原熱解反應，獲得三氧化二釩。該方法的缺點是:還原溫度為900°C以上，能耗較高；中國專利CN200610020405.7公開了一種生產粉體三氧化二釩的方法。其方法是將粉體釩酸銨或五氧化二釩作為爐料加入到外加熱流態化爐爐管中，使爐管的填充率達到10 %?55 %，通入工業煤氣，加熱至600?650°C，保溫還原以制備三氧化二釩。該技術方案的缺點是:還原溫度高，能耗高，工業煤氣用量大，生產工藝復雜。
[0005]從已公開的資料可以看出，目前的三氧化二釩制備技術大都是以偏釩酸銨、多聚釩酸銨或五氧化二釩為原料，在一定的溫度和還原氣氛下反應所得，反應溫度一般大于500 °C，能耗高，生產成本高。偏釩酸銨、多聚釩酸銨大都是由提釩工業所得到的含釩溶液經銨鹽沉淀所得;五氧化二釩為偏釩酸銨、多聚釩酸經熱分解所得。因此，若以偏釩酸銨、多聚釩酸銨為原料制備三氧化二釩實則需要兩步:(1)含釩溶液經銨鹽沉淀制備偏釩酸銨、多聚釩酸銨，(2)以偏釩酸銨、多聚釩酸銨為原料在高溫以及還原性氣氛下制備三氧化二釩;若以五氧化二釩為原料制備三氧化二釩實則需要三步:(1)含釩溶液經銨鹽沉淀制備偏釩酸銨、 多聚釩酸銨，(2)偏釩酸銨、多聚釩酸銨經熱分解制備五氧化二釩，(3)以五氧化二釩為原料在高溫以及還原性氣氛下制備三氧化二釩。可以看出，目前的三氧化二釩制備工藝較為復雜，復雜的制備工藝也造成生產成本的增加。同時，在銨鹽沉淀制備偏釩酸銨、多聚釩酸銨的過程中會產生大量的氨氮廢水，熱分解偏釩酸銨、多聚釩酸銨制備五氧化二釩的過程會釋放大量的氨氣，這些廢水和廢氣都會對環境造成嚴重的污染;另外，以偏釩酸銨或多聚釩酸銨為原料，在制備三氧化二釩的過程中會分解出大量的氨氣，未反應的氨氣釋放到大氣中同樣會對環境造成污染。因此，現有的三氧化二釩制備工藝存在環境污染嚴重的問題。
[0006]綜上所述，現有的三氧化二釩制備工藝存在工藝復雜、環境污染嚴重、生產成本高的劣勢。目前，急需尋求一種工藝簡單、環境友好、生產成本低的三氧化二釩制備工藝。
【發明內容】

[0007]本發明旨在解決上述三氧化二釩制備工藝的缺陷，目的是提供一種工藝簡單、環境友好、生產成本低的三氧化二釩制備方法。
[0008]為實現上述目的，本發明采用的技術方案是:一種三氧化二釩的制備方法，包括有以下步驟:
[0009](1)對釩濃度大于6g/L的石煤提釩富釩液進行凈化除雜作業，得到凈化液與沉淀渣；
[0010](2)采用堿液或酸液對凈化液進行調pH作業，得到氫離子濃度為1(T4?l(T14mol/L 的待還原液；
[0011](3)采用氫氣與待還原液在溫度為50?300°C，氫氣分壓大于IMPa，于高溫高壓反應裝置中攪拌反應1小時以上，得到三氧化二釩水漿；
[0012](4)三氧化二釩水漿經固液分離后得到三氧化二釩濾餅與濾液；[〇〇13](5)三氧化二釩濾餅經真空干燥，得到三氧化二釩。[〇〇14]按上述方案，所述的石煤提釩富釩液的釩濃度為35?50g/L。[〇〇15]按上述方案，所述的待還原液中的氫離子濃度為10-4?i〇-V)l/L。
[0016]按上述方案，所述的氫氣與待還原液的反應條件為:溫度為170?250°C，氫氣分壓為2.5MPa以上，所述的攪拌反應轉速為500?1000r/min。
[0017]按上述方案，所述的石煤提釩富釩液為石煤提釩浸出液經樹脂離子交換一解吸工藝所得，其中石煤提釩富釩液中的釩以五價態的形式存在，所述的石煤提釩浸出液的pH = 1 ? 0?3?0〇
[0018]按上述方案，所述的樹脂離子交換中所用樹脂為陰離子交換樹脂。
[0019]按上述方案，所述的解吸工藝中所用的解吸劑為NaOH溶液、NaC 1溶液中的一種或二者按一定比例混合而得的混合溶液。
[0020]按上述方案，所述的凈化除雜作業為:采用堿液或酸液調節石煤提釩富釩液pH至9 ?11，得到調pH后液；向調pH后液中加入適量的堿溶性鎂鹽或鈣鹽，在60?100°C條件下反應0.5?3小時，得到凈化水漿;凈化水漿經固液分離得到凈化液與沉淀渣。
[0021]由于采用上述方法，本發明具有以下積極效果:
[0022]1、由于本發明僅需對石煤提釩富釩液經簡單的除雜處理后便可直接從含釩溶液中制備出三氧化二釩，與現有工藝相比，省去了由含釩溶液經銨鹽沉淀制備中間產品釩酸銨或多聚釩酸銨等的工序，簡化了工藝，避免了氨氮廢水與氨氣的產生；同時，氫氣是一種清潔氣體，不會造成環境污染，因此本發明具有工藝簡單、環境友好的優點；[〇〇23]2、由于本發明所涉及的三氧化二釩制備的主體反應為氣液反應，溫度僅需50?300 °C，優選溫度在170?250 °C，而現有的以偏釩酸銨、多聚釩酸按、五氧化二釩等高價釩產品制備三氧化二釩的工藝所涉及的反應為氣固反應，所需溫度較高，一般大于500°C，因此， 本發明的能耗成本更低；同時，由于本發明簡化了工藝，省去了制備偏釩酸銨、多聚釩酸按、 五氧化二釩等的工序，進一步降低了生產成本。因此，本發明具有生產成本低的優點。
[0024]因此，本發明具有工藝簡單、環境友好、生產成本低的優點。【附圖說明】
[0025]圖1是本發明的一種工藝流程圖。【具體實施方式】
[0026]下面結合附圖和【具體實施方式】對本發明作進一步的描述，并非對其保護范圍的限制:[〇〇27] 實施例1[〇〇28]如圖1，一種三氧化二釩的制備方法，其具體步驟是:[〇〇29](1)對釩濃度為35?50g/L的石煤提釩富釩液進行凈化除雜作業，得到凈化液與沉淀渣；
[0030](2)采用堿液或酸液對凈化液進行調pH作業，得到氫離子濃度為1(T4?l(T7m〇l/L 的待還原液；
[0031](3)采用氫氣與待還原液在溫度為170?250°C，氫氣分壓為3?4MPa，攪拌反應轉速為800?1000r/min的條件下，于高溫高壓反應釜中反應3?4小時，得到三氧化二釩水漿； [〇〇32](4)三氧化二釩水漿經固液分離后得到三氧化二釩濾餅與濾液；[〇〇33](5)三氧化二釩濾餅經真空干燥，得到三氧化二釩。
[0034]所述的石煤提釩富釩液為石煤提釩浸出液經樹脂離子交換一解吸工藝所得，其中離子交換所用樹脂為D201樹脂，解吸工藝所用的解吸劑為質量分數為6%?10%Na0H溶液， 浸出液中的釩以五價態的形式存在，浸出液的pH = 1.0?2.0。[〇〇35]所述的凈化除雜作業為:采用酸液調節石煤提釩富釩液pH至9?10,得到調pH后液；向調pH后液中加入10?30g/L的MgCl2，在60?80°C條件下反應1.5?3小時，得到凈化水漿;凈化水漿經固液分離得到凈化液與沉淀渣。[〇〇36]本實施例中三氧化二釩的沉淀率大于98%，三氧化二釩的純度大于99%。[〇〇37] 實施例2
[0038]—種二氧化二f凡的制備方法，其具體步驟是:[〇〇39](1)對釩濃度為15?25g/L的石煤提釩富釩液進行凈化除雜作業，得到凈化液與沉淀渣；
[0040](2)采用堿液或酸液對凈化液進行調pH作業，得到氫離子濃度為1(T12?l(T14mol/L的待還原液；[0041 ](3)采用氫氣與待還原液在溫度為180?300°C，氫氣分壓為3?5MPa，攪拌反應轉速為500?800r/min的條件下，于高溫高壓反應釜中反應1?2.5小時，得到三氧化二釩水漿；[〇〇42](4)三氧化二釩水漿經固液分離后得到三氧化二釩濾餅與濾液；[〇〇43](5)三氧化二釩濾餅經真空干燥，得到三氧化二釩。
[0044]所述的石煤提釩富釩液為石煤提釩浸出液經樹脂離子交換一解吸工藝所得，其中離子交換所用樹脂為D314樹脂，解吸工藝所用的解吸劑為質量分數為2%?4%'NaOH溶液與質量分數為8 %?10 % NaCl溶液按體積比為1:1混合而得的混合溶液，浸出液中的釩以五價態的形式存在，浸出液的pH=2.0?3.0。
[0045]所述的凈化除雜作業為:采用堿液或酸液調節石煤提釩富釩液pH至10?11，得到調pH后液；向調pH后液中加入15?40g/L CaCl2,在80?100°C條件下反應0.5?1.5小時，得到凈化水漿;凈化水漿經固液分離得到凈化液與沉淀渣。[〇〇46]本實施例中三氧化二釩的沉淀率大于98%，三氧化二釩的純度大于99%。[〇〇47] 實施例3
[0048] —種二氧化二f凡的制備方法，其具體步驟是:
[0049](1)對釩濃度為25?35g/L的石煤提釩富釩液進行凈化除雜作業，得到凈化液與沉淀渣；
[0050](2)采用堿液或酸液對凈化液進行調pH作業，得到氫離子濃度為1(T6?l(T1()m〇l/L 的待還原液；[〇〇51 ](3)采用氫氣與待還原液在溫度為100?200°C，氫氣分壓為2?4MPa，攪拌反應轉速為800?900r/min的條件下，于高溫高壓反應釜中反應1?2小時，得到三氧化二釩水漿； [〇〇52](4)三氧化二釩水漿經固液分離后得到三氧化二釩濾餅與濾液；[〇〇53](5)三氧化二釩濾餅經真空干燥，得到三氧化二釩。
[0054]所述的石煤提釩富釩液為石煤提釩浸出液經樹脂離子交換一解吸工藝所得，其中離子交換所用樹脂為D290樹脂，解吸工藝所用的解吸劑為質量分數為質量分數為8%? 10 % NaCl溶液，浸出液中的釩以五價態的形式存在，浸出液的pH = 1.5?2.2。
[0055]所述的凈化除雜作業為:采用堿液或酸液調節石煤提釩富釩液pH至9.5?10.5，得到調pH后液；向調pH后液中加入20?30g/L CaCl2,在70?90°C條件下反應1.0?2.0小時， 得到凈化水漿;凈化水漿經固液分離得到凈化液與沉淀渣。[〇〇56]本實施例中三氧化二釩的沉淀率大于98%，三氧化二釩的純度大于99%。
【主權項】
1.一種三氧化二釩的制備方法，包括有以下步驟:(1)對釩濃度大于6g/L的石煤提釩富釩液進行凈化除雜作業，得到凈化液與沉淀渣；(2)采用堿液或酸液對凈化液進行調pH作業，得到氫離子濃度為1 (T4?1 (T14mo 1 /L的待 還原液；(3)采用氫氣與待還原液在溫度為50?300°C，氫氣分壓大于IMPa，于高溫高壓反應裝 置中攪拌反應1小時以上，得到三氧化二釩水漿；(4)三氧化二釩水漿經固液分離后得到三氧化二釩濾餅與濾液；(5)三氧化二釩濾餅經真空干燥，得到三氧化二釩。2.根據權利要求1所述的三氧化二釩的制備方法，其特征在于所述的石煤提釩富釩液 的隹凡濃度為35?50g/L。3.根據權利要求1所述的三氧化二釩的制備方法，其特征在于所述的待還原液中的氫 離子濃度為10—4?10—7mol/L。4.根據權利要求1所述的三氧化二釩的制備方法，其特征在于所述的氫氣與待還原液 的反應條件為:溫度為170?250°C，氫氣分壓為2.5MPa以上，所述的攪拌反應轉速為500? 1000r/min。5.根據權利要求1或2所述的三氧化二釩的制備方法，其特征在于所述的石煤提釩富釩 液為石煤提釩浸出液經樹脂離子交換一解吸工藝所得，其中石煤提釩富釩液中的釩以五價 態的形式存在，所述的石煤提釩浸出液的pH= 1.0?3.0。6.根據權利要求5所述的三氧化二釩的制備方法，其特征在于所述的樹脂離子交換中 所用樹脂為陰離子交換樹脂。7.根據權利要求5所述的三氧化二釩的制備方法，其特征在于所述的解吸工藝中所用 的解吸劑為NaOH溶液、NaCl溶液中的一種或二者按一定比例混合而得的混合溶液。8.根據權利要求1所述的石煤提釩富釩液制備三氧化二釩的方法，其特征在于所述的 凈化除雜作業為:采用堿液或酸液調節石煤提釩富釩液pH至9?11，得到調pH后液；向調pH 后液中加入適量的堿溶性鎂鹽或鈣鹽，在60?100°C條件下反應0.5?3小時，得到凈化水 漿;凈化水漿經固液分離得到凈化液與沉淀渣。
【文檔編號】C22B34/22GK105969984SQ201610321602
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2016年5月16日
【發明人】張敏, 張一敏, 張國斌, 包申旭, 劉濤, 黃晶
【申請人】武漢理工大學