一种制备三氯氧钒的方法及该方法得到的三氯氧钒

摘要

本发明提供了一种制备三氯氧钒的方法及该方法得到的三氯氧钒。所述方法包括以下步骤：将偏钒酸钾加入到浓盐酸中，进行反应，其中控制偏钒酸钾与浓盐酸中的HCl的摩尔比为3.0～5.0；过滤反应所得物，得到含钒溶液；对含钒溶液进行蒸馏、冷凝，得到三氯氧钒液体。其中，浓盐酸中HCl的质量分数大于30％；偏钒酸钾的纯度应大于99％；反应温度为50℃～100℃；反应时间为30min～120min；蒸馏的温度和时间分别为70℃～95℃和100min～300min。本发明的优点包括：钒收率可达到80％以上(甚至高达95％)，对环境友好，无污染；且工艺简单易用、设备要求低、操作方便、适应范围广、成本低。

说明书

技术领域

本发明属于钒精细化工技术领域，具体来讲，涉及一种三氯氧钒制备方 法，以及一种通过该制备方法得到的三氯氧钒产品。

背景技术

一般来讲，钒作为一种重要的金属元素，其因具有诸多优良性能而被广 泛的应用于各个领域中。目前，世界上约有85％的钒应用于钢铁行业，其余 约15％主要应用于诸如航空合金、钒电池、化学工业、催化剂等行业中。也 就是说，三氯氧钒在有机化工领域中具有非常重要的作用，例如，其可作为 生产乙烯、丙烯的催化剂等等。

举例来讲，在《三氯氧钒催化剂配制工艺优化》中，作者结合吉林石化 公司乙丙橡胶生产装置，分析了催化剂配制过程中的影响因素，查找了三氯 氧钒与无水乙醇反应后生成杂质的原因。由于对主原料催化剂尚无分析方法， 对影响催化剂配制的各类因素认识不够，致使催化剂配制后生成杂质，影响 了装置稳定运行及成本控制。通过工艺探索，优化了无水乙醇的原料指标； 增加氮气鼓泡气量、延长鼓泡时间以及循环过滤的方式，解决了催化剂配制 过程中出现的问题，保证了装置能够平稳生产，从而达到降低产品成本，提 高乙丙橡胶装置创效能力的目的。然而，该文献中并未涉及三氯氧钒的制备 方法。

在《锂电池Li/VOCl₃非水体系新探》中，作者报道了Li/VOCl₃非水电池 体系的初步研究工作。其非水电池体系由锂负极、多孔石墨电极和电解质溶 液构成，电解质溶液由非水溶剂(硝基苯)和溶解在该溶剂中的活性物质 Li/VOCl₃及电解质构成。在制作该类模拟电池过程中，首先对溶剂硝基苯和 电解质进行干燥纯化，然后在惰性气氛操作箱中装好模拟电池，模拟电池的 集流体为镍，锂片和碳膜的面积为1cm²，电池中所含电解液为0.4ml。将该 模拟电池在恒流放电测试系统中进行测试，结果表明：当电解质采用LiAlCl₄， 溶剂硝基苯与VOCl₃的体积比为100:16时，电池在小电流密度下工作，具有 较高的开路电压和工作电压，而且具有良好的放电性能。同样地，该文献中 也并未涉及三氯氧钒的制备方法。

在现有技术中，三氯氧钒(VOCl₃)可由五氧化二钒(V₂O₅)与氯气(Cl₂) 反应制得，其反应方程式基本为3Cl₂+V₂O₅→2VOCl₃+1.5O₂。该方法通 常需将反应过程中的温度保持在约600℃左右。即使将V₂O₅和碳混合并与氯 气反应，其反应温度也需要在400℃左右。因此，该制备方法具有较高的能 耗。另外，该制备方法使用氯气作为原料，因此，其成本高、反应条件苛刻、 且对环境不够友好。此外，五氧化二钒的使用也会导致成本升高。

因此，有必要提供一种能够克服上述不足的三氯氧钒制备方法。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术存在的诸如上述不足中的至少一项。

例如，本发明的目的之一在于提供一种制备三氯氧钒的方法。本发明的 另一目的在于提供一种钒收率达80％以上且经济效益良好的三氯氧钒制备方 法。

本发明的一方面提供了一种制备三氯氧钒的方法。所述方法包括以下步 骤：将偏钒酸钾加入到浓盐酸中，进行反应，其中控制偏钒酸钾与浓盐酸中 的HCl的摩尔比为3.0～5.0；过滤反应所得物，得到含钒溶液；对含钒溶液 进行蒸馏、冷凝，得到三氯氧钒液体。

在本发明的制备三氯氧钒方法的一个示例性实施例中，所述浓盐酸可以 为分析纯，且浓盐酸中HCl的质量分数优选为大于30％。

在本发明的制备三氯氧钒方法的一个示例性实施例中，所述偏钒酸钾的 纯度优选为大于99％。

在本发明的制备三氯氧钒方法的一个示例性实施例中，所述进行反应的 步骤可将反应温度控制为50℃～100℃。

在本发明的制备三氯氧钒方法的一个示例性实施例中，所述进行反应的 步骤可将反应时间控制为30min～120min。

在本发明的制备三氯氧钒方法的一个示例性实施例中，所述蒸馏步骤可 以为减压蒸馏，蒸馏温度可以为70℃～95℃。

在本发明的制备三氯氧钒方法的一个示例性实施例中，所述蒸馏的时间 可以为100min～300min。

本发明的另一方面提供了一种通过上述制备方法而得到的三氯氧钒。

与现有技术相比，本发明的制备三氯氧钒方法的有益效果包括：钒收率 可达到80％以上(甚至于能够达到95％)，对环境友好，无污染；此外，还具 有工艺简单易用、设备要求低、操作方便、适应范围广、成本低等优点。

具体实施方式

在下文中，将结合示例性实施例来详细说明本发明的制备三氯氧钒的方 法。

本发明的制备三氯氧钒的方法将一定纯度的偏钒酸钾加入到浓盐酸中， 反应一段时间后，进行过滤，得到含钒溶液；对含钒溶液进行蒸馏、冷凝， 得到高纯度的三氯氧钒液体。其要包括以下步骤：a、将偏钒酸钾加入到浓盐 酸中，反应一段时间后进行过滤得到含钒溶液；b、对含钒溶液在一定温度进 行蒸馏、冷凝，得到高纯度的三氯氧钒液体。

在本发明的一个示例性实施例中，制备三氯氧钒的方法可包括以下步骤： 将偏钒酸钾加入到浓盐酸中，进行反应，其中控制偏钒酸钾与浓盐酸中氯化 氢(HCl)的摩尔比为3.0～5.0，优选地，控制偏钒酸钾与浓盐酸中HCl的摩 尔比为3.4～4.5；过滤反应所得物，得到含钒溶液；对含钒溶液进行蒸馏、 冷凝，得到三氯氧钒液体。

在本示例性实施例中，浓盐酸优选为分析纯，且浓盐酸中氯化氢(HCl) 的质量分数大于30％；偏钒酸钾的纯度应大于99％。

在本示例性实施例中，将反应温度控制为50℃～100℃，优选地，将反 应温度控制为70℃～90℃。将反应时间控制为30min～120min，当然，反应 时间也可适当延长。反应温度较低的话，得到三氯氧钒就偏少，反应温度较 高时，盐酸挥发严重。反应时间较短时，制取的三氯氧钒较少，反应时间太 长则会浪费能源，也不利于工业生产。

在本示例性实施例中，蒸馏步骤优选为减压蒸馏，蒸馏温度可以为70℃～ 95℃，优选地，蒸馏温度为78℃～90℃；蒸馏的时间为100min～300min，当 然，蒸馏时间也可适当延长。

在本发明的另一示例性实施例，提供了一种通过上述制备方法得到的三 氯氧钒。

与现有技术中采用氯气和五氧化二钒作为原料制备三氯氧钒的方法相 比，本发明的制备方法不采用氯气和五氧化二钒，从而大大降低了成本，且 操作过程更加安全和环保，而且反应温度较低，有利于降低能耗。

下面结合具体示例对本发明的示例性实施例作进一步的说明。

以下示例所用偏钒酸钾均为表1所列成分的偏钒酸钾，即，偏钒酸钾中 KVO₃的重量百分含量不小于99.5％。

表1 偏钒酸钾的成分/wt％

示例1

将1mol的表1中所示的偏钒酸钾加入到含3.0mol的浓盐酸(其中，HCl 的质量分数为35％)中，加热溶液体系，使其温度保持在50℃，反应时间控 制为35min。反应结束后，过滤反应产物，得到含钒溶液。将含钒溶液置于 蒸馏瓶中，在90℃下进行蒸馏，蒸馏时间为100min，经冷凝得到0.85mol三 氯氧钒。经计算，本示例的钒收率约为85％。

示例2

将1mol的表1中所示的偏钒酸钾加入到含5.0mol的浓盐酸(其中，HCl 的质量分数为32％)中，加热溶液体系，使其温度保持在100℃，反应时间 控制为120min。反应结束后，过滤反应产物，得到含钒溶液。将含钒溶液置 于蒸馏瓶中，在70℃下进行蒸馏，蒸馏时间为300min，经冷凝得到0.95mol 三氯氧钒。经计算，本示例的钒收率约为95％。

示例3

将1mol的表1中所示的偏钒酸钾加入到含4.0mol的浓盐酸(其中，HCl 的质量分数为36％)中，加热溶液体系，使其温度保持在80℃，反应时间控 制为40min。反应结束后，过滤反应产物，得到含钒溶液。将含钒溶液置于 蒸馏瓶中，在80℃下进行蒸馏，蒸馏时间为200min，经冷凝得到0.90mol三 氯氧钒。经计算，本示例的钒收率约为90％。

综上所示，本发明的制备三氯氧钒的方法采用浓盐酸与偏钒酸钾进行反 应，随后过滤、蒸馏、冷凝，得到三氯氧钒，其钒收率可达到80％以上(钒 收率甚至于能够达到95％)，对环境友好，无污染。此外，本发明的方法还具 有工艺简单易用、设备要求低、操作方便、适应范围广、成本低、社会效益 和经济效益良好等优点。

尽管上面已经结合示例性实施例描述了本发明，但是本领域普通技术人 员应该清楚，在不脱离权利要求的精神和范围的情况下，可以对上述实施例 进行各种修改。