利用石煤提钒富钒液制备三氧化二钒的方法

摘要

本发明属于有色金属冶金领域，尤其涉及一种利用石煤提钒富钒液制备三氧化二钒的方法，包括有以下步骤：(1)采用碱液或酸液对钒浓度大于6g/L的石煤提钒富钒液进行调pH作业，得到氢离子浓度为10‑4～10‑14mol/L的待还原液；(2)采用氢气与待还原液在温度为50～300℃，氢气分压大于1MPa，于高温高压反应装置中搅拌反应1小时以上，得到三氧化二钒水浆；(3)三氧化二钒水浆经固液分离后得到三氧化二钒滤饼与滤液；(4)三氧化二钒滤饼经真空干燥，得到三氧化二钒。本发明具有工艺简单、环境友好、生产成本低的优点。

说明书

技术领域

本发明属于有色金属冶金领域，尤其涉及一种利用石煤提钒富钒液制备三氧化二钒的方法。

背景技术

三氧化二钒是钒的重要化合物，在冶金、电子、化工等行业有着重要的应用。三氧化二钒可用于制取钒铁和金属钒粉，也可作为制取碳化钒和氮化钒的原料；由于具有优异的光、电、磁性质，三氧化二钒在电、磁、光开关及气敏传感器、存储材料、电阻材料等多种领域都具有广泛的应用前景。

目前，制备三氧化二钒的方法主要有两种：一种是不外加还原剂的偏钒酸铵或多聚钒酸铵热分解裂解法，如中国专利200610020405.7，利用加热偏钒酸铵时释放出的氨的热裂解产生的初生氢来还原偏钒酸铵，这种方法不采用外加还原气，虽然可以降低部分成本，但是原料分解出的氨气裂解不完全，不仅导致还原气氛不够，而且没有裂解的氨气的排除会造成环境污染。

另一种制备三氧化二钒的方法是外加还原剂的直接高温还原法，多以C、NH₃、H₂、CH₄、CO或工业煤气等为还原剂，热还原偏钒酸铵、多聚钒酸铵、五氧化二钒等高价钒化合物而获得三氧化二钒，此种方法也是目前广泛应用的制备三氧化二钒的方法。中国专利CN1118765A公开了一种三氧化二钒的生产方法，该方法以工业煤气为还原气体，在回转窑中对偏钒酸铵或五氧化二钒进行还原热解反应，获得三氧化二钒。该方法的缺点是：还原温度为900℃以上，能耗较高；中国专利CN200610020405.7公开了一种生产粉体三氧化二钒的方法。其方法是将粉体钒酸铵或五氧化二钒作为炉料加入到外加热流态化炉炉管中，使炉管的填充率达到10％～55％，通入工业煤气，加热至600～650℃，保温还原以制备三氧化二钒。该技术方案的缺点是：还原温度高，能耗高，工业煤气用量大，生产工艺复杂。

从已公开的资料可以看出，目前的三氧化二钒制备技术大都是以偏钒酸铵、多聚钒酸铵或五氧化二钒为原料，在一定的温度和还原气氛下反应所得，反应温度一般大于500℃，能耗高，生产成本高。偏钒酸铵、多聚钒酸铵大都是由提钒工业所得到的含钒溶液经铵盐沉淀所得；五氧化二钒为偏钒酸铵、多聚钒酸经热分解所得。因此，若以偏钒酸铵、多聚钒酸铵为原料制备三氧化二钒实则需要两步：(1)含钒溶液经铵盐沉淀制备偏钒酸铵、多聚钒酸铵，(2)以偏钒酸铵、多聚钒酸铵为原料在高温以及还原性气氛下制备三氧化二钒；若以五氧化二钒为原料制备三氧化二钒实则需要三步：(1)含钒溶液经铵盐沉淀制备偏钒酸铵、多聚钒 酸铵，(2)偏钒酸铵、多聚钒酸铵经热分解制备五氧化二钒，(3)以五氧化二钒为原料在高温以及还原性气氛下制备三氧化二钒。可以看出，目前的三氧化二钒制备工艺较为复杂，复杂的制备工艺也造成生产成本的增加。同时，在铵盐沉淀制备偏钒酸铵、多聚钒酸铵的过程中会产生大量的氨氮废水，热分解偏钒酸铵、多聚钒酸铵制备五氧化二钒的过程会释放大量的氨气，这些废水和废气都会对环境造成严重的污染；另外，以偏钒酸铵或多聚钒酸铵为原料，在制备三氧化二钒的过程中会分解出大量的氨气，未反应的氨气释放到大气中同样会对环境造成污染。因此，现有的三氧化二钒制备工艺存在环境污染严重的问题。

综上所述，现有的三氧化二钒制备工艺存在工艺复杂、环境污染严重、生产成本高的劣势。目前，急需寻求一种工艺简单、环境友好、生产成本低的三氧化二钒制备工艺。

发明内容

本发明旨在解决上述三氧化二钒制备工艺的缺陷，目的是提供一种工艺简单、环境友好、生产成本低的三氧化二钒制备方法。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：利用石煤提钒富钒液制备三氧化二钒的方法，包括有以下步骤：

(1)采用碱液或酸液对钒浓度大于6g/L的石煤提钒富钒液进行调pH作业，得到氢离子浓度为10^-4～10^-14mol/L的待还原液；

(2)采用氢气与待还原液在温度为50～300℃，氢气分压大于1MPa，于高温高压反应装置中搅拌反应1小时以上，得到三氧化二钒水浆；

(3)三氧化二钒水浆经固液分离后得到三氧化二钒滤饼与滤液；

(4)三氧化二钒滤饼经真空干燥，得到三氧化二钒。

按上述方案，所述的石煤提钒富钒液的钒浓度为35～50g/L。

按上述方案，所述的待还原液中氢离子浓度为10^-4～10^-7mol/L。

按上述方案，所述的氢气与待还原液的反应条件为：温度为170～250℃，氢气分压为2.5MPa以上，所述的搅拌反应转速为500～1000r/min。

按上述方案，所述的石煤提钒富钒液为石煤提钒酸浸液经萃取—反萃取工艺所得，其中石煤提钒富钒液中的钒以五价态的形式存在。

按上述方案，所述的萃取工艺的萃取剂为胺类萃取剂中的一种，反萃取工艺的反萃剂为NaOH、Na₂CO₃、NaHCO₃溶液中的一种或任意两种按一定比例混合所得的混合溶液。

按上述方案，所述的石煤提钒富钒液中的杂质元素的浓度范围为：Al＜100mg/L；Fe＜50mg/L；Mg＜100mg/L；K＜100mg/L；Ca＜200mg/L；P＜200mg/L；Si＜100 mg/L。

由于采用上述方法，本发明具有以下积极效果：

1、由于本发明可直接从石煤提钒富钒液中制备出三氧化二钒，与现有工艺相比，省去了由含钒溶液经铵盐沉淀制备中间产品钒酸铵或多聚钒酸铵等的工序，简化了工艺，避免了氨氮废水与氨气的产生；同时，氢气是一种清洁气体，不会造成环境污染，因此本发明具有工艺简单、环境友好的优点；

2、由于本发明所涉及的三氧化二钒制备的主体反应为气液反应，温度仅需50～300℃，优选温度在170～250℃，而现有的以偏钒酸铵、多聚钒酸按、五氧化二钒等高价钒产品制备三氧化二钒的工艺所涉及的反应为气固反应，所需温度较高，一般大于500℃，因此，本发明的能耗成本更低；同时，由于本发明简化了工艺，省去了制备偏钒酸铵、多聚钒酸按、五氧化二钒等的工序，进一步降低了生产成本。因此，本发明具有生产成本低的优点。

因此，本发明具有工艺简单、环境友好、生产成本低的优点。

附图说明

图1是本发明的一种工艺流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的描述，并非对其保护范围的限制：

为避免重复，先将本具体实施方式中所涉及的富钒液中杂质元素的浓度范围表述如下：Al＜100mg/L；Fe＜50mg/L；Mg＜100mg/L；K＜100mg/L；Ca＜200mg/L；P＜200mg/L；Si＜100mg/L。

实施例1

如图1，一种石煤提钒富钒液制备三氧化二钒的方法。其具体步骤是：

(1)采用碱液或酸液对钒浓度为35～50g/L的石煤提钒富钒液进行调pH作业，得到氢离子浓度为10^-4～10^-7mol/L的待还原液；

(2)采用氢气与待还原液在温度为170～250℃，氢气分压为3～4MPa，搅拌反应转速为800～1000r/min的条件下，于高温高压反应釜中反应3～4小时，得到三氧化二钒水浆；

(3)三氧化二钒水浆经固液分离后得到三氧化二钒滤饼与滤液；

(4)三氧化二钒滤饼经真空干燥，得到三氧化二钒。

所述的富钒液为石煤提钒酸浸液经萃取—反萃工艺所得，其中的萃取剂为仲碳伯胺，反萃剂为质量分数为4％～10％的NaOH溶液，酸浸液中的钒以五价态的形式存在。

本实施例中三氧化二钒的沉淀率大于98％，三氧化二钒的纯度大于99％。

实施例2

一种石煤提钒富钒液制备三氧化二钒的方法。其具体步骤是：

(1)采用碱液或酸液对钒浓度为15～25g/L的石煤提钒富钒液进行调pH作业，得到氢离子浓度为10^-12～10^-14mol/L的待还原液；

(2)采用氢气与待还原液在温度为180～300℃，氢气分压为3～5MPa，搅拌反应转速为500～800r/min的条件下，于高温高压反应釜中反应1～2.5小时，得到三氧化二钒水浆；

(3)三氧化二钒水浆经固液分离后得到三氧化二钒滤饼与滤液；

(4)三氧化二钒滤饼经真空干燥，得到三氧化二钒。

所述的富钒液为石煤提钒酸浸液经萃取—反萃工艺所得，其中的萃取剂为三烷基叔胺，反萃剂为质量分数为4％～12％的Na₂CO₃溶液，酸浸液中的钒以五价态的形式存在。

本实施例中三氧化二钒的沉淀率大于98％，三氧化二钒的纯度大于99％。

实施例3

一种石煤提钒富钒液制备三氧化二钒的方法。其具体步骤是：

(1)采用碱液或酸液对钒浓度为25～35g/L的石煤提钒富钒液进行调pH作业，得到氢离子浓度为10^-6～10^-10mol/L的待还原液；

(2)采用氢气与待还原液在温度为100～200℃，氢气分压为2～4MPa，搅拌反应转速为800～1000r/min的条件下，于高温高压反应釜中反应1～2.5小时，得到三氧化二钒水浆；

(3)三氧化二钒水浆经固液分离后得到三氧化二钒滤饼与滤液；

(4)三氧化二钒滤饼经真空干燥，得到三氧化二钒。

所述的富钒液为石煤提钒酸浸液经萃取—反萃工艺所得，其中的萃取剂为三辛基甲基氯化铵，反萃剂为质量分数为5％～8％NaOH溶液与质量分数为4％～10％的Na₂CO₃溶液按体积比为1:1混合而得的混合溶液，酸浸液中的钒以五价态的形式存在。

本实施例中三氧化二钒的沉淀率大于98％，三氧化二钒的纯度大于99％。

实施例4

一种石煤提钒富钒液制备三氧化二钒的方法。其具体步骤是：

(1)采用碱液或酸液对钒浓度为35～40g/L的石煤提钒富钒液进行调pH作业，得到氢离子浓度为10^-7～10^-12mol/L的待还原液；

(2)采用氢气与待还原液在温度为120～260℃，氢气分压为2.5～3.5MPa，搅拌反应转速为800～1000r/min的条件下，于高温高压反应釜中反应1～3小时，得到三氧化二钒水浆；

(3)三氧化二钒水浆经固液分离后得到三氧化二钒滤饼与滤液；

(4)三氧化二钒滤饼经真空干燥，得到三氧化二钒。

所述的富钒液为石煤提钒酸浸液经萃取—反萃工艺所得，其中的萃取剂为三烷基叔胺，反萃剂为质量分数为6％～12％的NaHCO₃溶液，酸浸液中的钒以五价态的形式存在。

本实施例中三氧化二钒的沉淀率大于98％，三氧化二钒的纯度大于99％。