本发明涉及冶金技术领域，具体而言，涉及一种提升钒溶液沉钒效果的工艺以及提钒工艺。
背景技术
沉钒的主要目的是从含钒溶液中将钒元素与硅、钠等杂质元素分离，一般采用的钙盐沉淀、铁盐沉淀、水解沉淀以及铵盐沉淀等方式实现沉淀得到含有钒元素的沉淀物，而铵盐沉淀中最常使用的便是酸性铵盐沉淀，但是现有技术中使用酸性铵盐沉淀存在诸多问题，例如得到的红饼内杂质含量高，利用酸性铵盐沉淀产生的废水多、沉钒效率低、沉钒得到的红饼中钒含量低或者整个工艺时间过长，但是现有技术中对酸性铵盐沉淀工艺的改进，一般改善上述问题中的一个，但是不能够同时改善或者解决上述多个问题，继而导致酸性铵盐沉淀始终存在诸多技术问题。
技术实现要素：
本发明提供了一种提升钒溶液沉钒效果的工艺，其同时提升沉淀效果，提升红饼中多聚钒酸铵的含量，降低红饼中杂质，并能够缩短整个工艺时间。
本发明还提供一种提钒工艺，该提钒工艺操作简单、生产成本低、且沉钒效果好。
本发明是这样实现的：
一种提升钒溶液沉钒效果的工艺，包括以下步骤：
对钒溶液进行预热至40-50℃，而后将钒溶液的ph值调至4-5，而后再添加铵盐，并加热钒溶液至90℃-95℃，最后将钒溶液的ph值调节至1.8-2.5。
一种提钒工艺，其包括上述提升钒溶液沉钒效果的工艺。
本发明的有益效果是：本发明实施例的通过预热、分步调节钒溶液的ph值、严格控制ph值范围以及钒溶液的温度，使得各个操作以及参数能够相互协同作用提升沉钒效率以及纯度高、且能够大幅度缩短整个工艺的时间。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
下面对本发明实施例的提升钒溶液沉钒效果的工艺以及提钒工艺进行具体说明。
一种提升钒溶液沉钒效果的工艺，包括以下步骤：
钒溶液中钒的浓度为40-50g/l。钒溶液中钒的含量高，后续则更容易生成晶核，且形成晶核的速度越快，能够快速缩短整个工艺时间，但是当钒含量过高，导致晶核形成过快的过程中，容易有较多的杂质。而钒溶液中钒的浓度既能够保证多聚钒酸铵沉淀的速度，尽可能地缩短整个工艺的时间，同时保证制备的多聚钒酸铵的纯度，减少后续烧结得到的五氧化二钒中铬、锰、铁等杂质的含量。
钒溶液的ph值为8-9，若钒溶液的ph过高后续使用的水量较大，会大幅度增加整个沉钒工艺产生的废水量，而上述ph值可以减少钒溶液中的杂质，减少后续沉淀得到的多聚钒酸铵中的杂质，同时，减少废水产生的量。
首先，对钒溶液进行预热，将钒溶液的温度提升至40-50℃，对钒溶液进行预热加速钒形成多聚钒酸铵沉淀，缩短整个沉钒工艺的时间，且能够保证沉钒工艺得到的多聚钒酸铵沉淀的纯度。若不对钒溶液进行加热，后续需要花费更多时间形成沉淀，延长生产时间。但是若加热温度过高，则形成的多聚钒酸铵沉淀粒径较小，难于过滤，延长了过滤时间，同时增加了多聚钒酸铵的损耗，降低沉钒效果，且后续烧结后得到的饿五氧化二钒的纯度低。
而后将钒溶液的ph值调至4-5，分批次调节钒溶液的ph值，保证ph值的调节的准确性，防止一次性调节不准确，造成沉钒效果降低，且影响沉钒产品的纯度。同时先调节ph能够有效减少铵盐的损失。若不调节钒溶液的ph，则添加铵盐后，铵会在钒溶液中形成nh3，继而造成铵盐的损失，增加铵盐的使用量，也增加后续废水的量。同时不调节钒溶液的ph直接添加铵盐后再调节ph，不利于沉钒。调节钒溶ph值使用的酸性溶液采用稀硫酸。
调节ph后再添加铵盐，添加铵盐时加铵系数为0.8-1.2。采用上述方式能够保证后续沉淀效果，减少沉淀中杂质的含量。
同时添加水，水和钒溶液的体积比为1:1.5-2.5。通过上述操作和条件能够减少水的用量，而采用上述比例的水已能够保证沉淀效果。
并加热钒溶液至90℃-95℃，铵盐可以与钒溶液中的钒形成多聚钒酸铵，加热的温度不仅仅对沉钒的速度有影响，还影响沉钒的多聚钒酸铵中杂质的含量。若温度过低，则难于沉淀，沉淀时间长，且得到的沉淀物中夹带的杂质过多，当时温度过高也容易造成杂质含量过高。
而后向钒溶液中加入晶种，添加晶种有利于原子在晶种表面按照规律周期重复排列，形成沉淀，继而加速沉淀形成，缩短沉淀形成的时间，继而缩短整个沉淀工艺的时间。
加入的晶种量为理论生成的多聚钒酸铵的质量的一百五十分之一-两百分之一。理论多聚钒酸铵的质量是根据钒溶液中钒浓度以及钒酸根离子水解方程式计算得到。计算的方法以及水解方程式为本领域公知，且该方法也不是本发明实施例的发明点，因此，本文不再进行详述。添加的晶种量过少，则不能加速沉淀，也不能缩短沉淀工艺的时间，而添加的晶种过多则容易造成杂质含量过高，因此，采用上述晶种的添加量能够保证沉钒速度和纯度。
最后将钒溶液的ph值调节至1.8-2.5。若ph过低，则钒溶液酸度过高，则容易导致沉淀得到的物质溶解，降低钒收率，且沉淀物溶解后在溶液中会形成胶体，也不利于后续沉淀过滤，增加了过滤难度，延长过滤时间，延长整个沉淀时间。若ph过高，则不容易形成沉淀，影响产率，同时也延长了工艺时间。
而后保持沸腾并进行搅拌，搅拌时间为20-30分钟，搅拌能够增强各个原料之间的混合，便于沉淀的形成。且通过上述各个工艺操作以及工艺条件的协同作用，能够大幅度降低搅拌反应的时间，但是若搅拌时间低于该范围，则可能导致沉淀不充分，继而影响其沉淀率，但是时间再增加，沉淀也基本无增加，反而延长了整个工艺的操作时间。
进一步地，搅拌的转速为100-600转/分钟。搅拌的强度对于沉淀率也有较大的影响，若搅拌速度过慢，则导致沉淀大量的黏糊于反应设备的内壁上，难于收集和沉淀，降低了沉淀效果。而若搅拌转速过快，则会产生过大的剪切力，继而破坏已形成的沉淀的结构，同样影响沉淀效果，而采用上述转速能够保证各个反应体系混合均匀，使得反应体系各部分的温度和浓度均相同，继而保证沉淀效果，且不会对形成的沉淀产生破坏。
搅拌完成后进行沉降，且沉降完成后进行过滤，即得到的对应的含有钒元素的多聚物。
通过上述工艺操作以及工艺条件之间的协同作用，能够大幅度缩短整个沉钒工艺的时间，且提升沉钒效果，同时，可以减少沉钒得到的物质内的杂质，还能减少废水的排量。
本发明实施例还提供一种提钒工艺，其包括上述提升钒溶液沉钒效果的工艺。
以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。
实施例1
本实施例提供一种提升钒溶液沉钒效果的工艺，包括以下步骤：
钒溶液中钒的浓度为50g/l，钒溶液的ph值为8。对钒溶液进行预热，将钒溶液的温度提升至40℃，利用稀硫酸将钒溶液的ph值调至4-5，再添加铵盐，添加铵盐时加铵系数为0.8。同时添加水，水和钒溶液的体积比为1:1.5，加热钒溶液至90℃，同时，向钒溶液中加入晶种，加入的晶种量为理论生成的多聚钒酸铵的质量的一百五十分之一，最后将钒溶液的ph值调节至1.8-2.5，而后保持沸腾并进行搅拌，搅拌时间为20分钟，搅拌的转速为100转/分钟，搅拌完成后进行沉降，且沉降完成后进行过滤。
本实施例还提供一种提钒工艺，其包括上述提升钒溶液沉钒效果的工艺。
实施例2
钒溶液中钒的浓度为40g/l，钒溶液的ph值为9。对钒溶液进行预热，将钒溶液的温度提升至50℃，利用稀硫酸将钒溶液的ph值调至4.2-4.8，再添加铵盐，添加铵盐时加铵系数为1.2。同时添加水，水和钒溶液的体积比为1:2.5，加热钒溶液至95℃，同时，向钒溶液中加入晶种，加入的晶种量为理论生成的多聚钒酸铵的质量的二百分之一，最后将钒溶液的ph值调节至1.9-2.2，而后保持沸腾并进行搅拌，搅拌时间为25分钟，搅拌的转速为600转/分钟，搅拌完成后进行沉降，且沉降完成后进行过滤。
本实施例还提供一种提钒工艺，其包括上述提升钒溶液沉钒效果的工艺。
实施例3
钒溶液中钒的浓度为45g/l，钒溶液的ph值为8.5。对钒溶液进行预热，将钒溶液的温度提升至45℃，利用稀硫酸将钒溶液的ph值调至4.3-4.6，再添加铵盐，添加铵盐时加铵系数为1。同时添加水，水和钒溶液的体积比为1:2，加热钒溶液至93℃，同时，向钒溶液中加入晶种，加入的晶种量为理论生成的多聚钒酸铵的质量的一百八十分之一，最后将钒溶液的ph值调节至2.0-2.3，而后保持沸腾并进行搅拌，搅拌时间为23分钟，搅拌的转速为450转/分钟，搅拌完成后进行沉降，且沉降完成后进行过滤。
本实施例还提供一种提钒工艺，其包括上述提升钒溶液沉钒效果的工艺。
实施例4
钒溶液中钒的浓度为48g/l，钒溶液的ph值为8.7。对钒溶液进行预热，将钒溶液的温度提升至42℃，利用稀硫酸将钒溶液的ph值调至4.3-4.5，再添加铵盐，添加铵盐时加铵系数为0.9。同时添加水，水和钒溶液的体积比为1:1.7，加热钒溶液至94℃，同时，向钒溶液中加入晶种，加入的晶种量为理论生成的多聚钒酸铵的质量的一百七十分之一，最后将钒溶液的ph值调节至2.1-2.4，而后保持沸腾并进行搅拌，搅拌时间为28分钟，搅拌的转速为550转/分钟，搅拌完成后进行沉降，且沉降完成后进行过滤。
本实施例还提供一种提钒工艺，其包括上述提升钒溶液沉钒效果的工艺。
对比例1:按照实施例4的操作和条件处理相同量的钒溶液，区别在于不进行预热。
对比例2：按照实施例4的操作和条件处理相同量的钒溶液，区别在于预热温度为70℃。
对比例3：按照实施例4的操作和条件处理相同量的钒溶液，区别在于添加铵盐后加热钒溶液至75℃。
对比例4：按照实施例4的操作和条件处理相同量的钒溶液，区别在于最后将钒溶液的ph值调节至1.5。
对比例5：按照实施例4的操作和条件处理相同量的钒溶液，区别在于最后将钒溶液的ph值调节至3。
对比例6：按照实施例4的操作和条件处理相同量的钒溶液，区别在于不添加晶种。
对比例7：按照实施例4的操作和条件处理相同量的钒溶液，区别在于添加的晶种量为理论生成的多聚钒酸铵的质量的百分之一。
对比例8：按照实施例4的操作和条件处理相同量的钒溶液，区别在于搅拌转速为700转/分钟
对比例9:按照实施例4的操作和条件处理相同量的钒溶液，区别在于搅拌转速为50转/分钟。
对比例10：按照实施例4的操作和条件处理相同量的钒溶液，区别在于不进行预热，且添加铵盐后加热钒溶液至75℃。
对比例11：按照实施例4的操作和条件处理相同量的钒溶液，区别在于不进行预热，添加铵盐后加热钒溶液至75℃，且最后将钒溶液的ph值调节至1.5。
对比例12：按照实施例4的操作和条件处理相同量的钒溶液，区别在于不进行预热，添加铵盐后加热钒溶液至75℃，且最后将钒溶液的ph值调节至1.5，也不添加晶种。
对比例13:按照实施例4的操作和条件处理相同量的钒溶液，区别在于不进行预热，添加铵盐后加热钒溶液至75℃，且最后将钒溶液的ph值调节至1.5，也不添加晶种，搅拌转速为50转/分钟。
对比例14：按照实施例4的操作和条件处理相同量的钒溶液，区别在于预热温度为70℃，添加的晶种量为理论生成的多聚钒酸铵的质量的百分之一。
对实施例4和对比例1-14工艺过程中，统计添加铵盐后液体开始浑浊的时间、过滤时过滤的速度以及沉降完成后上层液体中钒的浓度，同时，对实施例4和对比例1-14沉淀得到的多聚钒酸铵除钠后进行加热煅烧，并检测煅烧产物中五氧化二钒以及杂质铬、锰的含量，具体检测结果参见表1。
表1检测结果
根据表1的结果可知，更改本发明提供的工艺中的任意一个步骤或者操作条件均会导致收率的降低、时间的延长、纯度的降低中的至少一个，而通过改变多个因素则可能导致多个问题，说明本发明实施例的操作条件以及操作步骤是相互协同作用，继而使得沉钒效率高、纯度高、且能够缩短整个工艺的时间。
综上所述，本发明实施例的通过预热、分步调节钒溶液的ph值、严格控制ph值范围以及钒溶液的温度，使得各个操作以及参数能够相互协同作用提升沉钒效率以及纯度高、且能够大幅度缩短整个工艺的时间。
以上所述仅为本发明的优选实施方式而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。