专利名称：一种基于萃取-反萃体系制备高纯度钒电池电解液的方法
技术领域：
本发明属于钒冶金及钒电池领域，具体涉及一种基于萃取-反萃体系制备高纯度钒电池电解液的方法。
背景技术：
钒氧化还原液流电池，简称钒电池。是一种新型的电化学储能系统，与传统的蓄电池相比，具有可快速、大容量充放电、自放电率低和电池结构简单等特点，它是满足风能、太阳能等新型能源大规模储能的理想电源形式。钒电池电解液作为活性物质及能量的载体，其纯度决定了衰减速率、比能量、稳定性等方面的问题，进而影响钒电池的正常运行和使用寿命。现有制备高纯度钒电池电解液的方法主要是通过使用纯度较高的五氧化二钒溶解、还原而得；或者是通过高纯度硫酸氧钒配制而得。上述方法都存在成本高、效率低、污染
重等问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是现有制备高纯度钒电池电解液的方法成本高、效率低。本发明解决上述技术问题的技术方案是提供一种基于萃取-反萃体系制备高纯度钥;电池电解液的方法:以含fL浸出液为原料，使用有机磷酸类萃取剂萃取；萃取所得有机相再用硫酸反萃；反萃所得硫酸相经气体还原剂还原直接得到钒电池电解液。其中，上述方法中，所述的含钒浸出液，为传统提钒工艺中钒渣经钠化焙烧、热水浸出得到的浸出液。所述的含钒浸出液中含有钙、镁、硅等杂质。其中，上述方法中，所述的有机磷酸类萃取剂为二(2-乙基己基)磷酸、2-乙基己基磷酸-2-乙基己基酯、磷酸二异辛酯或磷酸三丁酯中的至少一种。其中，上述方法中，所述的有机磷酸类萃取剂萃取结束后，水相回到提钒浸出工序
重复利用。其中，上述方法中，所述的硫酸反萃过程中，硫酸浓度为2.0 4.0moI/Lο其中，上述方法中，所述的硫酸反萃过程中，有机相与硫酸相的体积比为5 10: I。其中，上述方法中，所述的硫酸反萃过程中，反萃时间为I 3小时。其中，上述方法中，所述的气体还原剂为一氧化碳、氢气、二氧化硫、臭氧或硫化氢中的至少一种。其中，上述方法中，所述的气体还原剂还原过程中，硫酸相中的钒与气体还原剂的摩尔比为1:1 2。其中，上述方法中，所述制备的钒电池用电解液中，钒的浓度为1.0 2.0moI/Lο其中，上述方法中，所述制备的钒电池用电解液中，硫酸的浓度为2.0 4.0mol/L0本发明的有益效果在于:本发明以现今萃取提钒工业生产中常用的有机磷酸类萃取剂从含钒浸出液(制备高纯五氧化二钒或硫酸氧钒的初级中间产物)中萃取提钒，因该类萃取剂化学稳定性好、价格低廉、萃钒效率高，可以保证电解液的纯度；再以钒电池用电解液的成分(硫酸和钒的溶液)及浓度要求为目标，通过相应浓度的硫酸进行反萃；最后经过还原，直接得到钒电池电解液。本发明提供的工艺方法可直接和现有提钒生产线的浸出工序对接，制备的电解液不需要再次除杂和浓缩，并且有机磷酸类萃取剂萃取结束后，水相可以回到提钒浸出工序重复利用。本发明提供的工艺方法可提高生产效率，投入成本低，适合于工业化大规模生产。采用本发明提供的方法所制备得到的钒电池电解液纯度高，稳定性好，电池充放电效率较高(能量效率>77%)，可满足钒液流电池稳定运行的要求。
具体实施例方式一种基于萃取-反萃体系制备高纯度钒电池电解液的方法:以含钒浸出液为原料，测定其中钒的含量后，使用有机磷酸类萃取剂萃取；萃取所得有机相再用硫酸反萃，再测定硫酸相中钒的含量；反萃所得硫酸相经气体还原剂还原后直接得到钒电池用电解液。其中，上述的一种基于萃取-反萃体系制备高纯度钒电池电解液的方法中，所述的含钒浸出液为传统提钒工艺所得，具体是通过钒渣钠化焙烧、热水浸出得到的。所述的含钒浸出液中含有钙、镁、硅等杂质。其中，上述方法中，所述的有机溶剂为有机磷酸类萃取剂。其中，上述方法中，所述的有机磷酸类萃取剂为二(2-乙基己基)磷酸、2-乙基己基磷酸-2-乙基己基酯、磷酸二异辛酯或磷酸三丁酯中的至少一种。其中，上述方法中，所述的有机磷酸类萃取剂萃取结束后，水相可以回到提钒浸出
工序重复利用。其中，上述方法中，所述的硫酸反萃过程中，硫酸浓度为2.0 4.0moI/Lο其中，上述方法中，所述的硫酸反萃过程中，有机相与硫酸相的体积比为5
10: I。其中，上述方法中，所述的硫酸反萃过程中，反萃时间为I 3小时。其中，上述方法中，所述的气体还原剂为一氧化碳、氢气、二氧化硫、臭氧或硫化氢中的至少一种。其中，上述方法中，所述的气体还原剂还原过程中，硫酸相中的钒与气体还原剂的摩尔比为1:1 2。其中，上述方法中，所述制备的钒电池用电解液中，钒的浓度为1.0 2.0moI/Lο其中，上述方法中，所述制备的钒电池用电解液中，硫酸的浓度为2.0 4.0mol/L0为了获得更好的萃取效果，本发明还进一步的针对含钒浸出液的萃取-反萃体系中的硫酸反萃条件进行了深入的研究。发现在这一体系中，在其他条件确定时，反萃时间对反萃率有较大影响。反萃率的计算公式为:反萃率=W2Zw1 ;其中，W1为萃取后有机相中饱和钥i量，W2为反卒后硫酸相中I凡总量。经过实验得到的反萃时间和反萃率的关系如表I所示。
表I硫酸反萃时间与反萃率的关系
权利要求
1.一种基于萃取-反萃体系制备高纯度钒电池电解液的方法，其特征在于:以含钒浸出液为原料，使用有机磷酸类萃取剂萃取；萃取所得有机相再用硫酸反萃；反萃所得硫酸相经气体还原剂还原直接得到钒电池电解液。
2.根据权利要求1所述的一种基于萃取-反萃体系制备高纯度钒电池电解液的方法，其特征在于:所述的含钒浸出液为传统提钒工艺中钒渣经钠化焙烧、热水浸出得到的浸出液。
3.根据权利要求1所述的一种基于萃取-反萃体系制备高纯度钒电池电解液的方法，其特征在于:所述的有机磷酸类萃取剂为二(2-乙基己基)磷酸、2-乙基己基磷酸-2-乙基己基酯、磷酸二异辛酯或磷酸三丁酯中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的一种基于萃取-反萃体系制备高纯度钒电池电解液的方法，其特征在于:所述的硫酸反萃过程中，硫酸浓度为2.0 4.0mol/Lo
5.根据权利要求1所述的一种基于萃取-反萃体系制备高纯度钒电池电解液的方法，其特征在于:所述的硫酸反萃过程中，有机相与硫酸相的体积比为5 10: I。
6.根据权利要求1所述的一种基于萃取-反萃体系制备高纯度钒电池电解液的方法，其特征在于:所述的硫酸反萃过程中，反萃时间为I 3小时。
7.根据权利要求1所述的一种基于萃取-反萃体系制备高纯度钒电池电解液的方法，其特征在于:所述的气体还原剂为一氧化碳、氢气、二氧化硫、臭氧或硫化氢中的至少一种。
8.根据权利要求1所述的一种基于萃取-反萃体系制备高纯度钒电池电解液的方法，其特征在于:所述的还原过程中，硫酸相中的钒与气体还原剂的摩尔比为1:1 2。
全文摘要
本发明属于钒冶金及钒电池领域，具体涉及一种基于萃取–反萃体系制备高纯度钒电池电解液的方法。本发明要解决的技术问题是制备高纯度钒电池电解液成本高、效率低。本发明解决上述技术问题的技术方案是提供一种基于萃取–反萃体系制备高纯度钒电池电解液的方法以含钒浸出液为原料，使用有机磷酸类萃取剂萃取；萃取所得有机相再用硫酸反萃；反萃所得硫酸相经气体还原剂还原直接得到钒电池电解液。本发明为制备高纯度钒电池电解液提供了一种低成本、高效率的新方法。
文档编号H01M8/18GK103151549SQ20131003775
公开日2013年6月12日 申请日期2013年1月31日 优先权日2013年1月31日
发明者张忠裕, 秦野, 黄斌, 张博, 蒲年文, 刘建国, 严川伟 申请人:四川省川威集团有限公司, 中国科学院金属研究所