利用多组元循环工艺及钒酸钠溶液制备五氧化二钒的方法

本发明属于五氧化二钒清洁制备领域，具体涉及一种利用钠、铵、硫多组元循环工艺及钒酸钠溶液制备五氧化二钒的方法。

背景技术：

我国钒钛磁铁矿资源丰富，目前已探明储量可达百亿吨以上，使用该资源冶炼过程中产生的钒渣中普遍含钒10％～15％，是生产钒及钒制品的重要原料。钒是“现代工业味精”，是发展现代工业、现代国防和现代科学技术不可缺少的重要材料。目前，钒及钒制品在电池、特种合金、军工、化工、电子、交通等领域的应用十分广泛，在其它领域的应用也在不断扩展，且具有良好发展前景。作为钒及相关产品的主要原料，目前我国五氧化二钒年产量已达8万吨以上。目前我国相关从业人员围绕钒酸钠溶液制备五氧化二钒进行了大量的研究。

申请号为200810305601.8的“一种氧化钒的清洁生产方法”专利，公开了一种氧化钒的生产方法，包括准备焙烧原料、钙化焙烧、溶浸、固液分离、铵盐沉钒、煅烧脱氨或还原等步骤制备氧化钒，提钒废水用石灰乳中和处理后返回系统循环利用，实现了废水零排放；

申请号为201110112096.7的“沉钒母液高盐废水中硫酸钠、硫酸铵浓缩、冷析分离方法”专利，公开了一种沉钒母液的处理方法，废水母液经除钒除铬后，母液在75℃和65℃蒸发浓缩，使无水硫酸钠结晶析出，离心分离出无水硫酸钠，分离后浓浆降温并冷却至0～5℃，使得硫酸铵、硫酸钠复盐析出，余液即为硫酸铵溶液，进入储罐可直接回用；复盐烘干后与分离出的无水硫酸钠混合包装合并使用。

申请号为201210334185.0的“一种酸性沉钒废水循环利用的方法”专利，公开了一种酸性沉钒废水循环利用的方法，包括以下步骤：采用石灰乳调节酸性沉钒废水至碱性，然后进行固液分离，得到碱性溶液和石膏渣；向所述碱性溶液中加入脱钙剂进行脱钙，然后进行固液分离，得到上层清液和脱钙渣；用硫酸将所述上层清液的ph值调节至3～7，然后将上层清液返回浸出工序进行循环利用。

目前我国五氧化二钒的生产主要通过处理钒酸钠溶液而得到，钒酸钠溶液来自于钒渣的钠化焙烧+水浸、钙化焙烧+碳酸钠浸出、亚熔盐溶出、钙化焙烧+硫酸浸出+离子交换/溶剂萃取等过程，钒酸钠溶液经沉淀得到偏钒酸铵或者多钒酸铵，再经煅烧后得到五氧化二钒，目前普遍采用氯化铵与硫酸铵溶液作为铵盐沉淀剂。这个过程中目前存在的问题：1、沉钒母液中的钠盐多次循环会逐渐富集，难以利用；2、铵盐中的铵最终在煅烧过程中以氨气的形式排出，难以达到循环利用，增加成本的同时对环境产生污染。

技术实现要素：

针对现有钒酸钠溶液生产五氧化二钒过程中存在的技术缺陷，本发明提出一种利用钠、铵、硫多组元循环处理工艺及钒酸钠溶液清洁制备五氧化二钒的方法，本发明按以下步骤进行：

(1)钒酸钠溶液经调酸后按照vo3^-与nh4⁺的摩尔比为1:(1～2.5)的比例加入浓度为50～300g/l的硫酸铵溶液进行混合，加热至70～95℃，搅拌转速200-500r/min下保持温度沉钒1～2小时，反应结束后沉淀过滤得到多钒酸铵，沉淀后液为硫酸钠溶液，得到的多钒酸铵经过煅烧制备得到含量不低于98.7％五氧化二钒，同时产生氨气；多钒酸铵的煅烧温度为400～800℃，煅烧时间为2～4小时；

(2)得到的硫酸钠溶液，经双极膜法电解法获得硫酸和氢氧化钠；其中获得的氢氧化钠返回钠化焙烧环节作为钠源，再经水浸获得钒酸钠溶液；

(3)双极膜法电解法获得的硫酸用于吸收多钒酸铵煅烧过程中产生的氨气，反应得到硫酸铵后将其返回步骤(1)的沉钒过程循环使用。

上述利用多组元循环工艺及钒酸钠溶液制备五氧化二钒的方法，其中：

所述步骤(1)中，通过钒渣的钠化焙烧-水浸过程获得钒酸钠溶液；通过硫酸调整钒酸钠溶液ph值范围为1.8～2.5。中沉钒及煅烧过程反应如下：

沉钒过程：

6navo3+2h2so4+(nh4)2so4＝(nh4)2v6o16+3na2so4+2h2o

煅烧过程：

(nh4)2v6o16＝2nh3+3v2o5+h2o

所述步骤(2)中，铵盐沉钒后得到的硫酸钠溶液，经双极膜法电解获得硫酸和氢氧化钠的反应如下：

na2so4+2h2o＝2naoh+h2so4

本发明的有益效果是：

(1)反应体系中涉及的钠、铵、硫均可实现循环利用，避免了氨气排放，环保效果显著；

(2)钠盐转换为氢氧化钠的形式，直接返钠化焙烧过程作为原料，降低提钒的运行成本。

附图说明

图1本发明方法工艺流程图。

具体实施方式

本发明实施例1～3的工艺流程如图1所示。

本发明实施例所采用的钒酸钠溶液来自于钠化焙烧-碳酸钠浸出工艺，浓度为8.45g/l；

本发明所述的生产内容不局限于采用上述原料，任何含钒酸钠的溶液均可以采用该方法进行处理。

实施例1

一种利用多组元循环工艺及钒酸钠溶液制备五氧化二钒的方法，具体操作步骤如下：

(1)通过硫酸调整钒酸钠溶液ph值为2.5，然后按照vo3^-与nh4⁺的摩尔比为1:1的比例加入浓度为50g/l的硫酸铵，加热至70℃，搅拌转速200r/min下保温2小时，完成沉钒反应，沉淀过滤得到多钒酸铵，沉淀后液为硫酸钠溶液；得到的多钒酸钠固体经过洗涤后，在400℃下煅烧4小时；得到的v2o5含量大于99.2％，k2o+na2o含量0.19％，s含量小于0.01％的五氧化二钒产品；

(2)得到的硫酸钠溶液，经双极膜法电解法获得硫酸和氢氧化钠；其中获得的氢氧化钠返回钠化焙烧环节作为钠源，再经水浸获得钒酸钠溶液；

(3)双极膜法电解法获得的硫酸用于吸收多钒酸铵煅烧过程中产生的氨气，反应得到硫酸铵后将其返回步骤(1)的沉钒过程循环使用。

实施例2

一种利用多组元循环工艺及钒酸钠溶液制备五氧化二钒的方法，具体操作步骤如下：

(1)通过硫酸调整钒酸钠溶液ph值为1.8，然后按照vo3^-与nh4⁺的摩尔比为1:2的比例加入浓度为250g/l的硫酸铵，加热至95℃，搅拌转速500r/min下保温2小时，完成沉钒反应，沉淀过滤得到多钒酸铵，沉淀后液为硫酸钠溶液；得到的多钒酸钠固体经过洗涤后，在800℃下煅烧3小时；得到的v2o5含量大于99.3％，k2o+na2o含量0.31％，s含量小于0.01％的五氧化二钒产品；

(2)得到的硫酸钠溶液，经双极膜法电解法获得硫酸和氢氧化钠；其中获得的氢氧化钠返回钠化焙烧环节作为钠源，再经水浸获得钒酸钠溶液；

(3)双极膜法电解法获得的硫酸用于吸收多钒酸铵煅烧过程中产生的氨气，反应得到硫酸铵后将其返回步骤(1)的沉钒过程循环使用。

实施例3

一种利用多组元循环工艺及钒酸钠溶液制备五氧化二钒的方法，具体操作步骤如下：

(1)通过硫酸调整钒酸钠溶液ph值为2.5，然后按照vo3^-与nh4⁺的摩尔比为1:2.5的比例加入浓度为200g/l的硫酸铵，加热至90℃，搅拌转速350r/min下保温1小时，完成沉钒反应，沉淀过滤得到多钒酸铵，沉淀后液为硫酸钠溶液；得到的多钒酸钠固体经过洗涤后，在800℃下煅烧4小时；得到的v2o5含量大于99.24％，k2o+na2o含量0.24％，s含量小于0.01％的五氧化二钒产品；

(2)得到的硫酸钠溶液，经双极膜法电解法获得硫酸和氢氧化钠；其中获得的氢氧化钠返回钠化焙烧环节作为钠源，再经水浸获得钒酸钠溶液；

(3)双极膜法电解法获得的硫酸用于吸收多钒酸铵煅烧过程中产生的氨气，反应得到硫酸铵后将其返回步骤(1)的沉钒过程循环使用。