一种钒酸钠溶液清洁制备五氧化二钒的方法

文档序号:25543017发布日期:2021-06-18 20:39阅读:42来源:国知局
一种钒酸钠溶液清洁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,具体涉及一种利用铵盐沉钒、煅烧、苛化、铵化碳化等步骤处理钒酸钠溶液制备五氧化二钒,以及钠、铵、碳、钙多组元循环利用的方法。



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以下问题: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:

针对现有技术存在的缺陷,本发明提供了一种钠、铵、碳、钙多组元循环处理钒酸钠溶液,清洁制备五氧化二钒的方法。

本发明的一种钒酸钠溶液清洁制备五氧化二钒的方法,按以下步骤进行:

步骤1、沉钒与煅烧过程:钒酸钠溶液经调酸后与硫酸铵溶液混合,通过铵盐沉钒过程得到多钒酸铵和硫酸钠溶液,然后得到的多钒酸铵经过煅烧过程制备得到五氧化二钒,同时产生氨气;

步骤2、电苛化过程:向硫酸钠溶液中加入氧化钙,通过电苛化过程得到氢氧化钠溶液和石膏硫酸钙;

步骤3、碳碱化过程:向得到的氢氧化钠溶液中通入二氧化碳,经碳碱化过程制备碳酸钠溶液,碳酸钠溶液用于钒渣处理(包括钒渣焙烧后的浸出、反萃或解吸过程),实现钠的循环利用;

步骤4、铵化-碳化过程:利用煅烧过程中生成的氨气、电苛化过程中生成的硫酸钙及二氧化碳,经过铵化-碳化处理,得到硫酸铵溶液和碳酸钙;其中,得到的硫酸铵溶液返回步骤1进行铵盐沉钒,实现铵的循环利用;

步骤5、碳酸钙煅烧过程:得到的碳酸钙经煅烧得到氧化钙和二氧化碳,其中氧化钙返回步骤2用于苛化反应,实现氧化钙的循环利用;二氧化碳一部分返回步骤3进行碳碱化反应,另一部分返回步骤4进行铵化-碳化处理,实现二氧化碳的循环利用。

所述的一种钒酸钠溶液清洁制备五氧化二钒的方法,其中:

所述步骤1中,通过硫酸调节钒酸钠溶液ph值范围为1.8~2.5,按照nh4+与vo3-的摩尔比为(1~2.5):1加入50~300g/l的硫酸铵,加热至70~95℃,搅拌转速200-500r/min下保持70~95℃,反应1~2h,沉淀过滤得到多钒酸铵,沉淀后液为硫酸钠溶液。多钒酸铵的煅烧温度为400~800℃,煅烧时间为2~4h。得到的五氧化二钒含量不低于98.7%。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,将碳酸钙煅烧生成的氧化钙加入硫酸钠溶液时,钙与硫酸根的摩尔比为(1~1.5):1,反应温度10~90℃,搅拌转速100-500r/min,在电场作用下完成电苛化过程,沉淀过滤后得到硫酸钙固体和氢氧化钠溶液,苛化过程反应如下:

na2so4+cao+h2o=caso4+2naoh

所述步骤3中,碳酸钙煅烧生成的二氧化碳通入苛化得到的氢氧化钠溶液,在20~80℃下,反应得到碳酸钠溶液,经结晶后制得碳酸钠固体,用于钒渣的钠化焙烧。

所述步骤4中,将多钒酸铵煅烧产生的氨气与二氧化碳同时与浆态的硫酸钙反应,生成硫酸铵溶液和碳酸钙,二氧化碳/氨气/硫酸钙的摩尔比为(1~2):2:1,反应温度20~90℃,反应时间0.5~3h,搅拌转速200-500r/min;生成的硫酸铵溶液直接进行沉钒,生成的碳酸钙进入煅烧过程;

铵化碳化反应如下:

caso4+2nh3+co2+h2o=caco3+(nh4)2so4

与现有的提钒工艺相比,本发明所述生产工艺的有益效果是:

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

(2)钠盐转换为碳酸钠形式,可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

一种钒酸钠溶液清洁制备五氧化二钒的方法,具体操作步骤如下:

步骤1、沉钒与煅烧过程:通过硫酸调节钒酸钠溶液ph值为1.8,然后按照nh4+与vo3-的摩尔比为2:1的比例加入250g/l的硫酸铵溶液,加热至95℃,搅拌转速500r/min下保温2h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;多钒酸铵固体经过洗涤后在800℃下煅烧3h,得到v2o5含量>99.0%,k2o+na2o含量0.29%,s含量<0.01%的五氧化二钒;

步骤2、电苛化过程:按照钙与硫酸根的摩尔比为1.5:1的比例,将氧化钙加入硫酸钠溶液进行电苛化处理,反应温度25℃,搅拌转速450r/min,反应1h,沉淀过滤后得到纯度在96%以上的硫酸钙固体和氢氧化钠溶液;

步骤3、碳碱化过程:在20℃下向氢氧化钠溶液中通入碳酸钙煅烧生成的二氧化碳1h,经反应得到碳酸钠溶液,再经过结晶后制得碳酸钠固体,返回钒渣的钠化焙烧过程实现钠的循环利用;

步骤4、铵化-碳化过程:将多钒酸铵煅烧产生的氨气与二氧化碳同时与浆态的硫酸钙反应,生成硫酸铵溶液和碳酸钙,二氧化碳/氨气/硫酸钙的摩尔比为1:2:1,反应温度20℃,反应时间3h,搅拌转速500r/min;生成的硫酸铵溶液返回步骤1进行沉钒,生成的碳酸钙进入煅烧过程;

步骤5、碳酸钙煅烧过程:得到的碳酸钙经煅烧得到氧化钙和二氧化碳,其中氧化钙返回步骤2用于苛化反应,实现氧化钙的循环利用;二氧化碳一部分返回步骤3进行碳碱化反应,另一部分返回步骤4进行铵化-碳化处理,实现二氧化碳的循环利用。

实施例2

一种钒酸钠溶液清洁制备五氧化二钒的方法,具体操作步骤如下:

步骤1、沉钒与煅烧过程:通过硫酸调节钒酸钠溶液ph值为2.5,然后按照nh4+与vo3-的摩尔比为2.5:1的比例加入200g/l的硫酸铵溶液,加热至90℃,搅拌转速350r/min下保温1h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;多钒酸铵固体经过洗涤后在800℃下煅烧4h,得到v2o5含量>99.24%,k2o+na2o含量0.25%,s含量<0.01%的五氧化二钒;

步骤2、电苛化过程:按照钙与硫酸根的摩尔比为1.5:1的比例,将氧化钙加入硫酸钠溶液进行电苛化处理,反应温度90℃,搅拌转速500r/min,反应1h,沉淀过滤后得到纯度在95%以上的硫酸钙固体和氢氧化钠溶液;

步骤3、碳碱化过程:在80℃下向氢氧化钠溶液中通入碳酸钙煅烧生成的二氧化碳1h,经反应得到碳酸钠溶液,再经过结晶后制得碳酸钠固体,返回钒渣的钠化焙烧过程实现钠的循环利用;

步骤4、铵化-碳化过程:将多钒酸铵煅烧产生的氨气与二氧化碳同时与浆态的硫酸钙反应,生成硫酸铵溶液和碳酸钙,二氧化碳/氨气/硫酸钙的摩尔比为1:2:1,反应温度90℃,反应时间0.5h,搅拌转速200r/min;生成的硫酸铵溶液返回步骤1进行沉钒,生成的碳酸钙进入煅烧过程;

步骤5、碳酸钙煅烧过程:得到的碳酸钙经煅烧得到氧化钙和二氧化碳,其中氧化钙返回步骤2用于苛化反应,实现氧化钙的循环利用;二氧化碳一部分返回步骤3进行碳碱化反应,另一部分返回步骤4进行铵化-碳化处理,实现二氧化碳的循环利用。

实施例3

一种钒酸钠溶液清洁制备五氧化二钒的方法,具体操作步骤如下:

步骤1、沉钒与煅烧过程:通过硫酸调节钒酸钠溶液ph值为2.0,然后按照nh4+与vo3-的摩尔比为1:1的比例加入50g/l的硫酸铵溶液,加热至70℃,搅拌转速200r/min下保温2h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;多钒酸铵固体经过洗涤后在400℃下煅烧4h,得到v2o5含量>99.0%,k2o+na2o含量0.26%,s含量<0.01%的五氧化二钒;

步骤2、电苛化过程:按照钙与硫酸根的摩尔比为1:1的比例,将氧化钙加入硫酸钠溶液进行电苛化处理,反应温度10℃,搅拌转速100r/min,反应1h,沉淀过滤后得到纯度在96%以上的硫酸钙固体和氢氧化钠溶液;

步骤3、碳碱化过程:在80℃下向氢氧化钠溶液中通入碳酸钙煅烧生成的二氧化碳1h,经反应得到碳酸钠溶液,再经过结晶后制得碳酸钠固体,返回钒渣的钠化焙烧过程实现钠的循环利用;

步骤4、铵化-碳化过程:将多钒酸铵煅烧产生的氨气与二氧化碳同时与浆态的硫酸钙反应,生成硫酸铵溶液和碳酸钙,二氧化碳/氨气/硫酸钙的摩尔比为1.5:2:1,反应温度60℃,反应时间1h,搅拌转速300r/min;生成的硫酸铵溶液返回步骤1进行沉钒,生成的碳酸钙进入煅烧过程;

步骤5、碳酸钙煅烧过程:得到的碳酸钙经煅烧得到氧化钙和二氧化碳,其中氧化钙返回步骤2用于苛化反应,实现氧化钙的循环利用;二氧化碳一部分返回步骤3进行碳碱化反应,另一部分返回步骤4进行铵化-碳化处理,实现二氧化碳的循环利用。

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