本發(fā)明屬于化工領(lǐng)域，具體涉及一種多釩酸銨的制備技術(shù)，特別涉及一種由鈉化焙燒浸出液制備多釩酸銨的方法。
背景技術(shù)：
釩具有眾多優(yōu)異的物理性能和化學(xué)性能，用途十分廣泛，有金屬“維生素”之稱。隨著科學(xué)技術(shù)水平的飛躍發(fā)展，人類對新材料的要求日益提高，釩的應(yīng)用越來越廣泛，其范圍涵蓋了航空航天、化學(xué)、電池、顏料、玻璃、光學(xué)、醫(yī)藥等眾多領(lǐng)域。釩酸銨中含釩量很高，是釩產(chǎn)品生產(chǎn)領(lǐng)域的最主要原料。
鄧掉栩等人研究了以釩制品廠含釩廢水中回收的含釩鉻廢渣為原料制備多釩酸銨的工藝。該工藝是將從含釩鉻廢渣中得到的含釩溶液進(jìn)行凈化除雜、濃縮、沉釩，制得多釩酸銨。通過控制條件：pH＝1.8-2.2，溫度95℃，加銨系數(shù)為4，可以使釩回收率達(dá)到95.77％(參見“利用制釩廢水中回收的含釩鉻渣制備多釩酸銨的工藝研究”，鄧掉栩，葉宇玲等，化工技術(shù)與開發(fā)，2012，41(4):15-17)。
CN101157478公開了了一種多釩酸銨的制備方法，該方法先向含釩浸出液中加入鈣鹽溶液后調(diào)節(jié)pH值至堿性，加熱攪拌后得到釩酸鈣沉淀，過濾、洗滌后加入到含浸出劑的溶液中，加熱一段時間后過濾，將濾液調(diào)節(jié)pH值至1.8-2.5，在90℃至沸騰條件下，攪拌40-60min后沉釩過濾得到多釩酸銨。
CN103952565A公開了一種釩渣銨鹽浸取制備偏釩酸銨的方法，該方法將釩渣預(yù)氧化后用銨鹽水溶液浸出，液固分離后冷卻結(jié)晶并分離，得到偏釩酸銨晶體。
CN102502823A公開了一種高振實密度的多釩酸銨的制備方法，向含釩液中加入多釩酸銨晶種和硫酸銨，調(diào)節(jié)pH后升溫，在快速攪拌下沉淀多釩酸銨，補(bǔ)加兩次硫酸銨后，降低攪拌速度來沉淀多釩酸銨，然后進(jìn)行過濾、洗滌、干燥得到高振實密度多釩酸銨。
CN103420416A公開了一種偏釩酸銨的制備方法，該方法包括將釩酸鈉溶液與銨鹽在酸性條件下接觸，將接觸后的產(chǎn)物進(jìn)行沉淀并分離得到多釩酸銨固體，將多釩酸銨固體與水和釩酸銨結(jié)構(gòu)重整劑接觸，使得多釩酸銨轉(zhuǎn)變?yōu)槠C酸銨，將接觸后的產(chǎn)物進(jìn)行固液分離，得到偏釩酸銨溶液。
由上可知，作為釩產(chǎn)品原料的釩酸銨，無論是多釩酸銨或偏釩酸銨，常規(guī)產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝較多，根據(jù)各種釩產(chǎn)品的用途的不同，對釩酸銨的產(chǎn)品成分的要求也不同，其制備方法也各有異同。在一些高端釩產(chǎn)品，如釩鋁合金、釩電解液等產(chǎn)品的生產(chǎn)過程，對雜質(zhì)元素的要求特別嚴(yán)格，特別是對其中的鐵、硅的含量要求尤為嚴(yán)格，目前涉及特種要求的多釩酸銨產(chǎn)品中，低鐵、低硅多釩酸銨的生產(chǎn)技術(shù)尚未見諸報道。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
針對以上不足，本發(fā)明提供一種由鈉化焙燒浸出液制備多釩酸銨的方法，獲得了Fe元素的含量降至0.0038-0.0096wt％，Si元素的含量降至0.0032-0.0061wt％，其他雜質(zhì)元素的含量也大幅降低的多釩酸銨產(chǎn)品。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供以下技術(shù)方案：
本發(fā)明提供一種由鈉化焙燒浸出液制備多釩酸銨的方法，所述方法包括以下步驟：
(1)向鈉化焙燒浸出液中加入堿性物質(zhì)，攪拌后過濾，得到釩酸鈉溶液；
(2)調(diào)節(jié)步驟(1)所述釩酸鈉溶液的pH，然后加入除雜劑，攪拌過濾后得到鈉化提釩凈化液；
(3)向步驟(2)所述鈉化提釩凈化液中加入沉釩劑，調(diào)節(jié)pH，加熱攪拌，過濾后得到多釩酸銨晶體；
(4)將步驟(3)所述多釩酸銨晶體用水洗滌，干燥后得到多釩酸銨。
本發(fā)明所述鈉化焙燒浸出液是指釩渣配碳酸鈉、氯化鈉焙燒后得到的浸出液。通過先對釩渣進(jìn)行鈉化焙燒，去掉一部分雜質(zhì)元素，獲得了釩元素得到初步提純的鈉化焙燒浸出液，再經(jīng)過本發(fā)明提供的制備方法對其進(jìn)行處理，即可得到低鐵、低硅的多釩酸銨產(chǎn)品。本發(fā)明提供的制備方法在處理鈉化焙燒浸出液時，獲得的多釩酸銨產(chǎn)品中鐵和硅的含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于直接用本方法直接處理釩渣或其他含釩浸出液。
本發(fā)明中所述攪拌選用本領(lǐng)域常規(guī)的技術(shù)手段進(jìn)行，對此不做特殊限定。示例性地，所述攪拌可以是機(jī)械攪拌；對于攪拌的時間同樣不做限定，攪拌直至不再有沉淀出現(xiàn)即可。
本發(fā)明中所述過濾選用本領(lǐng)域常規(guī)的技術(shù)手段進(jìn)行，對此不做特殊限定。示例性地，所述過濾選擇真空循環(huán)泵進(jìn)行。
根據(jù)本發(fā)明，步驟(1)所述鈉化焙燒浸出液中釩的濃度為15-40g/L，例如可以是15g/L、18g/L、20g/L、23g/L、25g/L、28g/L、30g/L、32g/L、35g/L、38g/L或40g/L，以及上述數(shù)值之間的具體點值，限于篇幅及出于簡明的考慮，本發(fā)明不再窮盡列舉所述范圍包括的具體點值。
根據(jù)本發(fā)明，步驟(1)所述鈉化焙燒浸出液的溫度為30-100℃，例如可以是30℃、35℃、40℃、45℃、50℃、55℃、60℃、65℃、70℃、75℃、80℃、85℃、90℃、95℃或100℃，以及上述數(shù)值之間的具體點值，限于篇幅及出于簡明的考慮，本發(fā)明不再窮盡列舉所述范圍包括的具體點值。所述鈉化焙燒浸出液的溫度優(yōu)選為60-80℃。
本發(fā)明中步驟(1)所述鈉化焙燒浸出液的溫度為實際生產(chǎn)過程中鈉化焙燒后獲得浸出液帶出的溫度，因此不需要對其再進(jìn)行加熱。
根據(jù)本發(fā)明，步驟(1)所述堿性物質(zhì)為片堿、液堿或氨氣中任意一種或至少兩種的組合，例如可以是片堿、液堿或氨氣中任意一種，示例但非限定性的組合為片堿和液堿，片堿和氨氣，液堿和氨氣，片堿、液堿和氨氣。
根據(jù)本發(fā)明，步驟(1)所述加入堿性物質(zhì)后鈉化焙燒浸出液的pH≥12，例如可以是12、12.2、12.4、12.6、12.8、13、13.2、13.4、13.6、13.8或14，以及上述數(shù)值之間的具體點值，限于篇幅及出于簡明的考慮，本發(fā)明不再窮盡列舉所述范圍包括的具體點值。所述加入堿后鈉化焙燒浸出液的pH優(yōu)選為12。
選用上述優(yōu)選的鈉化焙燒浸出液的溫度和pH，能夠進(jìn)一步去除雜質(zhì)元素，達(dá)到對浸出液提純的效果。
根據(jù)本發(fā)明，步驟(2)所述釩酸鈉溶液的溫度為30-100℃，例如可以是30℃、35℃、40℃、45℃、50℃、55℃、60℃、65℃、70℃、75℃、80℃、85℃、90℃、95℃或100℃，以及上述數(shù)值之間的具體點值，限于篇幅及出于簡明的考慮，本發(fā)明不再窮盡列舉所述范圍包括的具體點值。所述鈉化焙燒浸出液的溫度優(yōu)選為60-80℃。
本發(fā)明中步驟(2)所述釩酸鈉溶液的溫度為上一步對鈉化焙燒浸出液處理后殘留的溫度，不需要對其再進(jìn)行加熱。
根據(jù)本發(fā)明，步驟(2)所述的pH為7-9.5，例如可以是7、7.2、7.5、7.8、8、8.3、8.5、8.7、9、9.5、9.3或9.5，以及上述數(shù)值之間的具體點值，限于篇幅及出于簡明的考慮，本發(fā)明不再窮盡列舉所述范圍包括的具體點值。步驟(2)所述的pH優(yōu)選為9.2。
根據(jù)本發(fā)明，步驟(2)所述調(diào)節(jié)pH用硫酸或鹽酸進(jìn)行調(diào)節(jié)，優(yōu)選為硫酸。
根據(jù)本發(fā)明，步驟(2)所述的除雜劑為硫酸鋁、偏鋁酸鈉、氯化鋁任意一種或至少兩種的組合，例如可以是硫酸鋁、偏鋁酸鈉、氯化鋁中的任意一種，典型但非限定性的組合為硫酸鋁和偏鋁酸鈉，硫酸鋁和氯化鋁，偏鋁酸鈉和氯化鋁，硫酸鋁、偏鋁酸鈉和氯化鋁。步驟(2)所述的除雜劑優(yōu)選為硫酸鋁。
根據(jù)本發(fā)明，步驟(2)所述除雜劑中Al元素與釩酸鈉溶液Si元素的摩爾比為(1-1.5):1，例如可以是1:1、1.1:1、1.2:1、1.3:1、1.4:1或1.5:1，以及上述數(shù)值之間的具體點值，限于篇幅及出于簡明的考慮，本發(fā)明不再窮盡列舉所述范圍包括的具體點值。
選用上述優(yōu)選的釩酸鈉溶液的溫度、pH以及選用硫酸鋁作為除雜劑和選用上述除雜劑的添加量，能夠?qū)Τs反應(yīng)起到促進(jìn)作用，使除雜劑發(fā)揮出最大的作用，尤其是對Si元素進(jìn)行了大量清除，進(jìn)一步實現(xiàn)去除雜質(zhì)元素的目的。
根據(jù)本發(fā)明，步驟(3)所述的沉釩劑為硫酸銨、氯化銨、醋酸銨、碳酸銨中的任意一種或至少兩種的組合，例如可以是硫酸銨、氯化銨、醋酸銨、碳酸銨中的任意一種，典型但非限定性的組合為硫酸銨和氯化銨，醋酸銨和碳酸銨，硫酸銨和醋酸銨，硫酸銨和碳酸銨，氯化銨和醋酸銨，氯化銨和碳酸銨，硫酸銨、氯化銨、醋酸銨和碳酸銨等。步驟(3)所述的沉釩劑優(yōu)選為硫酸銨。
根據(jù)本發(fā)明，步驟(3)所述pH為1.9-3.0，例如可以是1.9、2.0、2.1、2.2、2.3、2.4、2.5、2.6、2.7、2.8、2.9或3.0，以及上述數(shù)值之間的具體點值，限于篇幅及出于簡明的考慮，本發(fā)明不再窮盡列舉所述范圍包括的具體點值。步驟(3)所述pH優(yōu)選為2.8；
根據(jù)本發(fā)明，步驟(3)所述調(diào)節(jié)pH用硫酸或鹽酸進(jìn)行調(diào)節(jié)，優(yōu)選為硫酸。
根據(jù)本發(fā)明，步驟(3)所述沉釩劑中NH4+與所述鈉化提釩凈化液中V元素的摩爾比為(1-2):3，例如可以是1:3、1.1:3、1.2:3、1.3:3、1.4:3、1.5:3、1.6:3、1.7:3、1.8:3、1.9:3或2:3，以及上述數(shù)值之間的具體點值，限于篇幅及出于簡明的考慮，本發(fā)明不再窮盡列舉所述范圍包括的具體點值。步驟(3)所述沉釩劑中NH4+與所述鈉化提釩凈化液中V元素的摩爾比優(yōu)選為1.8:3。
根據(jù)本發(fā)明，步驟(3)所述加熱的溫度為95-100℃，例如可以是95℃、96℃、97℃、98℃、99℃或100℃，以及上述數(shù)值之間的具體點值，限于篇幅及出于簡明的考慮，本發(fā)明不再窮盡列舉所述范圍包括的具體點值。步驟(3)所述加熱的溫度優(yōu)選為98℃。
選用上述優(yōu)選的pH和溫度，優(yōu)選的沉釩劑及其加入量，能夠使沉釩更順利的進(jìn)行，同時有效的避免了雜質(zhì)元素，尤其是鐵和硅的摻入，進(jìn)而獲得了低鐵、低硅的的多釩酸銨晶體。
根據(jù)本發(fā)明，步驟(4)所述用水洗滌時的溫度為30-80℃，例如可以是30℃、35℃、40℃、45℃、50℃、55℃、60℃、65℃、70℃、75℃或80℃，以及上述數(shù)值之間的具體點值，限于篇幅及出于簡明的考慮，本發(fā)明不再窮盡列舉所述范圍包括的具體點值。步驟(4)所述用水洗滌時的溫度優(yōu)選為60℃。
在60℃下進(jìn)行洗滌時，多釩酸銨晶體表面處理的更干凈，雜質(zhì)元素殘留的更少。
示例性地，本發(fā)明所述由鈉化焙燒浸出液制備多釩酸銨的方法包括以下步驟：
(1)量取鈉化焙燒浸出液，溫度為30-100℃，用堿性物質(zhì)調(diào)節(jié)溶液pH≥12，攪拌30min后過濾，得到釩酸鈉溶液；
(2)將步驟(1)得到的釩酸鈉溶液用硫酸調(diào)節(jié)pH為7-9.5，溫度為30-100℃，然后加入除雜劑攪拌，過濾，得到鈉化提釩凈化液；
(3)向步驟(2)得到的鈉化提釩凈化液加入沉釩劑，用濃硫酸調(diào)節(jié)pH為1.9-3.0，加熱至95-100℃，攪拌、靜置后過濾，得到多釩酸銨晶體；
(4)將步驟(3)中所得多釩酸銨用30-80℃水洗滌得高純度多釩酸銨。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明至少具有以下有益效果：
(1)大幅降低了多釩酸銨中鐵和硅的含量，使得Fe元素的含量降至0.0038-0.0096wt％，Si元素的含量降至0.0032-0.0061wt％，同時降低了其他雜質(zhì)元素的含量，滿足釩制品生產(chǎn)中對多釩酸銨低鐵、低硅、低雜質(zhì)的要求。
(2)本發(fā)明所提供的制備方法工藝簡單，易于實現(xiàn)，適用于工業(yè)生產(chǎn)。
具體實施方式
為便于理解，本發(fā)明列舉實施例如下。本領(lǐng)域技術(shù)人員將會理解，以下實施例僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例，僅用于幫助理解本發(fā)明，因而不應(yīng)視為限定本發(fā)明的范圍。
實施例1
(1)量取3L釩濃度為40g/L的鈉化焙燒浸出液，溫度為100℃，用液堿調(diào)節(jié)pH值為13，攪拌30min后過濾，得到釩酸鈉溶液；
(2)將步驟(1)過濾所得的釩酸鈉溶液用硫酸調(diào)節(jié)pH＝8.5，溫度為30℃，然后加入27.5g硫酸鋁攪拌，過濾，得到鈉化提釩凈化液；
(3)向步驟(2)所得的鈉化提釩凈化液加入135g硫酸銨，用濃硫酸調(diào)節(jié)pH＝3.0，加熱至95℃，攪拌、靜置后過濾，得到多釩酸銨晶體；
(4)將步驟(3)中所得多釩酸銨用50℃水洗滌得高純度多釩酸銨。
實施例2
(1)量取3L釩濃度為30g/L的鈉化焙燒浸出液，溫度為30℃，通入氨氣調(diào)節(jié)pH值為14，攪拌30min后過濾，得到釩酸鈉溶液；
(2)將步驟(1)過濾所得的釩酸鈉溶液用硫酸調(diào)節(jié)pH＝9.5，溫度為100℃，然后加入30g硫酸鋁攪拌，過濾，得到鈉化提釩凈化液；
(3)向步驟(2)所得的鈉化提釩凈化液加入140g硫酸銨，用濃硫酸調(diào)節(jié)pH＝3，加熱至100℃，攪拌、靜置后過濾，得到多釩酸銨晶體；
(4)將步驟(3)中所得多釩酸銨用40℃水洗滌得高純度多釩酸銨。
實施例3
(1)量取3L釩濃度為25g/L的鈉化焙燒浸出液，溫度為80℃，用片堿調(diào)節(jié)pH值為13，攪拌30min后過濾，得到釩酸鈉溶液；
(2)將步驟(1)過濾所得的釩酸鈉溶液用硫酸調(diào)節(jié)pH＝7，溫度為60℃，然后加入32.5g硫酸鋁攪拌，過濾，得到鈉化提釩凈化液；
(3)向步驟(2)所得的鈉化提釩凈化液加入113g硫酸銨，用濃硫酸調(diào)節(jié)pH＝2.1，加熱至95℃，攪拌、靜置后過濾，得到多釩酸銨晶體；
(4)將步驟(3)中所得多釩酸銨用80℃水洗滌得高純度多釩酸銨。
實施例4
(1)量取3L釩濃度為25g/L的鈉化焙燒浸出液，溫度為60℃，用片堿調(diào)節(jié)pH值為12.5，攪拌30min后過濾，得到釩酸鈉溶液；
(2)將步驟(1)過濾所得的釩酸鈉溶液用硫酸調(diào)節(jié)pH＝8.5，溫度為80℃，然后加入26.3g硫酸鋁攪拌，過濾，得到鈉化提釩凈化液；
(3)向步驟(2)所得的鈉化提釩凈化液加入127g硫酸銨，用濃硫酸調(diào)節(jié)pH＝1.9，加熱至100℃，攪拌、靜置后過濾，得到多釩酸銨晶體；
(4)將步驟(3)中所得多釩酸銨用30℃水洗滌得高純度多釩酸銨。
實施例5
(1)量取3L釩濃度為20g/L的鈉化焙燒浸出液，溫度為75℃，用片堿調(diào)節(jié)pH值為12，攪拌30min后過濾，得到釩酸鈉溶液；
(2)將步驟(1)過濾所得的釩酸鈉溶液用硫酸調(diào)節(jié)pH＝9.2，溫度為75℃，然后加入28.7g硫酸鋁攪拌，過濾，得到鈉化提釩凈化液；
(3)向步驟(2)所得的鈉化提釩凈化液加入120g硫酸銨，用濃硫酸調(diào)節(jié)pH＝2.8，加熱至98℃，攪拌、靜置后過濾，得到多釩酸銨晶體；
(4)將步驟(3)中所得多釩酸銨用60℃水洗滌得高純度多釩酸銨。
測定實施例1-5所獲得的多釩酸銨中雜質(zhì)元素的含量，獲得的數(shù)據(jù)如表1所示。
表1
由上表中數(shù)據(jù)可知：本發(fā)明提供的方法制備出的多釩酸銨中各雜質(zhì)元素的含量均很低，其中Fe元素的含量降至0.0038-0.0096wt％，Si元素的含量降至0.0032-0.0061wt％；當(dāng)選用實施例5中的條件制備多釩酸銨時，F(xiàn)e元素為0.0038wt％，Si元素的含量為0.0032wt％，二者含量均為最低值，同時其他雜質(zhì)元素的含量也維持在較低水平，故實施例5中的條件為本發(fā)明最優(yōu)的制備條件。
以上詳細(xì)描述了本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，但是，本發(fā)明并不限于上述實施方式中的具體細(xì)節(jié)，在本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思范圍內(nèi)，可以對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行多種簡單變型，這些簡單變型均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
另外需要說明的是，在上述具體實施方式中所描述的各個具體技術(shù)特征，在不矛盾的情況下，可以通過任何合適的方式進(jìn)行組合，為了避免不必要的重復(fù)，本發(fā)明對各種可能的組合方式不再另行說明。
此外，本發(fā)明的各種不同的實施方式之間也可以進(jìn)行任意組合，只要其不違背本發(fā)明的思想，其同樣應(yīng)當(dāng)視為本發(fā)明所公開的內(nèi)容。