一种偏钒酸铵制备低价钒的工艺

技术领域

本发明涉及低价钒生产技术领域，特别是涉及一种偏钒酸铵制备低价钒的工艺。

背景技术

我国钒资源丰富，钒制品应用广泛，近年来，随着技术的进步，一些钒下游高端技术产品的工业化生产，对钒化合物质量有了更高的要求，最引入注目的是钒的低价氧化物，尤其二氧化钒(VO

现有技术中三氧化二钒的生产方法是由氢、碳或一氧化碳还原五氧化二钒制得，或在1750℃下热分解五氧化二钒、在隔绝空气下煅烧钒酸铵制得。但这些生产方法对焙烧温度要求高，成本高、操作复杂。

而且如果用偏钒酸铵制备低价钒，当原料偏钒酸铵的纯度不高时，所得低价钒的纯度也较低，影响了其应用价值。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，克服现有技术的不足，提供一种焙烧温度较低的偏钒酸铵制备低价钒的工艺。

本发明解决其技术问题采用的技术方案是，一种偏钒酸铵制备低价钒的工艺，包括以下步骤：

（1）将粗偏钒酸铵在水中加热溶解，溶解后用氢氧化钠溶液调节pH 值至8-9，过滤，得偏钒酸钠溶液；

步骤（1）中，除去一些可溶性的杂质或可溶于碱液氢氧化钠溶液的杂质，提高偏钒酸钠溶液的纯度。

（2）往步骤（1）所得偏钒酸钠溶液中加入氨水，得偏钒酸铵沉淀；偏钒酸铵沉淀经脱水后用稀氯化铵的水溶液水洗，水洗后再经脱水、焙烧得五氧化二钒；

步骤（2）中，进一步提高偏钒酸铵沉淀的纯度，经过水洗，可提高五氧化二钒的纯度，减少其中杂质的含量。

（3）将步骤（2）所得五氧化二钒和碳粉、石墨烯按摩尔比2︰1︰0.005~0.01 的比例混合均匀，得混合料；

（4）将步骤（3）所得混合料于惰性气体保护下，在500℃～ 650℃烧制1～5h，得三氧化二钒。

进一步，步骤（4）中，所述惰性气体可为氮气或氩气等。

研究表明，石墨烯具有非常好的热传导性能，往固体粉末中加入微量石墨烯，使得材料受热均匀，其亲和性帮助形成纳米孔隙结构；使得材料在步骤（4）的较低焙烧温度和较短的焙烧时间下，提高反应的活性，也能形成稳定结构，得到目标产物，提高三氧化二钒的纯度。而且加入石墨烯优于加入石墨，这可能是因为石墨烯内部特殊的结构，而石墨不具有这种结构和性能。

进一步，步骤（1）中，所述粗偏钒酸铵在水中加热溶解温度为90-100℃，粗偏钒酸铵与水的重量比为1∶3-4。

进一步，步骤（2）中，所述稀氯化铵的水溶液中，氯化铵的质量浓度为1%~10%。

进一步，步骤（2）中，往步骤（1）所得偏钒酸钠溶液中加入氨水，直至无沉淀产生为止。

本发明的有益效果是：

1、本发明生产出的三氧化二钒纯度高、杂质少，完全符合一些高端产品的生产要求；

2、本发明工艺流程短、设备简单、成本低、效益高，焙烧温度低，焙烧时间短，反应活性高，非常适合规模化的工业生产。

本发明所得低价钒氧化物中，三氧化二钒的纯度≥99.8%。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步说明。

实施例1

本实施例之偏钒酸铵制备低价钒的工艺，包括以下步骤：

（1）将粗偏钒酸铵在水中加热溶解，溶解后用氢氧化钠溶液调节pH 值至8，过滤，得偏钒酸钠溶液；

步骤（1）中，除去一些可溶性的杂质或可溶于碱液氢氧化钠溶液的杂质，提高偏钒酸钠溶液的纯度。

步骤（1）中，所述粗偏钒酸铵在水中加热溶解温度为90℃，粗偏钒酸铵与水的重量比为1∶3。

（2）往步骤（1）所得偏钒酸钠溶液中加入氨水，得偏钒酸铵沉淀；偏钒酸铵沉淀经脱水后用稀氯化铵的水溶液水洗，水洗后再经脱水、焙烧得五氧化二钒；

步骤（2）中，进一步提高偏钒酸铵沉淀的纯度，经过水洗，可提高五氧化二钒的纯度，减少其中杂质的含量。

步骤（2）中，所述稀氯化铵的水溶液中，氯化铵的质量浓度为5%。

步骤（2）中，往步骤（1）所得偏钒酸钠溶液中加入氨水，直至无沉淀产生为止。

（3）将步骤（2）所得五氧化二钒和碳粉、石墨烯按摩尔比2︰1︰0.005 的比例混合均匀，得混合料；

（4）将步骤（3）所得混合料于氩气气体保护下，在500℃烧制1h，得三氧化二钒。

研究表明，石墨烯具有非常好的热传导性能，往固体粉末中加入微量石墨烯，使得材料受热均匀，其亲和性帮助形成纳米孔隙结构；使得材料在步骤（4）的较低焙烧温度和较短的焙烧时间下，提高反应的活性，也能形成稳定结构，得到目标产物，提高三氧化二钒的纯度。而且加入石墨烯优于加入石墨，这可能是因为石墨烯内部特殊的结构，而石墨不具有这种结构和性能。

本实施例所得低价钒氧化物中，三氧化二钒的纯度为99.9%。

实施例2

本实施例之偏钒酸铵制备低价钒的工艺，包括以下步骤：

（1）将粗偏钒酸铵在水中加热溶解，溶解后用氢氧化钠溶液调节pH 值至9，过滤，得偏钒酸钠溶液；

步骤（1）中，除去一些可溶性的杂质或可溶于碱液氢氧化钠溶液的杂质，提高偏钒酸钠溶液的纯度。

（2）往步骤（1）所得偏钒酸钠溶液中加入氨水，得偏钒酸铵沉淀；偏钒酸铵沉淀经脱水后用稀氯化铵的水溶液水洗，水洗后再经脱水、焙烧得五氧化二钒；

步骤（2）中，进一步提高偏钒酸铵沉淀的纯度，经过水洗，可提高五氧化二钒的纯度，减少其中杂质的含量。

（3）将步骤（2）所得五氧化二钒和碳粉、石墨烯按摩尔比2︰1︰0.01 的比例混合均匀，得混合料；

（4）将步骤（3）所得混合料于氩气惰性气体保护下，在500℃烧制2h，得三氧化二钒。

研究表明，石墨烯具有非常好的热传导性能，往固体粉末中加入微量石墨烯，使得材料受热均匀，其亲和性帮助形成纳米孔隙结构；使得材料在步骤（4）的较低焙烧温度和较短的焙烧时间下，提高反应的活性，也能形成稳定结构，得到目标产物，提高三氧化二钒的纯度。而且加入石墨烯优于加入石墨，这可能是因为石墨烯内部特殊的结构，而石墨不具有这种结构和性能。

步骤（1）中，所述粗偏钒酸铵在水中加热溶解温度为100℃，粗偏钒酸铵与水的重量比为1∶3。

进一步，步骤（2）中，所述稀氯化铵的水溶液中，氯化铵的质量浓度为1%。

进一步，步骤（2）中，往步骤（1）所得偏钒酸钠溶液中加入氨水，直至无沉淀产生为止。

本发明所得低价钒氧化物中，三氧化二钒的纯度为99.8%。

实施例3

本实施例之偏钒酸铵制备低价钒的工艺，包括以下步骤：

（1）将粗偏钒酸铵在水中加热溶解，溶解后用氢氧化钠溶液调节pH 值至8，过滤，得偏钒酸钠溶液；

步骤（1）中，除去一些可溶性的杂质或可溶于碱液氢氧化钠溶液的杂质，提高偏钒酸钠溶液的纯度。

（2）往步骤（1）所得偏钒酸钠溶液中加入氨水，得偏钒酸铵沉淀；偏钒酸铵沉淀经脱水后用稀氯化铵的水溶液水洗，水洗后再经脱水、焙烧得五氧化二钒；

步骤（2）中，进一步提高偏钒酸铵沉淀的纯度，经过水洗，可提高五氧化二钒的纯度，减少其中杂质的含量。

（3）将步骤（2）所得五氧化二钒和碳粉、石墨烯按摩尔比2︰1︰0.008 的比例混合均匀，得混合料；

（4）将步骤（3）所得混合料于氩气惰性气体保护下，在550℃烧制5h，得三氧化二钒。

研究表明，石墨烯具有非常好的热传导性能，往固体粉末中加入微量石墨烯，使得材料受热均匀，其亲和性帮助形成纳米孔隙结构；使得材料在步骤（4）的较低焙烧温度和较短的焙烧时间下，提高反应的活性，也能形成稳定结构，得到目标产物，提高三氧化二钒的纯度。而且加入石墨烯优于加入石墨，这可能是因为石墨烯内部特殊的结构，而石墨不具有这种结构和性能。

步骤（1）中，所述粗偏钒酸铵在水中加热溶解温度为95℃，粗偏钒酸铵与水的重量比为1∶3.5。

步骤（2）中，所述稀氯化铵的水溶液中，氯化铵的质量浓度为2%。

步骤（2）中，往步骤（1）所得偏钒酸钠溶液中加入氨水，直至无沉淀产生为止。

本发明所得低价钒氧化物中，三氧化二钒的纯度为99.9%。

对比例1

本对比例除步骤（4）中采用石墨替代石墨烯以外，其他操作与参数与实施例1相同。

本对比例步骤（4）低温焙烧无法得到三氧化二钒。但将步骤（4）中的焙烧温度提高到1200℃以上、烧制3h时，可得到三氧化二钒，所得低价钒氧化物中，三氧化二钒的纯度为99.0%。

对比例2

本对比例除步骤（4）中石墨烯的加入量为五氧化二钒和碳粉、石墨烯按摩尔比2︰1︰0.001 的比例以外，其他操作与参数与实施例1相同。

本实施例所得低价钒氧化物中，三氧化二钒的纯度为99.0%。可能是因为石墨烯的加入量不够，反应纯度不高。

对比例3

本对比例除步骤（4）中石墨烯的加入量为五氧化二钒和碳粉、石墨烯按摩尔比2︰1︰0.03 的比例以外，其他操作与参数与实施例1相同。

本实施例所得低价钒氧化物中，三氧化二钒的纯度为99.0%，存在石墨烯的杂质。可能是因为石墨烯的加入量太多，未能反应完全，影响最终产品的纯度。