專利名稱：一種釩液的提純方法
技術領域：
本發明涉及一種釩液的提純方法。
背景技術：
含鈣、鋁、硅、磷較低的釩產品是附加值較高的釩產品。它用于不同的行業有不同的技術要求，通常可運用于冶金、化工、醫藥、能源、環保、航空航天等行業，并具有不可替代的作用。
在含釩熟料浸出提釩的過程中，一些雜質也隨著釩一起浸出到溶液中，含釩浸出液中通常含有鐵、錳、鉻、硅、磷、鋁、鈣等雜質離子，影響到沉釩和產品的質量，這些雜質離子在浸出液PH值的調整下，大部分雜質離子發生水解反應而沉淀進入沉淀渣中，但是，磷、 硅、鈣和鋁水解后仍生成可溶性化合物留在浸出液中，嚴重影響到沉釩和產品質量，必須除盡。因而需要專門的凈化處理，常規的去除方法通常有溶劑萃取或離子交換，但去除效果均不理想，因此，如何將雜質磷、硅、鈣和鋁從含釩熟料浸出液中除去，以滿足產品質量的要求具有非常重要的意義。
含釩熟料浸出液中的雜質磷主要以磷酸根離子的形式存在。國內工業上常采用氯化鈣水溶液，使磷酸根離子生成磷酸鈣，同時破壞膠體，使懸浮物凝聚沉降，從而除去含釩熟料浸出液中的磷酸根離子，但該方法存在有效除磷酸根離子的pH值范圍較窄，pH控制較難的問題；德國使用石膏乳作為除磷劑，但是存在用量較大的問題；也有采用磷酸銨鎂沉淀法的，使磷酸根離子以磷酸鎂或磷酸銨鎂的形態從溶液中沉淀，此方法需要長時間(長達48小時)的靜置過程，使得生產效率降低。
含釩熟料浸出液中的雜質硅主要以正硅酸根離子的形式存在，具有膠體性質。一般采用加入無機鹽電解質凝聚 劑使之形成沉淀除去，凝聚劑有硫酸鋁、明礬、氯化鎂和氯化 丐等。
CN 101182036A的中國發明專利申請公開了一種制備高純度五氧化二釩工藝，該工藝用鹽酸調節解析液PH值8-9，采用硫酸鋁為凈化劑，攪拌反應40 50小時，靜置48 72小時；將靜置后的混合液固液分離，濾液用鹽酸調pH值8-9，在常溫攪拌的情況下，加入氯化銨反應3-4天；靜置后所得偏釩酸銨晶體離心脫水，同時用蒸餾水離心洗滌；脫水后得偏釩酸銨在電煅爐內在500-550°C下灼燒6-8小時，冷卻后得高純度五氧化二釩，所得產品純度99. 5%以上。該工藝僅局限于對釩礦經焙燒流、離子交換后的釩液凈化，未涉及到釩渣熟料浸出釩液、釩礦直接浸出釩液、粗釩產品溶解所得的釩液等釩液成分較復雜的釩液凈化；且調節PH值僅限于鹽酸、凈化pH值僅限于8-9，凈化劑僅為硫酸鋁；反應時間較長，工藝復雜。
CN 101724756A的中國發明專利申請公開了一種含釩熟料浸出液的除磷除硅方法，該方法對含釩熟料經浸出后得到的含釩熟料浸出液進行以下步驟將含釩熟料浸出液的溫度設置在60°C至沸騰的溫度范圍內調節含釩熟料浸出液的pH值；利用酸和堿根據將要加入的凈化劑的種類調節含釩熟料浸出液的PH值；加入凈化劑，加入的凈化劑的量根據含釩熟料浸出液中所檢測到的磷和硅的量以及含釩熟料浸出液中的磷和硅與凈化劑的反應式來確定；將所得的含釩熟料浸出液冷卻、過濾，得到低磷低硅釩液。但是，該方法僅局限于含釩熟料浸出液的釩液除雜，具有一定的局限性，并且只能同時除去磷酸根離子和硅酸根離子，其他的鈣離子、鋁離子卻不能去除。
可以看出傳統的釩液凈化除雜具有一定的局限性，僅局限于釩礦經焙燒流、離子交換后的釩液凈化除雜或者是釩渣熟料浸出釩液的凈化除雜，未涉及到釩礦直接浸出釩液、鐵水吹釩釩渣浸出釩液、石煤提釩釩液和粗釩產品溶解所得的釩液等釩液成分較復雜的釩液凈化除雜，且除去的雜質離子有限。因此開發一種適合釩液成分較寬泛較復雜的提純方法是非常有必要的。
發明內容
本發明的目的在于，克服現有技術中釩液的凈化除雜的局限性，提供一種涉及釩液的范圍較寬泛，并且能夠同時除去多種離子雜質的釩液提純方法。
針對現有技術的不足，本發明的發明人進行了大量的研究，結果發現，在釩液中分別加入能夠與硅酸根離子生成沉淀或者能夠促使硅酸根離子形成沉淀或膠體且不與釩酸根離子生成沉淀或膠體的物質作為除雜劑A和能夠與鋁離子和鈣離子生成沉淀或者能夠促使鋁離子和鈣離子生成沉淀或膠體且不與釩酸根離子生成沉淀或膠體的物質作為除雜劑B，可以同時除去釩液中的磷酸根離子、硅酸根離子、鈣離子和鋁離子，且提純后的釩液中的游離的磷酸根離子、硅酸根離子、鈣離子和鋁離子含量均控制在較低含量下。
本發明提供了一種釩液的提純方法，該釩液含有釩酸根離子、硅酸根離子、鋁離子和鈣離子，該方法包括以下步驟(I)將釩液與除雜劑A進行第一接觸，以使釩液中的硅酸根離子與除雜劑A形成沉淀，并將第一接觸所得產物進行固液分離；(2)將步驟(I)所得的濾液與除雜劑B進行第二接觸，以使釩液中的鋁離子和鈣離子與除雜劑B形成沉淀，并將第二接觸所得產物進行固液分離；其中，所述除雜劑A為能夠與硅酸根離子生成沉淀或者能夠促使硅酸根離子形成沉淀或膠體且不與釩酸根離子生成沉淀或膠體的物質，所述除雜劑 B為能夠與鋁離子和鈣離子生成沉淀或者能夠促使鋁離子和鈣離子生成沉淀或膠體且不與釩酸根離子生成沉淀或膠體的物質。
本發明方法提供的釩液提純方法，能夠同時除去釩液中的磷酸根離子、硅酸根離子、鈣離子和鋁離子多種金屬離子，且提純后的釩液中的磷酸根離子、硅酸根離子、鈣離子和鋁離子含量為P0廣 < O. 005g/L、Si0廣 < O. 005g/L、Ca2+ < O. 005g/L、Al3+ < O. 01g/L ； 具有工藝簡單易用、釩液成分要求寬松、設備要求低、操作方便、成本低、具有很好的社會效益和經濟效益。
具體實施方式
本發明提供了一種釩液的提純方法，該釩液含有釩酸根離子、硅酸根離子、鋁離子和鈣離子，該方法包括以下步驟(I)將釩液與除雜劑A進行第一接觸，以使釩液中的硅酸根離子與除雜劑A形成沉淀，并將第一接觸所得產物進行固液分離；(2)將步驟(I)所得的濾液與除雜劑B進行第二接觸，以使釩液中的鋁離子和鈣離子與除雜劑B形成沉淀，并將第二接觸所得產物進行固液分離；其中，所述除雜劑A為能夠與硅酸根離子生成沉淀或者能夠促使硅酸根離子形成沉淀或膠體且不與釩酸根離子生成沉淀或膠體的物質，所述除雜劑 B為能夠與鋁離子和鈣離子生成沉淀或者能夠促使鋁離子和鈣離子形成沉淀或膠體且不與釩酸根離子生成沉淀或膠體的物質。
根據本發明，所述釩液的成分要求比較寬松，可以為含釩酸根離子的釩液，優選為含釩酸根離子的堿性或中性釩液，更優選為含釩熟料浸出過濾所得的釩液、釩礦直接浸出過濾所得的釩液、粗釩產品溶解所得的釩液、鐵水吹釩釩渣浸出釩液和石煤提釩釩液中的一種。
根據本發明，所述除雜劑A為能夠與釩液中游離的硅酸根離子生成沉淀或者能夠促使硅酸根離子形成沉淀或膠體的物質，優選所述除雜劑A為鋁鹽、鐵鹽、鎂鹽和銨鹽中的任意兩種的混合物，更優選所述鋁鹽可以為硫酸鋁、氯化鋁和硝酸鋁，更進一步優選所述鋁鹽優選為硫酸鋁；更優選所述鐵鹽可以為硫酸鐵、氯化鐵和硝酸鐵，更進一步優選所述鐵鹽優選為硫酸鐵；更優選所述鎂鹽可以為硫酸鎂、氯化鎂和硝酸鎂，更進一步優選所述鎂鹽優選為硫酸鎂；更優選所述銨鹽可以為硫酸銨、氯化銨、硝酸銨，更進一步優選所述銨鹽優選為硫酸銨。
根據本發明，所述除雜劑A的用量使得第一接觸后所得釩液中游離的硅酸根離子濃度小于O. 005克/升，具體地，加入所述除雜劑A的量以所述釩液中所檢測到的硅酸根離子的量與所述除雜劑A反應式來確定。所述除雜劑A的用量由下述公式(I)確定
Wl = klX (2C0XV)/m (I)
其中，Wl表示以與硅酸根離子反應的金屬陽離子計的除雜劑A的摩爾數，Ctl表示釩液中硅酸根離子的摩爾濃度，單位為摩爾/升，V表示釩液的體積，單位為升，m表示除雜劑A中與硅酸根離子反應的金屬陽離子的價態，kl = O. 9-1.1。
根據本發明，所述釩液還含有磷酸根離子，所述除雜劑A為能夠與硅酸根離子和磷酸根離子生成沉淀或 者能夠促使硅酸根離子和磷酸根離子形成沉淀或膠體且不與釩酸根離子生成沉淀或膠體的物質，所述除雜劑A的用量還使得第一接觸后所得釩液中游離的磷酸根離子濃度小于O. 005克/升，具體地，所述除雜劑A的用量由下述公式(2)確定
W2 = k2 X {(2C0 X V) /m+ (3Q X V) /m} (2)
其中，W2表示以與硅酸根離子和磷酸根離子反應的金屬陽離子計的除雜劑A的摩爾數，C0表示釩液中硅酸根離子的摩爾濃度，單位為摩爾/升，C1表示釩液中磷酸根離子的摩爾濃度，單位為摩爾/升，V表示釩液的體積，單位為升，m表示除雜劑A中與硅酸根離子和磷酸根離子反應的金屬陽離子的價態，k2 = O. 9-1.1。
根據本發明，將釩液與除雜劑A進行第一接觸，并將第一接觸所得產物進行固液分離；所述第一接觸的條件使得所述釩液中的游離的硅酸根離子濃度小于O. 005g/L和釩液中游離的磷酸根離子濃度小于O. 005g/L。
根據本發明，所述第一接觸的條件包括溫度為60°C至釩液的沸騰溫度，時間為 O. 5-1. 5小時，優選為I小時，pH為8-11。
根據本發明，所述除雜劑B為能夠與鋁離子和鈣離子反應生成沉淀或者能夠促使鋁離子和鈣離子形成沉淀或膠體的物質，優選所述除雜劑B為碳酸鹽、草酸鹽和醋酸鹽中的一種，更優選為碳酸鹽。所述碳酸鹽可以為碳酸鈉、碳酸氫鈉、碳酸鉀和碳酸氫鉀中的一種，更優選為碳酸鈉。
根據本發明，所述除雜劑B的用量使得第二接觸后所得濾液中游離的鋁離子濃度小于O. 01克/升和鈣離子濃度小于O. 005克/升，具體地，加入所述除雜劑B的量以所述釩液中所檢測到的鈣離子、鋁離子的量與所述除雜劑B反應式來確定。所述除雜劑B的用量由下述公式⑶確定
W3 = k3 X (3C2 X V) /n+ (2C3 X V) /n (3)
其中，W3表示以與鋁離子、鈣離子反應形成沉淀的陰離子計的除雜劑B的摩爾數， C2表示釩液中鋁離子的摩爾濃度，單位為摩爾/升，C3表示釩液中鈣離子的摩爾濃度，單位為摩爾/升，V表示釩液的體積，單位為升，η表示除雜劑B中與鋁離子、鈣離子反應的陰離子的價態，k3 = O. 9-1.1。
根據本發明，將釩液與除雜劑A進行第一接觸，并將第一接觸所得產物進行固液分離；將固液分離后所得的濾液與除雜劑B進行第二接觸，并將第二接觸所得產物進行固液分離；所述第二接觸的條件使得所述釩液中的游離的鋁離子濃度小于O. 01克/升和鈣離子濃度小于O. 005克/升。
根據本發明，所述第二接觸的條件包括溫度為60°C至濾液的沸騰溫度，時間為 O. 5-1. 5小時，優選為I小時，pH為8-11。
根據本發明，所述固液分離可以為本領域所公知的方法進行，可以采用固液分離器、篩、布氏漏斗進行固液分離，本發明優選采用布氏漏斗抽濾進行固液分離。
根據本發明的一種具體實施方式
，所述釩液的提純方法包括以下步驟
(I)對含釩原料進行處理，過濾得含有釩酸根離子的釩液；
(2)將釩液加熱到60°C至釩液沸騰的溫度后與除雜劑A接觸，根據除雜劑A的種類用酸或堿調節釩液的PH = 8-11，反應O. 5-1. 5小時，冷卻到常溫，過濾，得到濾液；
(3)將步驟⑵中得到的濾液加熱到60°C至濾液沸騰的溫度后與除雜劑B進行第二接觸，根據除雜劑B的種類再次用酸或堿調節濾液的pH = 8-11，反應O. 5-1. 5小時，反應結束后冷卻、過濾。
本發明的方法可以適用于各種含有釩酸根、磷酸根、硅酸根、鋁離子和鈣離子的含釩溶液，優選情況下，所述釩液中總釩含量為5-80g/L，磷酸根離子含量為O. 035-0. 055g/ L，硅酸根離子含量為1. 18-1. 25g/L，鋁離子含量為O. 03-0. 05g/L,鈣離子含量為O.115-0. 129g/L。
滿足上述條件的所述釩液例如可以為含釩熟料浸出過濾所得的釩液、釩礦直接浸出過濾所得的釩液、粗釩產品溶解所得的釩液、鐵水吹釩釩渣浸出釩液和石煤提釩釩液中的一種或多種。
根據本發明，可以對含釩原料進行各種處理來獲得上述釩液。所述對含釩原料進行處理，可以按本領域技術人員所公知的方法進行，優選為將含釩原料處理為堿性或中性的含有釩酸根離子的釩液，具體地，對含釩熟料，可以用水等浸出劑浸出過濾得到釩液；對于釩礦，可以直接將釩礦浸出過濾得到釩液；同理，對于鐵水吹釩釩渣，則可以直接將鐵水吹釩釩渣浸出過濾得到釩液；對于石煤，也是可以直接將石煤浸出過濾得到釩液；如果是粗釩產品，則可以將粗釩產品溶解而得到釩液。
根據本發明，根據將要加入的除雜劑的種類，選用酸或堿來調節釩液的pH = 8-11，所述酸或堿沒有特別的限制，可以為本領域技術人員所熟知的一些酸或堿，例如，所述酸可以為鹽酸、硝酸和硫酸中的一種或多種，優選為鹽酸；所述堿可以為氫氧化鈉、氫氧化鉀、碳酸鈉和碳酸鉀中的一種或多種，優選為氫氧化鈉。
下面結合實施例對本發明作進一步的說明。
實施例1-4所用fL液為含fL熟料浸出過濾所得的普通fL液A,實施例5所用fL液為釩礦直接浸出過濾所得的釩液B，實施例6所用釩液為粗釩產品溶解所得的釩液C，實施例7 所用釩液為鐵水吹釩釩渣浸出釩液D，實施例8所用釩液為石煤提釩釩液E ;實施例1-8的主要化學成分如表I所示，單位為g · L'
表I
權利要求
1.一種釩液的提純方法，該釩液含有釩酸根離子、硅酸根離子、鋁離子和鈣離子，該方法包括以下步驟(I)將釩液與除雜劑A進行第一接觸，以使釩液中的硅酸根離子與除雜劑A形成沉淀，并將第一接觸所得產物進行固液分離；(2)將步驟(I)所得的濾液與除雜劑B進行第二接觸，以使釩液中的鋁離子和鈣離子與除雜劑B形成沉淀，并將第二接觸所得產物進行固液分離；其中，所述除雜劑A為能夠與硅酸根離子生成沉淀或者能夠促使硅酸根離子形成沉淀或膠體且不與釩酸根離子生成沉淀或膠體的物質，所述除雜劑B為能夠與鋁離子和鈣離子生成沉淀或者能夠促使鋁離子和鈣離子形成沉淀或膠體且不與釩酸根離子生成沉淀或膠體的物質。
2.根據權利要求1所述的方法，其中，所述除雜劑A的用量使得第一接觸后所得釩液中游離的硅酸根離子濃度小于O. 005克/升。
3.根據權利要求1或2所述的方法，其中，所述除雜劑A的用量由下述公式(I)確定 Wl = kix (2C0XV)/m (I) 其中，Wl表示以與硅酸根離子反應的金屬陽離子計的除雜劑A的摩爾數，Ctl表示釩液中硅酸根離子的摩爾濃度，單位為摩爾/升，V表示釩液的體積，單位為升，m表示除雜劑A中與硅酸根離子反應的金屬陽離子的價態，kl = O. 9-1.1。
4.根據權利要求1所述的方法，其中，所述釩液還含有磷酸根離子，所述除雜劑A為能夠與硅酸根離子和磷酸根離子生成沉淀或者能夠促使硅酸根離子和磷酸根離子形成沉淀或膠體且不與釩酸根離子生成沉淀或膠體的物質，所述除雜劑A的用量還使得第一接觸后所得釩液中游離的磷酸根離子濃度小于O. 005克/升。
5.根據權利要求1或4所述的方法，其中，所述除雜劑A的用量由下述公式(2)確定W2 = k2 X {(2C0 X V) /m+ (3Q X V) /m} (2) 其中，W2表示以與硅酸根離子和磷酸根離子反應的金屬陽離子計的除雜劑A的摩爾數，C0表示釩液中硅酸根離子的摩爾濃度，單位為摩爾/升，C1表示釩液中磷酸根離子的摩爾濃度，單位為摩爾/升，V表示釩液的體積，單位為升，m表示除雜劑A中與硅酸根離子和磷酸根離子反應的金屬陽離子的價態，k2 = O. 9-1.1。
6.根據權利要求1-5中任意一項所述的方法，其中，所述除雜劑A為鋁鹽、鐵鹽、鎂鹽和銨鹽中的任意兩種的混合物，所述鋁鹽優選為硫酸鋁，所述鐵鹽優選為硫酸鐵，所述鎂鹽優選為硫酸鎂，所述銨鹽優選為硫酸銨。
7.根據權利要求1-5中任意一項所述的方法，其中，所述第一接觸的條件包括溫度為60°C至釩液的沸騰溫度，時間為O. 5-1. 5小時，pH為8-11。
8.根據權利要求1所述的方法，其中，所述除雜劑B的用量使得第二接觸后所得釩液中游離的鋁離子濃度小于O. 01克/升和釩液中游離的鈣離子濃度小于O. 005克/升。
9.根據權利要求1或8所述的方法，其中，所述除雜劑B的用量由下述公式(3)確定W3 = k3 X {(3C2 X V) /n+ (2C3 X V) /η} (3) 其中，W3表示以與鋁離子和鈣離子反應形成沉淀的陰離子計的除雜劑B的摩爾數，C2表示釩液中鋁離子的摩爾濃度，單位為摩爾/升，C3表示釩液中鈣離子的摩爾濃度，單位為摩爾/升，V表示釩液的體積，單位為升，η表示除雜劑B中與鋁離子和鈣離子反應形成沉淀的陰離子的價態，k3 = O. 9-1.1。
10.根據權利要求1-9中任意一項所述的方法，其中，所述除雜劑B為碳酸鹽、草酸鹽和醋酸鹽中的一種或多種，優選為碳酸鈉。
11.根據權利要求1-10中任意一項所述的方法，其中，所述第二接觸的條件包括溫度為60°C至濾液的沸騰溫度，時間為O. 5-1. 5小時，pH為8-11。
12.根據權利要求1-11中任意一項所述的方法，其中，所述釩液中總釩含量為5-80g/L,磷酸根離子含量為O. 035-0. 055g/L,硅酸根離子含量為1. 18-1. 25g/L，鋁離子含量為O.03-0. 05g/L，鈣離子含量為 O. 115-0. 129g/L。
13.根據權利要求12所述的方法，其中，所述釩液為含釩熟料浸出過濾所得的釩液、釩礦直接浸出過濾所得的釩液、粗釩產品溶解所得的釩液、鐵水吹釩釩渣浸出釩液和石煤提釩釩液中的一種或多種。
全文摘要
本發明提供了一種釩液的提純方法，該釩液含有釩酸根離子、硅酸根離子、鋁離子和鈣離子，該方法包括以下步驟(1)將釩液與除雜劑A進行第一接觸，以使釩液中的硅酸根離子與除雜劑A形成沉淀，并將第一接觸所得產物進行固液分離；(2)將步驟(1)所得的濾液與除雜劑B進行第二接觸，以使釩液中的鋁離子和鈣離子與除雜劑B形成沉淀。根據本發明提供的釩液提純方法，能夠使提純后的釩液中的PO43-＜0.005g/L、SiO42-＜0.005g/L、Ca2+＜0.005g/L、Al3+＜0.01g/L，且具有工藝簡單易用、釩液成分要求寬松、設備要求低、操作方便、成本低、具有很好的社會效益和經濟效益。
文檔編號C22B34/22GK103014378SQ20111028209
公開日2013年4月3日 申請日期2011年9月21日 優先權日2011年9月21日
發明者殷兆遷, 李千文, 孫朝暉, 曹鵬 申請人:攀鋼集團攀枝花鋼鐵研究院有限公司