《全球铁合金网》2010-9-19:工业上提取五氧化二钒的原料主要是含钒石煤矿和钒钛磁铁矿,含钒石煤矿五氧化二钒品位一般在0.5-1.5%,钒钛磁铁矿五氧化二钒品位一般在1.0-5.0%.
矿分解
钒矿的分解方法有二类,一是烧结法,即将粉碎的矿粉与纯碱或钠盐混合并经高温烧结,使其中的低价态的钒氧化并转化为五价的钒酸钠,然后再用水浸取,使钒溶解进入溶液;二是酸溶法,即将粉碎的矿粉用稀酸(主要是稀硫酸)加热浸取,使钒直接分解进入溶液。
浸取
将烧结料用水浸取,使钒以偏钒酸钠形式进入溶液,过滤洗涤,滤液为粗偏钒酸钠溶液,再经化学沉淀、溶剂萃取等工艺进一步提纯分离杂质,使钒富集到一定浓度,一般在15克/升以上。
沉钒
将纯偏钒溶液调节PH值至6.5-7.5后,加入四倍理论量的碳酸氢铵或氯化铵溶液作沉淀剂,控制温度在30度以下,析出偏钒酸铵沉淀,过滤,用5%的碳酸氢铵溶液洗涤2-3次,再用30%乙醇洗1-2次,烘干,得纯偏钒酸铵产品。
影响沉淀的因素
工业生产中浸出液的ph值大约在8-9 之间,加入沉淀剂氯化铵与浓硫酸调节PH值到2-2.5之间,钒可以偏钒酸铵形式沉定,但沉淀受以下条件的影响。
钒溶液的浓度
原液中的烦的浓度越高,钒沉淀时候水解时候的晶核的生长速度也就越快,沉淀速度晶核生长速度快,所以晶体结构不完整,沉淀的颗粒不紧密,吸附的杂质较多水分多,品味地,有时候控制不好很容易出现粘料的情况。总之钒的浓度越高,沉淀速度越快,沉淀物的品位就越低,一般情况下原液的浓度控制在15-20g/L。
酸度的影响
试验证明 ph值=3.6时候钒的沉淀开始进行,当随着酸度的增加,钒的反应速度就越快。但是随着酸度的增大当增大到一定值的时候,就伴随着副反应的的发生,也就是多钒酸氨的反溶解
铵盐量的影响
铵盐的加入方式,一般在碱性溶液下铵盐易于分解,因此工业中卡将溶液ph值调节到4-5 之间,再加入铵盐,然后在搅拌的条件下,在调节ph至道1.9-2.1左右,再加热沉淀
沉淀时间的影响
当加氨系数固定在0.65时候,ph值等于2.2时,时间达到25分钟以上时候,沉淀率可达到98%以上,实际生产中控制在30-40分钟以上是可以保证沉淀率的。
温度的影响
在其余条件完全相同的情况下,温度的升高可加快钒从溶液中析出的速度,温度对反析出的速度,物理形态、多钒酸氨的品位也有很大的影响。低温下进行沉淀时候,沉淀物的表观颗粒细,颜色红、品位高。高温下得到的沉淀物颗粒大,颜色深,品位相应的低。
沉淀温度大于80摄氏度,沉淀率即可达到99%,实际生产中用蒸汽煮沸沉淀,是完全可以满足沉钒的要求的。
煅烧
将烘干后的偏钒酸铵于回转炉中缓慢升温至300度,保持1小时,再升至500-550度(不能超过650度,否则五氧化二钒熔融),保持2小时,最后降至450度保持1小时冷却出炉,即得组成准确、恒定的五氧化二钒产品。煅烧反应为:2 NH4VO3 → V2O5+ 2 NH3 + H2O
五氧化二钒回转窑提炼设备
五氧化二钒是两性氧化物,酸性大于碱性,溶于强碱生成钒酸盐,溶于强酸形成钒氧离子VO或VO3+。 橙黄或砖红色固体。无臭、无味、有毒性。微溶于水,生成淡黄色酸性溶液。偏钒酸铵热分解或三氯氧钒与水作用都可制得五氧化二钒。
2NH4VO3 V2O5+2NH3+H2O
2VOCl3+3HO2 V2O5+6HCl
五氧化二钒是钒氧化物中应用最广泛的产品,在钒资源勘探、生产和国际贸易中,一般都以五氧化二钒作为计算单位。
五氧化二钒是生产金属钒、钒铁合金、和其它钒基合金的中间产品,也是制造钒催化剂的原料,还可用于苯甲酸、邻苯二甲酸等有机合成的催化剂,还用于制造彩色玻璃和陶瓷。
五氧化二钒的回收工艺:
(1)从钒渣中回收:钒渣是含钒较高的提钒原料,回收技术比较成熟。目前通用的流程是钠化焙烧工艺,采用的设备不同,大型企业一般都采用回转窑,而有些企业则采用焙烧炉。工艺过程是将钒渣与钠盐(一般为碳酸钠或芒硝)混合,在一定的温度下焙烧,使钒转为可溶性的钠盐,焙砂再经过浸出,使钒酸盐进入溶液,溶液经过滤,滤出废渣,再经过沉淀、精致等过程得到五氧化二钒。国外有的企业直接利用含钒高的钒钛磁铁矿生产五氧化二钒,首先将矿石制成精矿,然后与熔剂混合,进入回转窑中焙烧,焙砂用水浸出,含钒溶液用铵盐处理,最后沉淀偏钒酸铵。
(2)从石煤中回收:从石煤中提钒的工艺主要是钠化焙烧工艺,钠化氧化焙烧—水浸出—水解沉钒—碱溶铵盐沉钒—热解脱氨—精钒的工艺流程。该工艺是我国从石煤中提钒普遍采用的工艺,特点是工艺简单,并且充分利用了石煤的热能。缺点是回收率较低,一般在60%以下。美国采用以上工艺,但采用稀硫酸浸出、溶剂萃取技术,回收率可达70%。
(3)从石油废催化剂中回收:美国、日本等国从上个世纪70年代就开始从石油含钒废催化剂中回收钒,技术已经成熟,加工工艺很多,有很多工艺已经申报专利。国际上通用的技术是钠化焙烧法:
配料→焙烧→磨碎→浸出过滤→沉钒→煅烧→五氧化二钒产品
↓
溶液→萃取回收钼→钼酸铵产品
↓
渣→进一步回收镍→金属镍。
各国回收工艺中的经济技术参数尽管不同,但基本上参照以上工艺,我国从石油工业废催化剂中回收钒的企业采用的工艺也基本与其相同。
(4)从硫酸工业废催化剂中回收:从硫酸工业的废催化剂中回收五氧化二钒早已引起世界各国的重视,前苏联在此起步较早,技术比较成熟,日本、美国也有很多专利报道。我国硫酸工业废钒催化剂中回收钒的工作开展较早,目前采用的技术有火法—湿法联合工艺和全湿法工艺,后者应用比较广泛。工艺如下:废催化剂→粉碎→盐酸浸出→过滤→加氢氧化钠水解→沉钒→精炼→煅烧→产品。湿法流程工艺简单,投资少,总回收率在90%以上。缺点是产生的废液量较大,不能作到平衡。目前我国从硫酸工业废钒催化剂中回收五氧化二钒的企业都采用以上工艺,火法湿法联合工艺没有采用。从硫酸工业废钒催化剂中回收五氧化二钒一般都采用酸性直接浸出工艺。