[發明專利]一種三氧化二釩的制備方法

有效

• 申請號: 202011404547.X
• 申請日: 2020-12-02
• 公開（公告）號: CN112408478B
• 公開（公告）日: 2022-03-15
• 發明（設計）人: 張洋;范兵強;申長帥;張賀東;鄭詩禮
• 申請（專利權）人: 中國科學院過程工程研究所
• 主分類號: C01G31/02
• 分類號: C01G31/02
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司 11332
• 代理人: 鞏克棟

本發明提供了一種三氧化二釩的制備方法，所述制備方法包括：將釩酸鹽、助劑與還原劑混合發生還原反應，得到還原熟料；將得到的還原熟料與水混合，固液分離，得到第一固體產物和第一分離溶液，所述第一固體產物經干燥后得到三氧化二釩產品。本發明所述方法采用固相轉型調控技術，通過加入助劑實現釩與堿金屬的分離，直接還原制備得到三氧化二釩產品；本發明所述方法無需高溫液相解離，也避免了高溫高壓反應體系的不可操作性，工藝流程簡單，操作條件溫和、安全，運營成本低，釩的收率高，有利于工業化規模生產，具有較好的工業應用前景。

技術領域

本發明屬于有色金屬冶金領域，具體涉及一種三氧化二釩的制備方法。

背景技術

釩作為我國重要的金屬資源，被稱為工業的味精，其主要產品有五氧化二釩、三氧化二釩、釩氮合金、釩鐵合金和釩鋁合金等，可廣泛用于鋼鐵、化工、國防、電子、制造、儲能、醫藥和催化等領域。

其中，三氧化二釩作為重要的釩產品之一，由于其優越的光、電和磁特性，可以用于制備各種氣敏傳感器、存儲材料以及電阻材料等。三氧化二釩的生產方法主要分為4種：一種是釩渣焙燒—浸出—銨鹽沉釩—煅燒得到五氧化二釩—五氧化二釩還原得到三氧化二釩或釩的銨鹽直接還原焙燒或熱裂解得到三氧化二釩，該種技術路線相對成熟，應用較為廣泛，但存在問題也較為突出：從提釩到產品制備，需進行加酸、加銨以及高鹽高氨氮廢水處理等操作，流程臃長，能耗大，自動化程度低，運營成本高；釩酸銨制備過程中需要用酸進行pH的調節及大量銨鹽沉釩，造成大量含氨氮和鈉鹽的廢水產生，威脅環境安全；煅燒釩酸銨生產釩氧化物，氨氣無組織排放，惡化工作環境，導致環境污染。

第二種是釩酸鈉溶液電滲析制備三氧化二釩的方法，該種方法利用離子膜選擇性分離釩和鈉離子，進而得到氫氧化鈉和釩酸，釩酸進一步還原焙燒得到三氧化二釩。CN103101976 A公開了一種釩酸鹽還原制備三氧化二釩粉末的方法，該方法包括以下步驟：在含有釩酸鹽的堿性溶液中，通入直流電進行電解反應，得到含釩前驅體，將前驅體分離、洗滌、烘干，然后在還原性氣氛中還原，得到粗三氧化二釩。該方法屬于常規的電滲析分離陰陽離子的方法，因離子膜漏氫和漏氫氧根無法避免，故總體的電流效率在60％左右，電流效率偏低，且離子膜對溶液潔凈度要求較高，技術的原料適應性較差，目前尚不具備產業化條件，仍需進一步技術升級。

第三種是釩酸鈉溶液高壓高溫水熱還原制備三氧化二釩，該種方法在高溫高壓條件下向溶液中通入氫氣將五價釩還原成三價釩，三價釩水解得到三氧化二釩的水解產物，水解產物煅燒得到三氧化二釩。CN107434259A公開了一種由含釩溶液制備三氧化二釩的方法，該方法包括以下步驟：向含釩溶液中通入CO₂和H₂，在加熱加壓的條件下反應，反應完成后固液分離，得到三氧化二釩固體和第二分離溶液。該方法反應溫度高，氫氣分壓為1～2.5Mpa，反應體系綜合分壓高達幾十兆帕，危險性高，工業化難度大，且該過程對酸度極為敏感，需要用硫酸進行中和處理，故并未解決高鹽廢水的問題，對于大宗類釩產品制備尚不具備應用條件。

第四種是外加還原劑的直接還原法，如C，CO，CH₄，H₂以及金屬釩等對V⁵⁺進行還原。CN106629847A公開了一種釩酸鹽制備三氧化二釩的方法，該方法包括以下步驟：以釩酸鹽為原料，經含碳還原性氣體在125～629℃的溫度下還原，得到由三氧化二釩和碳酸鈉組成的還原產物，還原產物加水溶解其中的碳酸鈉后過濾，濾餅再水洗烘干得三氧化二釩產品，溶解液用CO₂酸化結晶分離回收其中的碳酸鈉鹽；該方法依靠酸性氧化產物CO₂的固相脫鈉性質繞開亞釩酸鈉的生成區域，來制備三氧化二釩產品，但基于對釩氧化物及碳酸鈉特性認識，該技術并不能完全實現亞釩酸鈉向三氧化二釩和碳酸鈉的轉化，產率較低。

綜上所述，當前制備三氧化二釩的方法多以釩酸銨為原料，流程長，能耗高，三廢污染嚴重；盡管出現了部分新技術，但因自身的缺陷過于明顯，目前尚無產業化可能性，故當前亟需一種工藝簡單、綠色清潔、生產運營成本低的三氧化二釩的制備方法。

發明內容