[發明專利]一種基于pH調控高效分離釩鉻的方法

在審

• 申請號: 202110347696.5
• 申請日: 2021-03-31
• 公開（公告）號: CN113088700A
• 公開（公告）日: 2021-07-09
• 發明（設計）人: 張煒銘;余航;高亞娟;汪林;張延揚;呂路;潘丙才
• 申請（專利權）人: 南京大學;江蘇南大環保科技有限公司
• 主分類號: C22B7/00
• 分類號: C22B7/00;C22B3/44;C22B3/24;C22B34/32;C22B34/22
• 代理公司: 江蘇瑞途律師事務所 32346
• 代理人: 王玉姣;陳彬

本發明公開了一種基于pH調控高效分離釩鉻的方法，屬于廢水資源化利用領域。方法包括以下步驟：首先調節pH使含釩鉻的溶液中的鉻轉化為帶負電的鉻酸根或重鉻酸根，而釩轉化為帶正電的釩酰離子，采用樹脂吸附溶液中的陰離子；再調節pH使溶液中的釩酰離子轉化為帶負電的釩酸根或多釩酸根，采用樹脂吸附溶液中的陰離子；分別洗脫，得到分別的含釩或含鉻溶液。采用本發明方法只需要通過簡單的pH調控即可實現釩鉻有效分離，具有釩鉻分離效率高、回收率高、工藝簡單、成本低的優點。

技術領域

本發明屬于廢水資源化利用領域，具體涉及一種基于pH調控實現從含釩鉻溶液中高效分離釩鉻的方法。

背景技術

釩作為一種戰略性金屬資源，在冶金、化工、國防、航空航天等領域有著廣泛的應用。目前我國生產五氧化二釩的主要原料是釩鈦磁鐵礦冶煉過程中產生的釩渣。釩渣經焙燒-浸出后，釩元素轉化為離子進入溶液，后可通過銨鹽沉淀等方法進行提取。但是由于釩和鉻是元素周期表中相鄰的兩種過渡元素，常伴生存在于天然礦物中，浸出時，鉻元素也會隨釩一同進入溶液，十分接近的化學性質使得兩者難以分離，導致產品純度達不到要求(V₂O₅產品中要求鉻含量低于0.15wt％，Cr₂O₃產品中要求釩含量低于0.1wt％)；并且提釩后的廢水以及某些化工、電鍍廢水中也含有一定濃度的釩鉻，如不加以分離回收不僅會導致資源浪費，也會對生態環境和人類健康帶來極大威脅。總的來說，如何對溶液中的釩鉻進行有效分離是本領域的一大技術難題，如果解決了這一難題將會帶來巨大的經濟價值與環境效益。

目前實現釩鉻分離的主要方法包括化學沉淀法、溶劑萃取法和離子交換法等。

化學沉淀法利用釩鉻在溶液中發生沉淀的條件差異，通過調節pH或加入特定沉淀劑，使釩、鉻分步沉淀。該法工藝比較簡單、成本較低，但由于溶度積高，沉淀后的溶液中仍含有較大數量的釩鉻，特別不適用于處理較低濃度的含釩鉻溶液；并且釩鉻分離效率較低，得到的產品純度也較低。公開號為CN105861829A的專利文獻在pH為8～14、溫度20～100℃的條件下使用還原劑將五價釩和六價鉻分別轉化為四價釩和三價鉻，堿性條件下三價鉻直接形成氫氧化鉻沉淀，固液分離即能實現釩鉻分離。雖然該方法先將溶液pH調至堿性再還原可以實現三價鉻的原位沉淀，但鉻發生沉淀時難免會包覆一些釩離子，除此之外，溶液中仍存在部分未達到沉淀濃度的鉻離子，導致出水鉻離子濃度較高，降低了鉻和釩的回收率以及鉻和釩產品的純度。

溶劑萃取法和離子交換法分離釩鉻的原理基本一致。用伯胺萃取劑或樹脂分離釩鉻時，主要利用釩酸根與鉻酸根電荷密度的差異，由于釩酸根電荷密度較小，更易于氨基產生氫鍵作用而被提取。公開號為CN111304466A的專利文獻先調節溶液pH，使釩鉻分別轉化為聚釩酸根和重鉻酸根，然后加入伯胺類萃取劑；聚釩酸根被萃取而重鉻酸根留在水溶液中，實現釩鉻的分離。該法雖然實現了釩鉻的分離，但是用伯胺直接萃取時，部分鉻也會進入油相，分離效率較低；而且當溶液中釩鉻濃度較高時，溶液氧化性增強，易對萃取劑產生氧化作用，導致萃取劑失效，且易造成二次污染。Xiaohua Jing等用伯胺N1923在環形離心接觸器中成功分離了釩鉻，經過21次循環提取后，釩的回收率達到95.1％，萃取相中幾乎不含鉻(Separation of V(V)and Cr(VI)in leaching solution using annularcentrifugal contactors[J].Chemical Engineering Journal,315:373-381.)。但是該操作過程繁瑣，且仍有部分釩留在水溶液中，使鉻產品的純度受到影響。