一种石煤提钒酸浸液分离提纯钒的方法
阅读：79发布：2024-01-07
专利汇可以提供一种石煤提钒酸浸液分离提纯钒的方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 涉及湿法 冶金 提 钒 技术领域，具体涉及一种石 煤 提钒酸浸液分离提纯钒的方法，该方法具体包括以下3个步骤：第一步将阳离子交换 树脂 、 碳 材料、粘结剂、 溶剂 充分混合，均匀喷覆在集 电极 表面，烘干后得到复合电极板；第二步将石煤提钒酸浸液和复合电极板置于电容去离子模 块 中进行 吸附 过程；第三步将吸附后的复合电极板短接或反接，通入稀 硫酸 进行脱附处理，最终得到富钒液。本发明提供的石煤提钒方法具有流程较短、操作简单、分离效果较好、吸附处理能耗低、药剂消耗量小、复合电极板脱附后可重复使用等优点，具有较好的推广应用前景。，下面是一种石煤提钒酸浸液分离提纯钒的方法专利的具体信息内容。
1.一种石煤提钒酸浸液分离提纯钒的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(a)将碳材料、阳离子交换树脂、粘结剂加入到溶剂中搅拌均匀制成复合材料浆体，将复合材料浆体均匀喷覆在集电极两面，将集电极真空干燥得复合电极板；
(b)将多组复合电极板平行置于电容去离子模块中，接通直流电源并设定好电压，利用泵将待处理的石煤提钒酸浸液循环泵入电容去离子模块中进行吸附处理；
(c)吸附处理完成后，待电容去离子模块中的石煤提钒酸浸液流净，将复合电极板电路短接或反接，向电容去离子模块中通入稀硫酸进行脱附处理得富钒液；
其中，所述阳离子交换树脂选自D860大孔型阳离子交换树脂、001凝胶型阳离子交换树脂、AG50W-X8阳离子交换树脂中的一种或几种，阳离子交换树脂中粒径小于0.28mm的占
70％以上；所述待处理的石煤提钒酸浸液中钒浓度为500-3000mg/L，70％以上的钒以四价态存在，杂质铁离子浓度为50-5000mg/L，铝浓度为500-10000mg/L，磷浓度为50-1000mg/L；
所述碳材料选自活性炭、碳纳米管、竹炭、石墨烯、乙炔炭黑中的一种或几种；所述粘结剂为聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯中的一种；所述溶剂为二甲基乙酰胺、二甲基甲酰胺、乙醇中的一种；
步骤(a)中碳材料与阳离子交换树脂的质量比为1:0.5-5，粘结剂的用量为碳材料、阳离子交换树脂总重量的8-15％，溶剂的用量为碳材料、阳离子交换树脂总体积的2-5倍，真空干燥温度为40-80℃；
步骤(b)具体为将平行设置的复合电极板分别接通到直流电源正负极上，设定直流电源电压为0.5-1.5V，利用泵将待处理的石煤提钒酸浸液泵入电容去离子模块进行处理，控制石煤提钒酸浸液在平行复合电极板间的流速为10-50cm/min，流出电容去离子模块的石煤提钒酸浸液又循环泵入电容去离子模块，石煤提钒酸浸液吸附处理时间为30-120min。
2.如权利要求1所述的一种石煤提钒酸浸液分离提纯钒的方法，其特征在于：步骤(c)所述短接或反接具体为分别将连接到直流电源正负极的复合电极板直接连接在一起或交换正负极连接，通入的稀硫酸质量浓度为5-20％，脱附处理时间为30-60min。
3.如权利要求1所述的一种石煤提钒酸浸液分离提纯钒的方法，其特征在于：所述集电极为高纯石墨片或钛板。
一种石煤提钒酸浸液分离提纯钒的方法
技术领域
背景技术
[0002] 石煤是我国特有的一种含钒资源，如何清洁高效地从石煤中提取钒一直是学者们的研究热点。空白焙烧-酸浸提钒工艺是目前石煤提钒领域广泛采用的工艺之一，该工艺具有浸出率高、能耗低的优势，但是由于石煤中品位较低，酸浸液中钒纯度较低、杂质较多，不利于后续沉钒作业。因此，需要在沉钒之前对酸浸液中的钒进行分离提纯。
[0003] 公开号为CN102925720A的中国专利介绍了一种含钒页岩提钒的方法，将含钒页岩进行水浸，将水浸渣进行酸浸，再将水浸液和酸浸液混合后，使用阴离子交换树脂吸附混合液，吸附后再进行解吸，解吸液通过除杂得到净化液，最后沉钒煅烧得到五氧化二钒。其中所得的浸出液采用离子交换和加入除杂剂的方法进行净化富集。公开号为CN1752022A的中国专利介绍一种钒矿石中提取五氧化二钒的方法，通过钙化焙烧、稀酸浸取、钒液净化、离子交换、热解脱氨五个过程，实现从石煤钒矿中提取五氧化二钒。其中采用调节pH、加入净化剂和离子交换三个步骤对石煤酸浸液进行净化富集。上述两个专利所介绍的方法在净化提纯过程中均需消耗大量化学药剂，经济成本较高，对环境污染较大，而且处理过程较为繁琐。公开号为CN104018011A的中国专利介绍了一种五氧化二钒的生产方法，通过萃取、洗涤、反萃取、酸性铵盐沉淀、洗涤沉淀物和煅烧六个过程得到五氧化二钒产品，其中利用萃取、洗涤、反萃取三步从酸浸液中分离提纯钒，使用了大量萃取剂，而且生产过程中不可避免地会产生有机试剂的流失，对环境污染较大。公开号为CN105603191A的中国专利介绍了一种石煤提钒酸浸液降酸除杂预处理的方法，通过制备复合电极、对石煤酸浸液进行电吸附和脱附三个过程，实现对石煤酸浸液的降酸除杂预处理的目的。但石煤酸浸液中杂质种类多、含量高，通过此方法仅能除去部分阴离子杂质，效果不理想，且为达到降酸目的，提高直流电压，会产生电解反应，增加能耗，降低复合电极板的使用寿命。
[0004] 目前，电容去离子技术(CDI)在水处理方面有一定应用。公开号为CN204848534U的中国专利介绍了一种基于直流电场作用下电容式污水和废水处理设备，通过两级电容去离子模块完成污水和废水处理。公开号为CN104909439A的中国专利介绍了一种含盐废水的电吸附除盐方法，通过对含盐废水进行电吸附处理达到除盐的效果。但电容去离子技术缺乏在资源回收利用方面的应用。
发明内容
[0005] 本发明的目的在于解决现有石煤提钒工艺存在的不足，提供一种操作简单、能耗低、药剂用量较少的分离提纯钒的技术，最终从石煤提钒酸浸液中分离提纯钒。为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：
[0006] 一种石煤提钒酸浸液分离提纯钒的方法，包括以下步骤：(a)将碳材料、阳离子交换树脂、粘结剂加入到溶剂中搅拌均匀制成复合材料浆体，将复合材料浆体均匀喷覆在集电极两面，将集电极真空干燥得复合电极板；(b)将多组复合电极板平行置于电容去离子模块中，接通直流电源并设定好电压，利用泵将待处理的石煤提钒酸浸液循环泵入电容去离子模块中进行吸附处理；(c)吸附处理完成后，待电容去离子模块中的石煤提钒酸浸液流净，将复合电极板电路短接或反接，向电容去离子模块中通入稀硫酸进行脱附处理得富钒液。
[0007] 上述方案中，步骤(a)中碳材料与阳离子交换树脂的质量比为1:0.5-5，粘结剂的用量为碳材料、阳离子交换树脂总重量的8-15％，溶剂的用量为碳材料、阳离子交换树脂总体积的2-5倍，真空干燥温度为40-80℃。
[0008] 上述方案中，步骤(b)具体为将平行设置的复合电极板分别接通到直流电源正负极上，设定直流电源电压为0.5-1.5V，利用泵将待处理的石煤提钒酸浸液泵入电容去离子模块进行处理，控制石煤提钒酸浸液在平行复合电极板间的流速为10-50cm/min，流出电容去离子模块的石煤提钒酸浸液又循环泵入电容去离子模块，石煤提钒酸浸液吸附处理时间为30-120min。
[0009] 上述方案中，步骤(c)所述短接或反接具体为分别将连接到直流电源正负极的复合电极板直接连接在一起或交换正负极连接，通入的稀硫酸质量浓度为5-20％，脱附处理时间为30-60min。
[0010] 上述方案中，所述待处理的石煤提钒酸浸液中钒浓度为500-3000mg/L，70％以上的钒以四价态存在，杂质铁离子浓度为50-5000mg/L，铝浓度为500-10000mg/L，磷浓度为50-1000mg/L。
[0012] 上述方案中，所述阳离子交换树脂选自D860大孔型阳离子交换树脂、001凝胶型阳离子交换树脂、AG50W-X8阳离子交换树脂中的一种或几种，阳离子交换树脂中粒径小于0.28mm的占70％以上。
[0013] 上述方案中，所述粘结剂为聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯中的一种。
[0014] 上述方案中，所述溶剂为二甲基乙酰胺、二甲基甲酰胺、乙醇中的一种。
[0015] 上述方案中，所述集电极为高纯石墨片或钛板。
[0016] 本发明将离子交换与电容去离子技术相结合，通过基于具有特性吸附作用的复合电极板的电容去离子技术对石煤提钒酸浸液进行处理，达到分离提纯钒的目的。在石煤提钒酸浸液中，四价钒以阳离子形式存在，磷以阴离子形式存在，在电场作用下，不同电荷离子分别移向不同的电极，实现钒与磷的分离。在电场中，复合电极板表面会形成双电层，双3+ 3
电层吸附不同的电荷量以及水合离子半径离子的能力不同，石煤提钒酸浸液中的Al 、Fe+、VO2+的电荷量与水合离子半径具有差异，因此复合电极板表面的双电层可以对钒进行选择吸附。此外在复合电极材料中还包含有离子交换树脂，双电层所吸附的钒进一步被离子交换树脂所选择固定，进一步推动酸浸液中的钒在复合电极板上的吸附，最终实现分离提纯钒的目的。
电层吸附不同的电荷量以及水合离子半径离子的能力不同，石煤提钒酸浸液中的Al 、Fe+、VO2+的电荷量与水合离子半径具有差异，因此复合电极板表面的双电层可以对钒进行选择吸附。此外在复合电极材料中还包含有离子交换树脂，双电层所吸附的钒进一步被离子交换树脂所选择固定，进一步推动酸浸液中的钒在复合电极板上的吸附，最终实现分离提纯钒的目的。
[0017] 与现有技术相比，本发明方法具有以下有益效果：(1)流程短、操作简单、分离效果好；(2)处理过程中通电电压较低，仅为0.5-1.5V，且吸附过程无氧化还原反应，安全并且能耗低；(3)整个吸附过程无需大量使用化学试剂，药剂消耗量小，成本低且环境友好；(4)复合电极板脱附后可重复使用，综合成本进一步降低。附图说明
[0018] 图1为本发明工艺流程图。
具体实施方式
[0019] 为使本领域普通技术人员充分理解本发明的技术方案和有益效果，以下结合附图和具体实施例进行进一步说明。
[0020] 本发明提供一种石煤提钒酸浸液分离提纯钒的方法，该方法如图1所示，具体分为以下三步：
[0021] 第一步：制备复合电极板
[0022] 首先将碳材料与阳离子交换树脂按质量比1:0.5-5混合，然后加入相当于碳材料、阳离子交换树脂总量8-15％的粘结剂，再加入2-5倍体积(指碳材料、阳离子交换树脂总体积)的溶剂充分搅拌，得到复合材料浆体。再将复合材料浆体均匀喷覆在集电极两面并使用真空干燥箱在40-80℃下烘干至恒重，制成复合电极板。
[0023] 第二步：处理石煤提钒酸浸液
[0024] 将多组复合电极板平行置于电容去离子模块中，将平行复合电极板分别接通到直流电源正负极上，设定直流电源电压为0.5-1.5V，利用泵将待处理的石煤提钒酸浸液泵入电容去离子模块进行处理。控制石煤提钒酸浸液在平行复合电极板间的流速为10-50cm/min，流出电容去离子模块的石煤提钒酸浸液又泵入电容去离子模块进行循环处理，对石煤提钒酸浸液进行吸附处理的时间为30-120min。待处理的石煤提钒酸浸液中钒浓度为500-3000mg/L，70％以上的钒以四价态存在，杂质离子铁浓度为50-5000mg/L，铝浓度为500-
10000mg/L，磷浓度为50-1000mg/L。
10000mg/L，磷浓度为50-1000mg/L。
[0025] 第三步：脱附处理后的复合电极板
[0026] 达到吸附时间后，待电容去离子模块中的石煤提钒酸浸液流净，再将分别连接到直流电源正负极的复合电极板直接连接在一起或交换正负极连接，将质量浓度为5-20％的稀硫酸通入电容去离子模块中，进行脱附处理30-60min，最终得到富钒液。
[0027] 实施例1
[0028] 一种石煤提钒酸浸液分离提纯钒的方法，包括以下步骤：
[0029] 第一步、制备复合电极板
[0030] 将10g活性炭粉末、30g D860树脂(粒径小于0.28mm的占70％以上)充分混匀，加入10％的粘结剂聚偏氟乙烯PVDF，120mL的溶剂二甲基乙酰胺DMAC，充分搅拌得到复合材料浆体，再将复合材料浆体喷覆在集电极高纯石墨片的两面，在60℃的真空干燥箱中干燥至恒重，制成复合电极板。
[0031] 第二步、处理石煤提钒酸浸液
[0032] 将多组复合电极板平行置于电容去离子模块中，将平行复合电极板分别接通到直流电源正负极上，设定直流电源电压为1.5V，利用泵将待处理的石煤提钒酸浸液泵入电容去离子模块进行处理，控制石煤提钒酸浸液在平行复合电极板间的流速为25cm/min，流出电容去离子模块的石煤提钒酸浸液又泵入电容去离子模块进行循环处理，对石煤提钒酸浸液进行吸附处理60min。石煤提钒酸浸液的体积为1500ml，钒浓度为1445mg/L(四价钒含量大于70％)，铁浓度为1327mg/L，铝浓度为6799mg/L，磷浓度为297mg/L。
[0033] 第三步、脱附处理后的复合电极板
[0034] 达到吸附时间后，待电容去离子模块中的石煤提钒酸浸液流净，再将分别连接到直流电源正负极的复合电极板直接连接在一起或交换正负极连接，再将150ml 10wt％稀硫酸通入到电容去离子模块中，进行脱附处理30min，得到富钒液。
[0035] 本实施例对酸浸液处理情况：富钒液中钒浓度为2655mg/L，钒在钒铝铁磷等离子中的含量由15.1％上升到71％。
[0036] 实施例2
[0037] 一种石煤提钒酸浸液分离提纯钒的方法，包括以下步骤：
[0038] 第一步、制备复合电极板
[0039] 将5g碳纳米管、5g乙炔炭黑、20g 001树脂(粒径小于0.28mm的占70％以上)充分混匀，加入8％的粘结剂聚偏氟乙烯PVDF，60mL的溶剂二甲基乙酰胺DMAC，充分搅拌得到复合材料浆体，再将复合材料浆体喷覆在集电极高纯石墨片的两面，在40℃的真空干燥箱中干燥至恒重，制成复合电极板。
[0040] 第二步、处理石煤提钒酸浸液
[0041] 将多组复合电极板平行置于电容去离子模块中，将平行复合电极板分别接通到直流电源正负极上，设定直流电源电压为1.0V，利用泵将待处理的石煤提钒酸浸液泵入电容去离子模块进行处理，控制石煤提钒酸浸液在平行复合电极板间的流速为50cm/min，流出电容去离子模块的石煤提钒酸浸液又泵入电容去离子模块进行循环处理，对石煤提钒酸浸液进行吸附处理30min。石煤提钒酸浸液的体积为1500ml，钒浓度为2793mg/L(四价钒含量大于70％)，铁浓度为4624mg/L，铝浓度为9351mg/L，磷浓度为87mg/L。
[0042] 第三步、脱附处理后的复合电极板
[0043] 达到吸附时间后，待电容去离子模块中的石煤提钒酸浸液流净，再将分别连接到直流电源正负极的复合电极板直接连接在一起或交换正负极连接，再将150ml 10wt％稀硫酸通入到电容去离子模块中，进行脱附处理30min，得到富钒液。
[0044] 本实施例对酸浸液处理情况：富钒液中钒浓度为3246mg/L，钒在钒铝铁磷等离子中的含量由16.7％上升到70.5％。
[0045] 实施例3
[0046] 一种石煤提钒酸浸液分离提纯钒的方法，包括以下步骤：
[0047] 第一步、制备复合电极板
[0048] 将10g竹炭粉、10g石墨烯、5g AG50W-X8树脂、5g D860树脂(粒径小于0.28mm的均占70％以上)充分混匀，加入15％的粘结剂聚偏氟乙烯PVDF，120mL的溶剂二甲基乙酰胺DMAC，充分搅拌得到复合材料浆体，再将复合材料浆体喷覆在集电极高纯石墨片的两面，在80℃的真空干燥箱中干燥至恒重，制成复合电极板。
[0049] 第二步、处理石煤提钒酸浸液
[0050] 将多组复合电极板平行置于电容去离子模块中，将平行复合电极板分别接通到直流电源正负极上，设定直流电源电压为0.5V，利用泵将待处理的石煤提钒酸浸液泵入电容去离子模块进行处理，控制石煤提钒酸浸液在平行复合电极板间的流速为10cm/min，流出电容去离子模块的石煤提钒酸浸液又泵入电容去离子模块进行循环处理，对石煤提钒酸浸液进行吸附处理120min。石煤提钒酸浸液的体积为1500ml，钒浓度为791mg/L(四价钒含量大于70％)，铁浓度为2915mg/L，铝浓度为2307mg/L，磷浓度为821mg/L。
[0051] 第三步、脱附处理后的复合电极板
[0052] 达到吸附时间后，待电容去离子模块中的石煤提钒酸浸液流净，再将分别连接到直流电源正负极的复合电极板直接连接在一起或交换正负极连接，再将150ml 10wt％稀硫酸通入到电容去离子模块中，进行脱附处理30min，得到富钒液。
[0053] 本实施例对酸浸液处理情况：富钒液中钒浓度为2112mg/L，钒在钒铝铁磷等离子中的含量由13.2％上升到61.7％。
[0054] 实施例4
[0055] 一种石煤提钒酸浸液分离提纯钒的方法，包括以下步骤：
[0056] 第一步、制备复合电极板
[0057] 将10g活性炭粉末、30g D860树脂(粒径小于0.28mm的占70％以上)充分混匀，加入10％的粘结剂聚偏氟乙烯PVDF，120mL的溶剂二甲基乙酰胺DMAC，充分搅拌得到复合材料浆体，再将复合材料浆体喷覆在集电极高纯石墨片的两面，在60℃的真空干燥箱中干燥至恒重，制成复合电极板。
[0058] 第二步、处理石煤提钒酸浸液
[0059] 将多组复合电极板平行置于电容去离子模块中，将平行复合电极板分别接通到直流电源正负极上，设定直流电源电压为1.5V，利用泵将待处理的石煤提钒酸浸液泵入电容去离子模块进行处理，控制石煤提钒酸浸液在平行复合电极板间的流速为25cm/min，流出电容去离子模块的石煤提钒酸浸液又泵入电容去离子模块进行循环处理，对石煤提钒酸浸液进行吸附处理60min。石煤提钒酸浸液的体积为1500ml，钒浓度为1329mg/L(四价钒含量大于70％)，铁浓度为69mg/L，铝浓度为5837mg/L，磷浓度为216mg/L。
[0060] 第三步、脱附处理后的复合电极板
[0061] 达到吸附时间后，待电容去离子模块中的石煤提钒酸浸液流净，再将分别连接到直流电源正负极的复合电极板直接连接在一起或交换正负极连接，再将150ml 10wt％稀硫酸通入到电容去离子模块中，进行脱附处理30min，得到富钒液。
[0062] 本实施例对酸浸液处理情况：富钒液中钒浓度为2442mg/L，钒在钒铝铁磷等离子中的含量由17.8％上升到72.1％。
[0063] 本发明具有流程较短、操作简单、分离效果较好的特点，处理过程中通电电压仅为0.5-1.5V，且吸附过程无氧化还原反应因而能耗低；吸附处理过程不需要使用化学试剂药剂消耗量较小，对环境友好；最后，复合电极板脱附后可重复使用，经济成本较低。
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