[发明专利]一种五氧化二钒的连续化制备装置

说明书

本发明公开了一种五氧化二钒的连续化制备装置，包括双极膜电渗析系统和钒分离系统；双极膜电渗析系统包括依次排列的阴极板，第一双极膜，阴离子交换膜，第二双极膜和阳极板；所述钒分离系统与所述酸室采用流体连通的方式连接；所述钒分离系统包括加热装置和固液分离装置，所述加热装置用于加热从所述酸室中导入的富集反应液，所述固液分离装置对加热后产生的固液混合物进行固液分离作业。通过本发明制备的V₂O₅粗品的纯度已经高达98%，达到V₂O₅的工业品等级要求。因此，本发明披露的装置和制备方法在环境保护方面和商业价值方面均具有极重要的意义。

技术领域

本发明涉及五氧化二钒制备领域，具体为一种五氧化二钒的连续化制备装置及制备方法。

背景技术

钒作为一种重要的化工金属，被广泛应用于汽车、航空、电子、医疗等行业，被称之为现代工业的“味精”。起初，钒大多应用于生产微合金化钢(HSLA钢)，只需要在钢中加入百分之几的钒，就能大大增强钢的韧性、弹性、抗爆裂性。 后来人们逐渐发现了钒对钛铝合金具有优良的改性作用，并逐渐应用到航空航天领域。钒也因其多变化合价以及高效的储能方式而被广泛应用于电池领域，如全钒液流电池(简称为VRBF )，相较于其它电池，VRBF具有稳定性高、能量效率高和使用年限长等优点。而钒的氧化物，如五氧化二钒则被广泛用作化工行业的催化剂，同时也可以作为氧化剂，用于生产顺丁烯二酸酐，染色纺织品，照相显影剂等。钒作为发展现代工业不可或缺的重要材料，2018年全球年产量仅为16万吨(以V₂O₅计)，而在冶金行业中的消耗量占总量的85%，并在逐年增长。

常见的钒制品工业生产方法是焙烧浸出，该方法是将含钒的炼钢钒渣进行钠盐培烧，待钒转化为偏钒酸钠盐后，利用净化剂去除杂质使之变为合格的钒液。经过铵盐沉淀后，将得到的多钒酸铵晶体进行煅烧加工得到五氧化二钒制品。从钒矿或钒渣中培烧浸出钒制品是一个非常复杂且易造成环境污染的冶金过程，该类工艺不仅会产生大量的高盐高氨氮废水，还会消耗大量能源和氢氧化钠。虽然目前国内外许多学者给出了解决这类高盐高氨氮废水的方法,但经过工业实践证明仍是高能耗且易造成二次污染的，所以急需开发出一种清洁高效的钒生产工艺。

双极膜电渗析技术作为一种经济高效、环境友好的新兴技术，被广泛应用与酸碱回收和废盐回收等领域。为了减少沉钒工艺带来的污染，本申请的发明人在近期开发提出了一种利用双隔室双极膜电渗析技术制备五氧化二钒的方法。即将焙烧、净化后的钒液直接通入双极膜电渗析的盐室，在电场的作用下，在酸室获得五氧化二钒和五氧化二钒的水合物。可以避免使用铵盐，且不额外产生废水。但是在实际生产过程中，申请人发现该工艺还存在一些技术问题亟待克服，例如酸室中生成的钒不接避免地会污染酸室中的膜，导致生产成本居高不下。此外，在生产的过程中由于酸室中的钒的浓度升高使得电渗析的效率不断降低。因此，需要及时的停止反应过程，处理酸室中的钒液，导致生产效率低下。

发明内容

为了克服上述技术问题，本发明的目的在于提供一种双极膜电渗析技术连续制备五氧化二钒的方法，通过绿色环保的生产工艺钒酸盐制备五氧化二钒，通过工艺调节实现五氧化二钒连续清洁生产。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：一种五氧化二钒的连续化制备装置，包括双极膜电渗析系统和钒分离系统；所述双极膜电渗析系统包括依次排列的阴极板，第一双极膜，阴离子交换膜，第二双极膜和阳极板，所述阴极板和所述第一双极膜之间构成了阴极室，所述第一双极膜和所述阴离子交换膜之间构成盐室，所述阴离子交换膜和所述第二双极膜之间构成酸室，所述第二双极膜和所述阳极板之间构成阳极室。

所述钒分离系统与所述酸室采用流体连通的方式连接；所述钒分离系统包括加热装置和固液分离装置，所述加热装置用于加热从所述酸室中导入的富集反应液，所述固液分离装置对加热后产生的固液混合物进行固液分离作业。