一種由含釩溶液中電滲析脫鈉或鉀的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于化工技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種由含釩溶液中電滲析脫鈉或鉀的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]含釩礦物經(jīng)濕法浸出后所得釩酸鈉或釩酸鉀溶液，最早采用水解沉釩法，即:首先經(jīng)一步除雜，除去其中大部分P、Si雜質(zhì)，然后向凈化后的含釩溶液中加入硫酸，調(diào)節(jié)P H值到1.7 -1.9左右，在加熱煮沸并攪拌的條件下沉淀出紅棕色的多釩酸鈉(XNa20*yV205*nH20)，稱為“紅餅”，這種方法操作簡(jiǎn)單，生產(chǎn)周期短，缺點(diǎn)是V2O5品位低，僅為85%左右，且耗酸量大，廢酸液多，目前已被銨鹽沉淀法淘汰。銨鹽沉淀法是在凈化后的堿性溶液中(釩濃度為15-30g/L)，攪拌下加入硫酸中和，當(dāng)釩酸鈉溶液pH值為4-5時(shí)，加入銨鹽，再用硫酸調(diào)節(jié)PH值至2-2.5，在加熱、攪拌條件下可結(jié)晶出橘黃色多釩酸銨沉淀，沉淀后母液釩濃度0.15g/L，其特點(diǎn)是操作簡(jiǎn)單，沉釩快，產(chǎn)品純度高。觀察兩種工藝的改進(jìn)特點(diǎn)，我們發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)行工藝仍為酸調(diào)節(jié)PH值至2左右，從而生成大量Na2SO4,并沒(méi)有從根本上改變水解沉釩和銨鹽沉釩酸耗量大、廢酸多的缺點(diǎn)，且生成的大量的Na2SO4晶體無(wú)法返回工藝流程循環(huán)使用(鈉化焙燒添加芒硝將會(huì)造成SCV污染)，造成大量的酸性氨氮廢水，此廢水無(wú)法直接向環(huán)境中排放，且廢水處理能耗大、成本高。
[0003]近年來(lái)，人們已經(jīng)意識(shí)到環(huán)境保護(hù)的重要性，如何能夠利用污染小的方法沉釩，如何最大限度的節(jié)省能源節(jié)省原材料，或者原材料循選利用，是急于解決的問(wèn)題之一，因此尋求脫出鈉/鉀的方法成為釩酸鈉或釩酸鉀沉釩的技術(shù)關(guān)鍵。
[0004]電滲析技術(shù)具有濃縮與脫除離子、能耗低、污染小、水利用率高、設(shè)備緊湊耐用、占地面積少等優(yōu)點(diǎn)，特別適用于溶液中離子的濃縮、排除及富集等。電滲析是利用溶液中離子在外電場(chǎng)的作用下定向穿過(guò)離子交換膜，使一部分溶液增濃、另一部分溶液減淡的物理化學(xué)過(guò)程。電滲析過(guò)程是一種無(wú)相變的節(jié)能過(guò)程，因此在處理含金屬離子的溶液方面特別具有吸引力。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中酸性銨鹽沉釩耗酸量大、廢酸多、產(chǎn)生大量酸性氨氮廢水、鈉鹽完全無(wú)法循環(huán)使用的缺點(diǎn)，本發(fā)明提供了一種對(duì)環(huán)境污染小、成本低、且能極大限度的減少耗酸量、實(shí)現(xiàn)鈉鹽部分循環(huán)的含釩溶液脫出鈉/鉀的方法。
[0006]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的一種由含釩溶液中電滲析脫鈉或鉀的方法，包括以下步驟:
1)將含釩溶液加入到電滲析裝置中，含釩溶液作為陽(yáng)極液，稀氫氧化鈉或氫氧化鉀溶液作為陰極液；中間用陽(yáng)離子交換膜作隔膜，采用不銹鋼陰極和鈦涂釕陽(yáng)極，在2-4.5V直流電壓下進(jìn)行電滲析；
2)電滲析深度通過(guò)pH值控制，當(dāng)陽(yáng)極室溶液pH值到達(dá)6-7時(shí)，停止電解，得到脫鈉或鉀含釩溶液。
[0007]本發(fā)明所述步驟I)中的含釩溶液為含釩礦物經(jīng)鈉化焙燒、濕法浸出的溶液，或其他途徑獲得的含釩酸鈉或釩酸鉀的堿性溶液。
[0008]本發(fā)明所述的含釩溶液中硅元素濃度不高于50mg/L，磷元素濃度不高于15mg/L。
[0009]本發(fā)明所述步驟I)稀氫氧化鈉或氫氧化鉀溶液濃度為0.001-lg/L。
[0010]本發(fā)明所述陰陽(yáng)極室的氣體采用全封閉分別收集，陰極室放出氫氣，收集用于制備尚純氛氣，陽(yáng)極室放出氧氣，收集用于制備尚純氧氣。
[0011]本發(fā)明在所述電滲析陽(yáng)極室溶液內(nèi)插入pH值計(jì)，通過(guò)在線pH值監(jiān)測(cè)控制電滲析深度。
[0012]本發(fā)明的設(shè)計(jì)思路如下:
首先，獲得的含釩溶液除去雜質(zhì)元素(主要為硅元素和磷元素)，以防止在后續(xù)的處理過(guò)程中，影響電滲析的進(jìn)行和產(chǎn)物的深處理。當(dāng)含釩溶液中存在磷時(shí)，磷和釩形成一種復(fù)雜而穩(wěn)定的絡(luò)合物H7[P (V2O5)6]，這種絡(luò)合物會(huì)污染將來(lái)的水解“紅餅”質(zhì)量或者酸性銨鹽沉釩產(chǎn)品質(zhì)量。當(dāng)溶液中存在大量硅時(shí)，硅主要以Si032_形式存在，電滲析過(guò)程中將會(huì)形成硅膠，造成陽(yáng)離子交換膜的堵塞，因此在電滲析前應(yīng)對(duì)含釩溶液進(jìn)行精制除雜。
[0013]經(jīng)過(guò)精制除雜后的溶液進(jìn)入電滲析裝置中，含釩溶液作為陽(yáng)極液；稀氫氧化鈉或氫氧化鉀溶液作為陰極液；中間用陽(yáng)離子交換膜作隔膜，采用不銹鋼陰極和鈦涂釕陽(yáng)極，直流電壓下進(jìn)行電滲析，
在陽(yáng)極發(fā)生反應(yīng):40H — 2e — O2 t + 2H20 ;
在陰極發(fā)生反應(yīng):2H20 + 2e — H2丨+ 20H —;
在電場(chǎng)力的作用下，陽(yáng)極室溶液中的Na+或K+透過(guò)陽(yáng)離子交換膜到達(dá)陰極室；而陽(yáng)極液中的所有陰離子卻因陽(yáng)離子膜對(duì)它們的靜電排斥作用不能進(jìn)入膜中。陽(yáng)離子交換膜的這種選擇透過(guò)性造成電解反應(yīng)的結(jié)果是:在陽(yáng)極室生成氧氣，陽(yáng)極溶液的PH值變??；在陰極室放出氫氣，同時(shí)產(chǎn)生氫氧化鈉溶液。陽(yáng)極溶液的PH值下降，其效果就如在陽(yáng)極液中加酸而不帶入對(duì)應(yīng)的酸根陰離子。用離子交換膜電解的方法代替普通加酸中和法的優(yōu)點(diǎn)是不帶入雜質(zhì)陰離子，通過(guò)電解還能生產(chǎn)有用的氫氧化鈉、氧氣和氫氣。
[0014]含釩溶液的主要成分是釩酸鹽，正釩酸鹽溶于水中電離成Na+/K+和正釩酸根VO43-,溶液的pH值大于12。隨著電滲析的進(jìn)行，溶液pH值下降。
[0015]各種釩酸根有如下平衡:
(1)2V0廣 +2H.^ [ν207]4>Η20，ρΗ=10.6-12.0 ;
(2)2 [V2O7廣 + 4Η+ ο [H2V4O13] + H2O, pH=8.9-9.0 ；
(3)5 [H2V4O13]4_ + 8H+e 4[H4V5O16]3^H2O，pH =6.8_7.0。
[0016](4) 2 [H4V5O16] +6Η.ο 5V 205+7Η20，ρΗ=2.2 ；
在反應(yīng)式⑴中可看出，正釩酸鈉Na3VO4溶液電解時(shí)，陽(yáng)極室溶液pH值下降，平衡向右轉(zhuǎn)移，當(dāng)溶液PH小于6.8時(shí)，溶液中主要為[H4V5O16]'構(gòu)成釩酸鹽的Na+/K+的4/5從陽(yáng)極室通過(guò)陽(yáng)離子交換膜，并迀移到陰極室，釩酸鹽的Na+/K+降低為原溶液的1/5，控制陽(yáng)極液的PH值即可控制陽(yáng)極液中釩酸鈉的電解深度。
[0017]采用上述處理工藝所產(chǎn)生的有益效果在于:1)本發(fā)明可使含釩溶液鈉或鉀降低為原溶液的1/5以下，最大限度的解決了現(xiàn)行沉釩工藝耗酸量大，廢酸液多的缺點(diǎn)；2)工藝過(guò)程中所產(chǎn)生的物質(zhì)均為高價(jià)值產(chǎn)品，氫氣和氧氣可生產(chǎn)高純氣體，回收的陰極液為NaOH，可返回濕法冶金流程，也可作為商品外售；3)工藝流程不產(chǎn)生廢液廢氣，陰極液可循環(huán)利用；4)工藝流程簡(jiǎn)單，易于操作，便于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化，且可無(wú)人值守；5)本方法具有較好的