[发明专利]一种由含钒溶液中电渗析脱钠或钾的方法

说明书

技术领域

本发明属于化工技术领域，具体涉及一种由含钒溶液中电渗析脱钠或钾的方法。

背景技术

含钒矿物经湿法浸出后所得钒酸钠或钒酸钾溶液，最早采用水解沉钒法，即：首先经一步除杂，除去其中大部分P、Si杂质，然后向净化后的含钒溶液中加入硫酸，调节pH值到1.7-1.9左右，在加热煮沸并搅拌的条件下沉淀出红棕色的多钒酸钠（xNa₂O·yV₂O₅·nH₂O），称为“红饼”，这种方法操作简单，生产周期短，缺点是V₂O₅品位低，仅为85%左右，且耗酸量大，废酸液多，目前已被铵盐沉淀法淘汰。铵盐沉淀法是在净化后的碱性溶液中(钒浓度为15-30g/L），搅拌下加入硫酸中和，当钒酸钠溶液pH值为4-5时，加入铵盐，再用硫酸调节pH值至2-2.5，在加热、搅拌条件下可结晶出橘黄色多钒酸铵沉淀，沉淀后母液钒浓度0.15g/L，其特点是操作简单，沉钒快，产品纯度高。观察两种工艺的改进特点，我们发现，现行工艺仍为酸调节pH值至2左右，从而生成大量Na₂SO₄，并没有从根本上改变水解沉钒和铵盐沉钒酸耗量大、废酸多的缺点，且生成的大量的Na₂SO₄晶体无法返回工艺流程循环使用（钠化焙烧添加芒硝将会造成SO₂污染），造成大量的酸性氨氮废水，此废水无法直接向环境中排放，且废水处理能耗大、成本高。

近年来，人们已经意识到环境保护的重要性，如何能够利用污染小的方法沉钒，如何最大限度的节省能源节省原材料，或者原材料循选利用，是急于解决的问题之一，因此寻求脱出钠/钾的方法成为钒酸钠或钒酸钾沉钒的技术关键。

电渗析技术具有浓缩与脱除离子、能耗低、污染小、水利用率高、设备紧凑耐用、占地面积少等优点，特别适用于溶液中离子的浓缩、排除及富集等。电渗析是利用溶液中离子在外电场的作用下定向穿过离子交换膜，使一部分溶液增浓、另一部分溶液减淡的物理化学过程。电渗析过程是一种无相变的节能过程，因此在处理含金属离子的溶液方面特别具有吸引力。

发明内容

针对现有技术中酸性铵盐沉钒耗酸量大、废酸多、产生大量酸性氨氮废水、钠盐完全无法循环使用的缺点，本发明提供了一种对环境污染小、成本低、且能极大限度的减少耗酸量、实现钠盐部分循环的含钒溶液脱出钠/钾的方法。

为解决上述技术问题，本发明的一种由含钒溶液中电渗析脱钠或钾的方法，包括以下步骤：

1）将含钒溶液加入到电渗析装置中，含钒溶液作为阳极液，稀氢氧化钠或氢氧化钾溶液作为阴极液；中间用阳离子交换膜作隔膜，采用不锈钢阴极和钛涂钌阳极，在2-4.5V直流电压下进行电渗析；

2）电渗析深度通过pH值控制，当阳极室溶液pH值到达6-7时，停止电解，得到脱钠或钾含钒溶液。

本发明所述步骤1）中的含钒溶液为含钒矿物经钠化焙烧、湿法浸出的溶液，或其他途径获得的含钒酸钠或钒酸钾的碱性溶液。

本发明所述的含钒溶液中硅元素浓度不高于50mg/L，磷元素浓度不高于15mg/L。

本发明所述步骤1）稀氢氧化钠或氢氧化钾溶液浓度为0.001-1g/L。

本发明所述阴阳极室的气体采用全封闭分别收集，阴极室放出氢气，收集用于制备高纯氢气，阳极室放出氧气，收集用于制备高纯氧气。

本发明在所述电渗析阳极室溶液内插入pH值计，通过在线pH值监测控制电渗析深度。

本发明的设计思路如下：

首先，获得的含钒溶液除去杂质元素（主要为硅元素和磷元素），以防止在后续的处理过程中，影响电渗析的进行和产物的深处理。当含钒溶液中存在磷时，磷和钒形成一种复杂而稳定的络合物H₇[P(V₂O₅)₆]，这种络合物会污染将来的水解“红饼”质量或者酸性铵盐沉钒产品质量。当溶液中存在大量硅时，硅主要以SiO₃^2－形式存在，电渗析过程中将会形成硅胶，造成阳离子交换膜的堵塞，因此在电渗析前应对含钒溶液进行精制除杂。

经过精制除杂后的溶液进入电渗析装置中，含钒溶液作为阳极液；稀氢氧化钠或氢氧化钾溶液作为阴极液；中间用阳离子交换膜作隔膜，采用不锈钢阴极和钛涂钌阳极，直流电压下进行电渗析，