[发明专利]一种基于pH调控高效分离钒铬的方法

说明书

本发明公开了一种基于pH调控高效分离钒铬的方法，属于废水资源化利用领域。方法包括以下步骤：首先调节pH使含钒铬的溶液中的铬转化为带负电的铬酸根或重铬酸根，而钒转化为带正电的钒酰离子，采用树脂吸附溶液中的阴离子；再调节pH使溶液中的钒酰离子转化为带负电的钒酸根或多钒酸根，采用树脂吸附溶液中的阴离子；分别洗脱，得到分别的含钒或含铬溶液。采用本发明方法只需要通过简单的pH调控即可实现钒铬有效分离，具有钒铬分离效率高、回收率高、工艺简单、成本低的优点。

技术领域

本发明属于废水资源化利用领域，具体涉及一种基于pH调控实现从含钒铬溶液中高效分离钒铬的方法。

背景技术

钒作为一种战略性金属资源，在冶金、化工、国防、航空航天等领域有着广泛的应用。目前我国生产五氧化二钒的主要原料是钒钛磁铁矿冶炼过程中产生的钒渣。钒渣经焙烧-浸出后，钒元素转化为离子进入溶液，后可通过铵盐沉淀等方法进行提取。但是由于钒和铬是元素周期表中相邻的两种过渡元素，常伴生存在于天然矿物中，浸出时，铬元素也会随钒一同进入溶液，十分接近的化学性质使得两者难以分离，导致产品纯度达不到要求(V₂O₅产品中要求铬含量低于0.15wt％，Cr₂O₃产品中要求钒含量低于0.1wt％)；并且提钒后的废水以及某些化工、电镀废水中也含有一定浓度的钒铬，如不加以分离回收不仅会导致资源浪费，也会对生态环境和人类健康带来极大威胁。总的来说，如何对溶液中的钒铬进行有效分离是本领域的一大技术难题，如果解决了这一难题将会带来巨大的经济价值与环境效益。

目前实现钒铬分离的主要方法包括化学沉淀法、溶剂萃取法和离子交换法等。

化学沉淀法利用钒铬在溶液中发生沉淀的条件差异，通过调节pH或加入特定沉淀剂，使钒、铬分步沉淀。该法工艺比较简单、成本较低，但由于溶度积高，沉淀后的溶液中仍含有较大数量的钒铬，特别不适用于处理较低浓度的含钒铬溶液；并且钒铬分离效率较低，得到的产品纯度也较低。公开号为CN105861829A的专利文献在pH为8～14、温度20～100℃的条件下使用还原剂将五价钒和六价铬分别转化为四价钒和三价铬，碱性条件下三价铬直接形成氢氧化铬沉淀，固液分离即能实现钒铬分离。虽然该方法先将溶液pH调至碱性再还原可以实现三价铬的原位沉淀，但铬发生沉淀时难免会包覆一些钒离子，除此之外，溶液中仍存在部分未达到沉淀浓度的铬离子，导致出水铬离子浓度较高，降低了铬和钒的回收率以及铬和钒产品的纯度。

溶剂萃取法和离子交换法分离钒铬的原理基本一致。用伯胺萃取剂或树脂分离钒铬时，主要利用钒酸根与铬酸根电荷密度的差异，由于钒酸根电荷密度较小，更易于氨基产生氢键作用而被提取。公开号为CN111304466A的专利文献先调节溶液pH，使钒铬分别转化为聚钒酸根和重铬酸根，然后加入伯胺类萃取剂；聚钒酸根被萃取而重铬酸根留在水溶液中，实现钒铬的分离。该法虽然实现了钒铬的分离，但是用伯胺直接萃取时，部分铬也会进入油相，分离效率较低；而且当溶液中钒铬浓度较高时，溶液氧化性增强，易对萃取剂产生氧化作用，导致萃取剂失效，且易造成二次污染。Xiaohua Jing等用伯胺N1923在环形离心接触器中成功分离了钒铬，经过21次循环提取后，钒的回收率达到95.1％，萃取相中几乎不含铬(Separation of V(V)and Cr(VI)in leaching solution using annularcentrifugal contactors[J].Chemical Engineering Journal,315:373-381.)。但是该操作过程繁琐，且仍有部分钒留在水溶液中，使铬产品的纯度受到影响。