[发明专利]一种无铵、液体循环提钒制备钒电解液的方法及钒电解液

说明书

本发明提供一种无铵、液体循环提钒制备钒电解液的方法及用途，所述无铵、液体循环提钒制备钒电解液的方法，包括以下步骤：步骤1、钠化焙烧；步骤2、浸出过滤；步骤3、酸化除杂；步骤4、还原；步骤5、萃取‑反萃提钒；步骤6、冷却结晶；步骤7、钒电解液价态调整。本发明的含钒原料包括但不限于石煤、钒渣、钒钛磁铁矿。本发明无铵、液体循环提钒制备钒电解液的方法具有生产流程短、能耗低、无废水排放的优点，可达到绿色、高效提钒的效果，为中国实现碳中和的目标提供支持。

技术领域

本发明涉及钒电解液技术，尤其涉及一种无铵、液体循环提钒制备钒电解液的方法及钒电解液。

背景技术

目前钒钛磁铁矿是钒的主要来源，其原始含量低于1％。经过炼钢过程，将铁提炼，钒被富集于渣中，V₂O₅含量提高到8％以上，可以作为钒的来源进入钒化工行业。石油中含有少量的钒，在燃烧或气化脱碳后，钒被富集，通常燃烧的灰中钒含量可以达到5％以上。

传统的提钒工艺为钠化焙烧、中和除杂、铵盐沉淀获得钒酸铵，再经过高温煅烧或者熔融浇注，获得五氧化二钒或片钒这个过程中需要使用铵盐，因此提钒过程中产生大量的含铵和钠的废水，需要经过高温加碱脱铵，再经过高温蒸发、干燥获得硫酸钠晶体。蒸铵时消耗大量的片碱和蒸汽，成本高昂，环境污染严重，硫酸钠溶液蒸发结晶时耗费大量的能量。

近几年来钒电池商业化得到大规模推广，目前已完成300MWH以上的项目建设，据中关村储能联盟的估算，到2024年待建的钒电池项目数量达到20GWH，折合电解液需求约为100万立方。

目前钒电解液的主要工艺流程，由原料制备偏钒酸铵、红钒、多钒酸铵等杂质含量较高的原料，再经过加碱溶解，除杂，加铵盐沉钒，获得高纯钒化合物，然后再经过高温煅烧获得钒氧化物，进一步的通过溶解-还原的方式获得钒电解液。显然，这一方法流程繁多，耗时长，能耗巨大，而且环境压力巨大。为了满足钒电解液的需求，迫切需要寻找一种简单、低成本的电解液生产工艺。

发明内容

本发明的目的在于，针对目前钒电解液生产中存在的问题，提出一种无铵、液体循环提钒制备钒电解液的方法，该方法具有生产流程短、能耗低、无废水排放的优点，可达到绿色、高效提钒的效果，为中国实现碳中和的目标提供支持。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种无铵、液体循环提钒制备钒电解液的方法，包括以下步骤：

步骤1、钠化焙烧

将碳酸钠与含钒原料(如粉碎后的钢渣)混合均匀，放入炉窑内，高温氧化煅烧，将钒转化成水可溶的钒酸钠；

步骤2、浸出过滤

将步骤1煅烧得到的物料溶于水或者步骤6的结晶母液中浸出，过滤，获得钒酸钠浸出液和废渣；

步骤3、酸化除杂

加酸将钒酸钠溶液加酸中和，并将主要杂质沉淀除去，所述主要杂质包括但不限于硅、铝和铬；继续加酸酸化；

步骤4、还原

将钒还原到四价，获得四价钒(如硫酸氧钒)和硫酸钠的混合溶液；

步骤5、萃取-反萃提钒

向混合溶液中加入稳定剂，并使用有机相为萃取剂，酸作为反萃剂，进行液液萃取-反萃的方法，获得四价钒的酸溶液和含硫酸钠的萃余液；

步骤6、冷却结晶

将萃余液冷却，搅拌结晶，并过滤获得硫酸钠晶体和结晶母液，所述结晶母液返回步骤2；

步骤7、钒电解液价态调整

使用还原剂或电解装置，将步骤5得到的四价钒的酸溶(二氯氧钒和/或硫酸氧钒)降低钒平均价态到所需价态；所需价态为+3～+4。