способ выделения ванадия из растворов

Формула изобретения

1. Способ выделения ванадия из раствора соединений пятивалентного ванадия, включающий осаждение в присутствии соединения четырехвалентного ванадия путем корректировки рН раствора серной кислотой при нагревании с последующим отделением осадка от раствора, отличающийся тем, что осаждение ведут при поддержании соотношения V⁺⁴:V⁺⁵=2,04,0 и рН, равном 3,0-3,1.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве исходного соединения пятивалентного ванадия используют метаванадат щелочного металла.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве соединения четырехвалентного ванадия используют сульфат ванадила.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к гидрометаллургии, в частности к способам выделения ванадия из растворов, и может быть использовано при производстве ванадиевой продукции, в частности, при производстве ванадиевых катализаторов.

Известен способ получения пятиокиси ванадия из растворов (А.С. СССР 1577372, МКИ C 22 B 34/22, 1996 г.), включающий гидролитическое осаждение корректировкой рН до 1,5-1,9 и нагреванием с перемешиванием, сгущением и отделением осадка.

Недостатком способа является его значительная длительность (90-130 мин), которая связана с многостадийным осаждением и достаточно длительной операцией сгущения.

Известен способ выделения ванадия из растворов соединений пятивалентного ванадия, включающий осаждение в присутствии соединения четырехвалентного ванадия путем корректировки рН раствора серной кислотой при нагревании с последующим отделением осадка от раствора (Химия, технология и применение ванадиевых соединений. Тезисы докладов III Всес. Совещания в г. Качканаре, ч. II, Свердловск, 1979, с. 102).

Недостатком известного способа является низкая эффективность осаждения ванадия из смешанных растворов пяти- и четырехвалентного ванадия.

Таким образом, перед авторами стояла задача разработать способ выделения ванадия из раствора, который бы обеспечивал высокий процент выделения ванадия из раствора.

Технический результат достигается в способе выделения ванадия из раствора, включающем осаждение в присутствии соединения четырехвалентного ванадия путем корректировки рН раствора серной кислотой при нагревании с последующим отделением осадка от раствора, в котором осаждение ведут при поддержании соотношения V⁺⁴:V⁺⁵=2,04,0 и рН, равном 3,0-3,1.

При этом в качестве исходного соединения пятивалентного ванадия могут использовать метаванадат щелочного металла.

При этом в качестве соединения четырехвалентного ванадия могут использовать сульфат ванадила.

В настоящее время из патентной и научно-технической литературы не известен способ выделения ванадия из растворов, в котором осаждение ведут в присутствии четырехвалентного соединения ванадия в растворе при соотношении V⁺⁴: V⁺⁵ = 2,04,0 и заявленном интервале рН.

Предлагаемый способ осуществляют следующим образом. Берут раствор соединения пятивалентного ванадия, например, раствор метаванадата щелочного металла формулы MVO₃, где М - К, Na, Cs, Rb, и добавляют раствор четырехвалентного соединения ванадия, например, сульфат ванадила формулы VOSO₄ в количестве, необходимом для получения соотношения V⁺⁴: V⁺⁵, равном 2,04,0. Затем серной кислотой ( H₂SO₄) доводят рН раствора до 3,0-3,1; нагревают раствор до температуры 80-95^oС и выдерживают при этой температуре в термостате в течение 2-2,5 часа. Изменение концентрации ванадия контролируют путем отбора аликвот и определением содержания ванадия объемным методом анализа. После установления равновесной концентрации осадок отфильтровывают, промывают небольшим количеством воды и сушат. Проводят фазовый и химический анализы.

В предлагаемом способе выделения ванадия из сернокислых растворов осаждения проводят в присутствии соединения четырехвалентного ванадия, например, сульфата ванадила. Обычно считают, что присутствие четырехвалентного ванадия в растворе отрицательно сказывается на выделении из раствора соединений пятивалентного ванадия вследствие диффузионных затруднений, которые ведут к формированию несовершенной кристаллической структуры и образованию неоднофазного продукта. Авторам удалось определить условия, при которых четырехвалентный ванадий не только не мешает, но и способствует выделению соединений пятивалентного ванадия, а именно, таким условием является определенное соотношение V⁺⁴ и V⁺⁵, а также обусловленное этим соотношением значение рН раствора. Причем, в предлагаемом способе значение рН значительно выше, чем в известном способе, что обеспечивает сокращение расхода кислоты. Кроме того, резко уменьшается индукционный период образования зародышей твердой фазы и увеличивается скорость осаждения ванадия из раствора.

Предлагаемый способ иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1. Берут 400 мл 0,025 М раствора метаванадата калия KVO₃ (содержание в 400 мл составляет 1,38 г), добавляют 0,82 г 0,0125 М сульфата ванадила. Отношение V⁺⁴:V⁺⁵ = 2,0. Затем, добавляя 5,0 мл 1,0 н. серной кислоты Н₂SO₄, доводят рН раствора до 3. Раствор нагревают до 80^oС в термостате, где температуру регулируют с точностью 1^oС. Изменение концентрации ванадия контролируют, отбирая аликвоты объемом 5 мл в интервале времени 5, 5, 5, 5, 5, 5, 5, 10, 10, 10, 10, 15, 15, 15 мин. Равновесная концентрация устанавливается через 45 мин. После чего осадок отфильтровывают, промывают небольшим количеством воды и сушат. Согласно данным ИК спектров, снятых на спектрометре Spectr - 75, полученный продукт представляет собой додекаванадат калия К₂V₁₂О₃₀nН₂О. По данным химического анализа содержание ванадия в пересчете на V₂O₅ составляет 84,4%. После обезвоживания 95,6%.

Пример 2. Берут 400 мл 0,025 М раствор метаванадата натрия NaVO₃ (содержание в 400 мл составляет 1,22 г), добавляют 0,41 г 0,00625 М сульфата ванадила. Отношение V⁺⁴ : V⁺⁵ = 4,0. Затем, добавляя 5,0 мл 1,0 н. серной кислоты H₂SO₄, доводят рН раствора до 3,1. Раствор нагревают до 95^oС в термостате, где температуру регулируют с точностью 1^oС. Изменение концентрации ванадия контролируют, отбирая аликвоты объемом 5 мл в интервале времени 5, 5, 5, 5, 5, 5, 5, 10, 10, 10, 10, 15, 15, 15 мин. Равновесная концентрация устанавливается через 80 мин. После чего осадок отфильтровывают, промывают небольшим количеством воды и сушат. Согласно данным ИК спектров, снятых на спектрометре Spectr - 75, полученный продукт представляет собой поливанадат натрия Na₂V₁₂О₃₀n Н₂О. По данным химического анализа содержание V₂O₅ составляет 86,5%. После обезвоживания 96,0%.

Таким образом, предлагаемый способ выделения ванадия из сернокислых растворов позволяет значительно сократить время процесса при сохранении высокого процента выделения ванадия, при этом прост технологически.