CN109319839B - 一种高纯片状五氧化二钒及其制备方法 - Google Patents

Abstract

一种高纯片状五氧化二钒及其制备方法，该方法是通过喷雾干燥方式将钒源进行快速干燥制成粉剂钒源，同时伴有部分钒源分解成五氧化二钒，然后通过真空加热炉的煅烧和富氧空气气氛中的熔炼，再通过导流管流入到水冷旋转盘离心制片设备中进行制片。采用该发明，产能大，生产效率高，对原材料的适用性高，产品片状五氧化二钒的纯度高，尺寸容易可控，且污染小，甚至可以生产粉剂五氧化二钒。

Description

一种高纯片状五氧化二钒及其制备方法

技术领域

本发明属于钒化工生产领域，尤其是涉及一种高纯片状五氧化二钒及其制备方法。

背景技术

五氧化二钒广泛用于冶金、化工等行业，主要用于冶炼钒铁，用作合金添加剂，占五氧化二钒总消耗量的80%以上；其次是用作有机化工的催化剂，即触媒，约占总量的10%，另外用作无机化学品、化学试剂、搪瓷和磁性材料等约占总量的10%。

一直以来，国内生产片状五氧化二钒的方法多为“一步法”，即脱水、脱氨、熔化三个过程在同一座熔化炉内实现。这种方法多采用反射炉熔化APV，用重油或煤气为燃料加热炉内多钒酸铵，炉膛温度控制在900-1100℃左右，在高温条件下，滤饼表面一层层熔化并从出水口流出，在转动的水冷制片机上制成一定厚度的钒片。“一步法”生产片钒占地面积小、工序简化、设备少、一次性投资少、炉料适应性强，但由于为间歇性生产且反射炉为开放性炉型，使得产能小、生产效率低、钒收率低、能耗高、现场工作环境差、环保难以达到国家环保要求等弊端，且片状五氧化二钒的厚度和尺寸大小不易控制，使得后续使用还要做进一步处理才能使用。同时，“一步法”氨气及其在高温下分解的还原性气体会将物料中的五价钒还原为低价钒，导致最终产品五氧化二钒的纯度不高，工业化推广应用前景较小。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，克服现有技术的不足，提供一种高纯片状五氧化二钒及其制备方法。

本发明解决其技术问题采用的技术方案是：

本发明之高纯片状五氧化二钒，片状五氧化二钒的直径为3-18mm，厚度为2-3mm，五氧化二钒的纯度为99.16%-99.61%。

本发明之高纯片状五氧化二钒的制备方法，包括下述步骤：

步骤一：将干燥的气体经过滤加热，进入喷雾干燥机顶部的气体分配器，形成富氧的热气，热气呈螺旋状均匀地进入喷雾干燥室，然后将钒源料浆输送至喷雾干燥室中，雾化器将钒源料浆雾化成细小的液滴，并与富氧的热气进行接触，钒源迅速干燥成粉状，并有钒源发生分解反应，直接分解生成五氧化二钒和其他钒的氧化物，得到产物，将过程中产生的水汽和氨气回收利用；

步骤二：将步骤一的产物置于真空度为100Pa-5000Pa的真空加热炉中，并同时将富氧空气直接通入真空加热炉内部，进行第一段真空加热煅烧，然后进行第二段真空加热煅烧，同时将第一段真空加热煅烧和第二段真空加热煅烧中产生的氨气和水汽进行回收利用，最后将第二段真空加热煅烧所得的煅烧物继续搅拌升温至740℃-850℃，制成五氧化二钒熔融液体，然后通过真空加热炉下部的导流管将五氧化二钒熔融液体导入到旋转盘离心制片设备中进行制片，制得片状五氧化二钒。

优选的，步骤一中，干燥的气体为空气再混合加上相当于空气体积8-15%的氧气。

优选的，步骤一中，干燥的气体加热至温度为180℃~350℃。

优选的，步骤一中，钒源料浆为偏钒酸铵或多钒酸铵中的至少一种，钒源料浆的含水量为25～90wt%。

优选的，步骤一中，喷雾干燥机为压力式喷雾干燥机、离心式喷雾干燥机、气流式喷雾干燥机中的一种。

优选的，步骤一中，产物的平均粒度范围为80-120μm。

优选的，步骤二中，富氧空气为空气再混合加上相当于空气体积15-30%的氧气。

优选的，步骤二中，第一段真空加热煅烧温度为135℃-200℃，加热保温时间为30-60分钟。

优选的，步骤二中，第二段真空加热煅烧温度为350℃-550℃，加热保温时间为2-3小时。

优选的，步骤二中，旋转盘离心制片设备为现有设备， 控制导流管直径为10-20mm，控制五氧化二钒熔融液体的流速为15-50KG/min，离心旋转盘的转速为3000-5000转/分钟，可以得到片状五氧化二钒。如果改变其参数，则难以得到符合要求的片状五氧化二钒。导流管直径小，流速慢，转速太快，则可以得到粉末状五氧化二钒。

本发明的有益效果在于：

本发明钒源的干燥脱水、煅烧脱氨、熔化铸片三个工艺过程分别在两套设备内进行，可以调节干燥脱水、脱氨、氧化、熔化，制片不同功能段的工艺参数，生成稳定、优质、高产、高纯的片状五氧化二钒，片状五氧化二钒的纯度可以控制在99.16%-99.61%范围内。

采用喷雾干燥方式对钒源进行脱水和部分脱氨，增大水分蒸发面积，加速干燥过程，含水的钒源在3秒中内就可以完成干燥制成超细粉状钒源，至少比现有钒源的干燥方式的干燥效率提高50%以上，干燥能力大大提高。同时，采用喷雾干燥方式进行干燥具有传热快、水分蒸发迅速、干燥时间短的特点，且干燥后的钒源粉剂质量好，质地松脆，溶解性能也好，增大了后续和氧气接触的面积，更加容易煅烧氧化生产五氧化二钒。喷雾干燥方式还具有生产能力大的优点，目前最大的每小时喷雾量可达几百吨，可以极大的提高该方式制取中间产物粉剂钒源的效率，无需使用纯度较高的工业钒源滤饼，能降低成本。

在后续的旋转盘离心制片工艺中，可通过调节导流管的直径和控制熔融的五氧化二钒下流速度以及调节旋转盘离心转速的工艺来制取不同尺寸的片状五氧化二钒，五氧化二钒的尺寸可控制，产品适用性强，通过改变参数，还可以生产粉剂五氧化二钒，灵活性更大，能改变现有技术不能控制五氧化二钒尺寸的缺点，并且该方法制取的片状五氧化二钒都比较薄，尺寸较小，更容易使用。

整个生产五氧化二钒中的工艺温度较低，且氨分两步进行脱除，避免氨气的集中释放，氨浓度过高，将五氧化二钒还原成低价的钒的氧化物，导致最终产品的五氧化二钒的产率和纯度降低。

整个过程中，产生的水汽和氨气进行回收再利用，清洁生产，更加环保。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步详细的说明。

实施例1

本实施例之高纯片状五氧化二钒的制备方法， 其包括下述步骤：

步骤一：将干燥的气体经过滤加热，进入喷雾干燥机顶部的气体分配器，形成热气，热气呈螺旋状均匀地进入喷雾干燥室，然后将钒源料浆输送至喷雾干燥室中，雾化器将钒源料浆雾化成细小的液滴，并与热气进行接触，钒源迅速干燥成粉状，并有钒源发生分解反应，直接分解生成五氧化二钒和其他钒的氧化物，得到产物，将过程中产生的水汽和氨气回收利用；

步骤二：将步骤一的产物-钒源、五氧化二钒和其他钒的氧化物的混合物，置于真空度为100Pa-5000Pa的真空加热炉中，并同时将富氧空气直接通入真空加热炉内部，进行第一段真空加热煅烧，然后进行第二段真空加热煅烧，同时将第一段真空加热煅烧和第二段真空加热煅烧中产生的氨气和水汽进行回收利用，最后将第二段真空加热煅烧所得的煅烧物继续搅拌升温至740℃-850℃，制成五氧化二钒熔融液体，然后通过真空加热炉下部的导流管将五氧化二钒熔融液体导入到旋转盘离心制片设备中进行制片，制得片状五氧化二钒。

优选的，步骤一中，干燥的气体为空气再混合加上相当于空气体积8-15%的氧气。

优选的，步骤一中，干燥的气体加热至温度为180℃~350℃。

优选的，步骤一中，钒源料浆为偏钒酸铵或多钒酸铵中的至少一种，钒源料浆的含水量为25～90wt%。

优选的，步骤一中，喷雾干燥机为压力式喷雾干燥机、离心式喷雾干燥机、气流式喷雾干燥机中的一种。

优选的，步骤一中，产物的平均粒度范围为80-120μm。

优选的，步骤二中，富氧空气为空气再混合加上相当于空气体积15-30%的氧气。

优选的，步骤二中，第一段真空加热煅烧温度为135℃-200℃，加热保温时间为30-60分钟。

优选的，步骤二中，第二段真空加热煅烧温度为350℃-550℃，加热保温时间为2-3小时。

优选的，步骤二中，旋转盘离心制片设备为现有设备， 控制导流管直径为10-20mm，控制五氧化二钒熔融液体的流速为15-50KG/min，离心旋转盘的转速为3000-5000转/分钟，可以得到片状五氧化二钒。如果改变其参数，则难以得到符合要求的片状五氧化二钒。导流管直径小，流速慢，转速太快，则可以得到粉末状五氧化二钒。

所得片状五氧化二钒的直径为3-18mm，厚度为2-3mm。

以下实施例2－4为采用实施例1工艺的具体应用实施例。

实施例2

本实施例的喷雾干燥机为压力式喷雾干燥机，压力式喷雾干燥机由料液罐、送料机、空气过滤器、送风机、气体加热器、气体分配器、压力式雾化器、干燥室、旋风分离器、排风机、布袋式过滤器组成。

步骤一：用送风机将干燥的气体（空气再混合加上相当于空气体积8%的氧气）经空气过滤器过滤，然后由气体加热器加热至180℃，进入压力式喷雾干燥机顶部的气体分配器，形成热气，热气呈螺旋状均匀地进入压力式喷雾干燥室，然后将偏钒酸铵料浆从料液罐由送料机输送至压力式喷雾干燥室上部的压力式雾化器中进行雾化，所述偏钒酸氨料浆的含水率为25wt%，压力式雾化器将偏钒酸氨料浆雾化成细小的液滴，并与富氧的热气进行接触，偏钒酸氨料浆迅速干燥成粉状的偏钒酸氨，粉状偏钒酸氨的平均粒度D50为80μm，经过取样分析，伴有16wt%的偏钒酸氨发生分解反应，直接分解生成五氧化二钒和其他钒的氧化物，95wt%干燥后的固体颗粒由旋风分离器进行气固分离然后收集，剩余5%干燥后的超细固体颗粒由布袋式过滤器进行收集，大部分干燥室内的水汽和氨气由排风机抽出回收，其余水汽和氨气经布袋式过滤器排出的气体温度为90℃以下，并且进行回收。

步骤二：将步骤一的产物-收集的固体颗粒产物置于真空度为100Pa的真空加热炉中，并同时将富氧空气（富氧空气为空气再混合加上相当于空气体积25%的氧气）直接通入真空加热炉内部，进行第一段真空加热煅烧，第一段加热煅烧温度为135℃，加热保温时间为60分钟；然后进行第二段真空加热煅烧，第二段真空加热煅烧温度为350℃，加热保温时间为3小时，同时将第一段真空加热煅烧和第二段真空加热煅烧中产生的氨气和水汽进行回收利用，最后将第二段真空加热煅烧所得的煅烧物继续通过搅拌器搅拌，并以每分钟10℃/min的升温速度升温至740℃，制成五氧化二钒熔融液体，然后通过真空加热炉下部的导流管将五氧化二钒熔融液体导入到旋转盘离心制片设备中进行制片。

旋转盘离心制片设备的旋转盘为水冷旋转盘，旋转盘内部有水冷通道加速冷却，并且旋转盘离心制片设备中通入液氩和相当于液氩体积10%的氧气进行加速冷却。

①如果采用以下条件：导流管直径为10mm，控制五氧化二钒熔融液体的流速为15KG/min，离心旋转盘的转速为5000转/分钟，制得平均直径为3mm，厚度为2mm的片状五氧化二钒，五氧化二钒的纯度为99.21%。

②如果采用以下条件：导流管直径为10mm，控制五氧化二钒熔融液体的流速为15KG/min，离心旋转盘的转速为3000转/分钟，制得平均直径为8mm，厚度为2mm的片状五氧化二钒，五氧化二钒的纯度为99.45%。

③如果采用以下条件：导流管直径为20mm，控制五氧化二钒熔融液体的流速为50KG/min，离心旋转盘的转速为3000转/分钟，制得平均直径为18mm，厚度为2mm的片状五氧化二钒，五氧化二钒的纯度为99.61%。

④如果采用以下条件（对比）：导流管直径为6mm，控制五氧化二钒熔融液体的流速为10KG/min，离心旋转盘的转速为30000转/分钟，制得平均粒度为40微米的五氧化二钒粉末，五氧化二钒的纯度为98.31%。

实施例3

本实施例采用离心式喷雾干燥机：离心式喷雾干燥机由料液罐、送料机、空气过滤器、送风机、气体加热器、气体分配器、离心式雾化器、干燥室、旋风分离器、排风机、布袋式过滤器组成。

步骤一：用送风机将干燥的气体（空气再混合加上相当于空气体积15%的氧气）经空气过滤器过滤，然后由气体加热器加热至350℃，进入离心式喷雾干燥机顶部的气体分配器，形成富氧的热气，热气呈螺旋状均匀地进入离心式喷雾干燥室，然后将多钒酸铵料浆从料液罐由送料机输送至离心式喷雾干燥室上部的离心式雾化器中进行雾化，所述多钒酸氨料浆的含水率为90wt%，离心式雾化器将多钒酸氨料浆雾化成细小的液滴，并与富氧的热气进行接触，多钒酸氨料浆迅速干燥成粉状的多钒酸氨，粉状多钒酸氨的平均粒度D50为120μm，经过取样分析，伴有25wt%多钒酸氨发生分解反应，直接分解生成五氧化二钒和其他钒的氧化物，95wt%干燥后的固体颗粒由旋风分离器进行气固分离然后收集，剩余5%干燥后的超细固体颗粒由布袋式过滤器进行收集，大部分干燥室内的水汽和氨气由排风机抽出回收，其余水汽和氨气经布袋式过滤器排出的气体温度为90℃以下，并且进行回收。

步骤二：将步骤一的产物-收集的固体颗粒产物置于真空度为5000Pa的真空加热炉中，并同时将富氧空气（富氧空气为空气再混合加上相当于空气体积18%的氧气）直接通入真空加热炉内部，进行第一段真空加热煅烧，第一段真空加热煅烧温度为185℃，加热保温时间为48分钟，然后进行第二段真空加热煅烧，第二段真空加热煅烧温度为450℃，加热保温时间为2.5小时，同时将第一段真空加热煅烧和第二段真空加热煅烧中产生的氨气和水汽进行回收利用，最后将第二段真空加热煅烧所得的煅烧物继续通过搅拌器搅拌，并以每分钟10℃/min的升温速度升温至850℃，制成五氧化二钒熔融液体，然后通过真空加热炉下部的导流管将五氧化二钒熔融液体导入到旋转盘离心制片设备中进行制片。旋转盘离心制片设备的旋转盘为水冷旋转盘，旋转盘内部有水冷通道加速冷却，并且旋转盘离心制片设备中通入液氩和相当于液氩体积10%的氧气进行加速冷却。

①如果采用以下条件：导流管直径为10mm，控制五氧化二钒熔融液体的流速为15KG/min，离心旋转盘的转速为5000转/分钟，制得平均直径为3mm，厚度为2mm的片状五氧化二钒，五氧化二钒的纯度为99.18%。

②如果采用以下条件：导流管直径为10mm，控制五氧化二钒熔融液体的流速为15KG/min，离心旋转盘的转速为3000转/分钟，制得平均直径为8mm，厚度为2mm的片状五氧化二钒，五氧化二钒的纯度为99.32%。

③如果采用以下条件：导流管直径为20mm，控制五氧化二钒熔融液体的流速为50KG/min，离心旋转盘的转速为3000转/分钟，制得平均直径为18mm，厚度为2mm的片状五氧化二钒，五氧化二钒的纯度为99.53%。

④如果采用以下条件（对比）：导流管直径为6mm，控制五氧化二钒熔融液体的流速为10KG/min，离心旋转盘的转速为30000转/分钟，制得平均粒度为40微米的五氧化二钒粉末，五氧化二钒的纯度为98.44%。

实施例4

本实施例采用气流式喷雾干燥机：气流式喷雾干燥机由料液罐、送料机、空气过滤器、送风机、气体加热器、气体分配器、气流式雾化器、干燥室、旋风分离器、排风机、布袋式过滤器组成。

步骤一：用送风机将干燥的气体（空气再混合加上相当于空气体积12%的氧气）经空气过滤器过滤，然后由气体加热器加热至320℃，进入气流式喷雾干燥机顶部的气体分配器，形成富氧的热气，富氧的热气呈螺旋状均匀地进入气流式喷雾干燥室，然后将偏钒酸铵料浆从料液罐由送料机输送至气流式喷雾干燥室上部的气流式雾化器中进行雾化，所述偏钒酸氨料浆的含水率为45wt%，气流式雾化器将偏钒酸氨料浆雾化成细小的液滴，并与富氧的热气进行接触，偏钒酸氨料浆迅速干燥成粉状的偏钒酸氨，粉状偏钒酸氨的平均粒度D50为95μm，经过取样分析，伴有20wt%偏钒酸氨发生分解反应，直接分解生成五氧化二钒和其他钒的氧化物，95wt%干燥后的固体颗粒由旋风分离器进行气固分离然后收集，剩余5%干燥后的超细固体颗粒由布袋式过滤器进行收集，大部分干燥室内的水汽和氨气由排风机抽出回收，其余水汽和氨气经布袋式过滤器排出的气体温度为90℃以下，并且进行回收。

步骤二：将步骤一的产物-收集的固体颗粒产物置于真空度为2000Pa的真空加热炉中，并同时将富氧空气（富氧空气为空气再混合加上相当于空气体积22%的氧气）直接通入真空加热炉内部，进行第一段真空加热煅烧，加热煅烧温度为200℃，加热保温时间为30分钟，然后进行第二段真空加热煅烧，第二段真空加热煅烧温度为550℃，加热保温时间为2小时，同时将第一段真空加热煅烧和第二段真空加热煅烧中产生的氨气和水汽进行回收利用，最后将煅烧物继续通过搅拌器搅拌，并以每分钟10℃/min的升温速度升温至800℃，制成五氧化二钒熔融液体，然后通过真空加热炉下部的导流管将五氧化二钒熔融液体导入到旋转盘离心制片设备中进行制片。旋转盘离心制片设备的旋转盘为水冷旋转盘，旋转盘内部有水冷通道加速冷却，并且旋转盘离心制片设备中通入液氩和相当于液氩体积10%的氧气进行加速冷却。

①如果采用以下条件：导流管直径为10mm，控制五氧化二钒熔融液体的流速为15KG/min，离心旋转盘的转速为5000转/分钟，制得平均直径为3mm，厚度为2mm的片状五氧化二钒，五氧化二钒的纯度为99.16%。

②如果采用以下条件：导流管直径为10mm，控制五氧化二钒熔融液体的流速为15KG/min，离心旋转盘的转速为3000转/分钟，制得平均直径为8mm，厚度为2mm的片状五氧化二钒，五氧化二钒的纯度为99.30%。

③如果采用以下条件：导流管直径为20mm，控制五氧化二钒熔融液体的流速为50KG/min，离心旋转盘的转速为3000转/分钟，制得平均直径为18mm，厚度为2mm的片状五氧化二钒，五氧化二钒的纯度为99.48%。

④如果采用以下条件（对比）：导流管直径为6mm，控制五氧化二钒熔融液体的流速为10KG/min，离心旋转盘的转速为30000转/分钟，制得平均粒度为40微米的五氧化二钒粉末，五氧化二钒的纯度为98.12%。

Claims (7)

1.一种高纯片状五氧化二钒的制备方法，其特征在于，所述片状五氧化二钒的直径为3-18mm，厚度为2-3mm，五氧化二钒的纯度为99.16%-99.61%；

其制备方法，包括下述步骤：

步骤一：将干燥的气体经过滤加热，进入喷雾干燥机顶部的气体分配器，形成富氧的热气，热气呈螺旋状均匀地进入喷雾干燥室，然后将钒源料浆输送至喷雾干燥室中，雾化器将钒源料浆雾化成细小的液滴，并与富氧的热气进行接触，钒源迅速干燥成粉状，并有钒源发生分解反应，直接分解生成五氧化二钒和其他钒的氧化物，得到产物，将过程中产生的水汽和氨气回收利用；

步骤二：将步骤一的产物置于真空度为100Pa-5000Pa的真空加热炉中，并同时将富氧空气直接通入真空加热炉内部，进行第一段真空加热煅烧，然后进行第二段真空加热煅烧，同时将第一段真空加热煅烧和第二段真空加热煅烧中产生的氨气和水汽进行回收利用，最后将第二段真空加热煅烧所得的煅烧物继续搅拌升温至740℃-850℃，制成五氧化二钒熔融液体，然后通过真空加热炉下部的导流管将五氧化二钒熔融液体导入到旋转盘离心制片设备中进行制片，制得片状五氧化二钒；

步骤二中，旋转盘离心制片设备的参数为：控制导流管直径为10-20mm，控制五氧化二钒熔融液体的流速为15-50kg/min，离心旋转盘的转速为3000-5000转/分钟；

步骤二中，第一段真空加热煅烧温度为135℃-200℃，加热保温时间为30-60分钟；步骤二中，第二段真空加热煅烧温度为350℃-550℃，加热保温时间为2-3小时。

2.根据权利要求1所述的高纯片状五氧化二钒的制备方法，其特征在于：步骤一中，干燥的气体为空气再混合加上相当于空气体积8-15%的氧气。

3.根据权利要求1或2所述的高纯片状五氧化二钒的制备方法，其特征在于：步骤一中，干燥的气体加热至温度为180℃~350℃。

4.根据权利要求1或2所述的高纯片状五氧化二钒的制备方法，其特征在于：步骤一中，所述钒源料浆为偏钒酸铵或多钒酸铵中的至少一种；所述钒源的含水量为25～90wt%。

5.根据权利要求1或2所述的高纯片状五氧化二钒的制备方法，其特征在于：所述喷雾干燥机为压力式喷雾干燥机、离心式喷雾干燥机、气流式喷雾干燥机中的一种。

6.根据权利要求1或2所述的高纯片状五氧化二钒的制备方法，其特征在于：步骤一中，产物的平均粒度范围为80-120μm。

7.根据权利要求1或2所述的高纯片状五氧化二钒的制备方法，其特征在于：步骤二中，富氧空气为空气再混合加上相当于空气体积15-30%的氧气。