多釩酸銨生產工藝改造研究

楊帆，王靈娟，李玉東，劉金玉

（1.河北民族師范學院 化學與化工學院，河北 承德 067000；2.中國石化河北承德石油分公司，河北 承德 067000）

傳統的釩制品工藝生產得到的多釩酸銨品位大多為88%左右，雜質氧化鉀和氧化鈉質量分數大于0.7%[1]。隨著科學技術不斷發展，氧化釩產品在航天工業中生產鈦-鋁合金和釩電池儲能工業中所占比例在逐漸增大，而且對氧化釩品質要求越來越高。多釩酸銨作為制備氧化釩的原料，對氧化釩產品的品質起著至關重要的作用[2]。多釩酸銨的品位及雜質直接影響了氧化釩產品的質量，所以生產高品位、低雜質的高純多釩酸銨可以使企業得到更加長遠的發展。

1 工藝研究

多釩酸銨的生產工藝流程如圖1所示。在工藝生產過程中，對物料篩分、雜質過濾系統及裝置、釩液凈化除雜等方面進行工藝優化調整，以提高多釩酸銨產品的純度。

圖1 多釩酸銨制備工藝流程

1.1 物料篩分改進

改進濕球磨物料篩分裝置，使其構成中包括滾筒篩、篩上物收集裝置和篩下物收集裝置，滾筒篩固定在濕球磨筒體出料端的端面上并與濕球磨筒體同軸；篩上物收集裝置包括集料斗和倒渣槽，集料斗的進料口與滾筒篩的出料端相對應，集料斗的出料口與倒渣槽連接；篩下物收集裝置包括漿料收集斗和出料管，漿料收集斗承接滾筒篩的側壁流下的漿料，其底部通過出料管與渣漿泵的進料口連接。滾筒篩與濕球磨的筒體相連，可在濕球磨的驅動下將料漿中的大顆粒雜質篩分出來，實現了物料的在線篩分，避免了大顆粒雜質對后續設備的堵塞和磨損，有效降低了生產設備的故障率，保證了生產的正常進行。

1.2 改進雜質過濾裝置

改進含釩漿料雜質過濾裝置，用于對含釩漿料雜質進行過濾。它的箱體為長方形，進料口和出料口分別安裝在箱體長度方向的兩端面上，一級過濾網和二級過濾網的兩側和底邊分別與箱體的側壁和底面相連接，網面與箱體的長度方向垂直，一級排渣口和二級排渣口分別位于一級過濾網和二級過濾網分隔的箱體內壁上。采用兩級過濾網對釩漿料進行過濾，能夠有效地過濾出含釩漿料中的雜質，提高漿料質量；釩漿料過濾后，可以避免塊狀雜質堵塞設備及管路，提高設備使用壽命；過濾后清除雜質方便，降低了職工的勞動強度。本裝置結構簡單，維護檢修方便，過濾效果好，生產效率高。

1.3 改進過濾系統

過濾系統包括漿液罐、過濾器和濾液罐。漿液罐通過漿液管與過濾器連接，過濾器通過濾液管與濾液罐連接，濾液管上設置有濾液閥，過濾器與漿液罐之間設置有回液管路，回液管路上設置有回液閥。通過濾液閥與回液閥的切換控制，對初期濾液進行二次過濾，最終制得清澈濾液，提升了濾液的純度，降低了雜質含量，為制得高純釩酸銨打下了堅實的基礎，同時降低尾渣全釩至0.60%，提高了釩收率。

2 鋁鹽除雜、絮凝劑沉降的新型釩液凈化方法

本研究在實驗室條件下采用硫酸鋁除雜后，輔助加入高分子絮凝劑的方式凈化釩液，研究不同釩液濃度、不同硫酸鋁加入量、不同助凝劑加入量等對釩液凈化效果及釩泥沉降速度的影響，實現提高釩液凈化效果的目的[3]。釩液凈化反應如下：

2.1 釩液除雜前分析

取焙燒浸出工序原液池浸出后的釩液進行雜質分析，按照不同月份取樣編號為1、2、3、4 號，檢測釩液中釩及各雜質質量濃度，結果見表1。

表1 釩液檢測表

從不同月份的釩液檢測數據來看，各種雜質質量濃度呈波動，但總體變化不大，只有Cr 元素的質量濃度變化較大，3#和4#釩液與1#和2#相比Cr 質量濃度增加約3 倍。

2.2 釩液除鐵研究

根據多銨中鐵雜質較高的現狀，采取了在浸出原液中直接加入氫氧化鈉進行除鐵和對浸出原液進行加熱至40～80 ℃然后加入氫氧化鈉，調節pH=12左右，攪拌后靜置、過濾。取表1 中樣品Y1 釩液進行實驗，數據分析見表2。

表2 浸出原液加入氫氧化鈉除鐵后分析數據 mg·L-1

C1 為除雜前的釩液，C2 為加熱除雜后的釩液，C3 為不加熱除雜后的釩液，由表2 中數據可知，加入氫氧化鈉后，C2 和C3 雜質鐵元素質量濃度都有明顯的降低，但加熱浸出原液的除雜效果比不加熱浸出的效果更好。

2.3 釩液除Si 和P 研究

釩液除硅和磷采用硫酸鋁作為除雜劑，并使用1‰的聚丙烯酰胺（PAM）絮凝溶液與之配合，以降低釩泥沉降時間，提高釩液澄清度。分別取樣品1#和4#釩液2 000 mL，加入硫酸鋁及PAM，記錄釩泥沉降時間。釩液除雜凈化后，檢測釩液中釩及各雜質質量濃度，結果見表3、表4、表5、表6。

表3 樣品Y1 釩液處理檢測結果

表4 樣品Y2 釩液處理檢測結果

表5 樣品Y3 釩液處理檢測結果

表6 樣品Y4 釩液處理檢測結果

綜合以上表格分析數據可知，使用絮凝助凝劑能顯著解決釩液澄清速度問題，在達到相同凈化效果情況下，使用絮凝助凝劑后可以明顯降低硫酸鋁的使用量。為保證凈化后釩液不帶入新的雜質，鋁鹽選用硫酸鋁，除雜劑硫酸鋁的加入，不但可以除去釩液中的硅元素，還可進一步除去釩液中的磷元素。

3 工藝參數調節

在沉淀過程中稀釋釩液質量濃度至27 g·L-1左右，沉淀加銨系數為0.9，加酸后pH 值調至2.1，在水洗過濾工序將60 m2立式壓濾機洗水時間550 s，20 m2立式壓濾機洗水時間350 s，水洗溫度不得低于70 ℃，風干時間300 s，控制20 m2壓濾機料層厚度1.0～1.5 cm，60 m2壓濾機料層厚度1.5～2.0 cm，高純釩酸銨合格率達到90%以上，多釩酸銨成分如表7所示。

表7 多釩酸銨成分

4 結論

通過改進新型過濾系統、含釩漿料雜質過濾裝置、濕球磨篩分裝置，經過二次過濾，最終實現釩液濃度穩定及雜質低的釩液制備。采用了鋁法凈化和新型絮凝劑去除釩液中硅、磷等雜質新工藝，降低了沉淀釩液中雜質質量分數，成功制得品位89%以上、雜質氧化鉀和氧化鈉質量分數小于0.30%的高純多釩酸銨，為制備高品質的氧化釩產品提供了不可或缺的原料。