多钒酸铵生产工艺改造研究

杨帆，王灵娟，李玉东，刘金玉

（1.河北民族师范学院 化学与化工学院，河北 承德 067000；2.中国石化河北承德石油分公司，河北 承德 067000）

传统的钒制品工艺生产得到的多钒酸铵品位大多为88%左右，杂质氧化钾和氧化钠质量分数大于0.7%[1]。随着科学技术不断发展，氧化钒产品在航天工业中生产钛-铝合金和钒电池储能工业中所占比例在逐渐增大，而且对氧化钒品质要求越来越高。多钒酸铵作为制备氧化钒的原料，对氧化钒产品的品质起着至关重要的作用[2]。多钒酸铵的品位及杂质直接影响了氧化钒产品的质量，所以生产高品位、低杂质的高纯多钒酸铵可以使企业得到更加长远的发展。

1 工艺研究

多钒酸铵的生产工艺流程如图1所示。在工艺生产过程中，对物料筛分、杂质过滤系统及装置、钒液净化除杂等方面进行工艺优化调整，以提高多钒酸铵产品的纯度。

图1 多钒酸铵制备工艺流程

1.1 物料筛分改进

改进湿球磨物料筛分装置，使其构成中包括滚筒筛、筛上物收集装置和筛下物收集装置，滚筒筛固定在湿球磨筒体出料端的端面上并与湿球磨筒体同轴；筛上物收集装置包括集料斗和倒渣槽，集料斗的进料口与滚筒筛的出料端相对应，集料斗的出料口与倒渣槽连接；筛下物收集装置包括浆料收集斗和出料管，浆料收集斗承接滚筒筛的侧壁流下的浆料，其底部通过出料管与渣浆泵的进料口连接。滚筒筛与湿球磨的筒体相连，可在湿球磨的驱动下将料浆中的大颗粒杂质筛分出来，实现了物料的在线筛分，避免了大颗粒杂质对后续设备的堵塞和磨损，有效降低了生产设备的故障率，保证了生产的正常进行。

1.2 改进杂质过滤装置

改进含钒浆料杂质过滤装置，用于对含钒浆料杂质进行过滤。它的箱体为长方形，进料口和出料口分别安装在箱体长度方向的两端面上，一级过滤网和二级过滤网的两侧和底边分别与箱体的侧壁和底面相连接，网面与箱体的长度方向垂直，一级排渣口和二级排渣口分别位于一级过滤网和二级过滤网分隔的箱体内壁上。采用两级过滤网对钒浆料进行过滤，能够有效地过滤出含钒浆料中的杂质，提高浆料质量；钒浆料过滤后，可以避免块状杂质堵塞设备及管路，提高设备使用寿命；过滤后清除杂质方便，降低了职工的劳动强度。本装置结构简单，维护检修方便，过滤效果好，生产效率高。

1.3 改进过滤系统

过滤系统包括浆液罐、过滤器和滤液罐。浆液罐通过浆液管与过滤器连接，过滤器通过滤液管与滤液罐连接，滤液管上设置有滤液阀，过滤器与浆液罐之间设置有回液管路，回液管路上设置有回液阀。通过滤液阀与回液阀的切换控制，对初期滤液进行二次过滤，最终制得清澈滤液，提升了滤液的纯度，降低了杂质含量，为制得高纯钒酸铵打下了坚实的基础，同时降低尾渣全钒至0.60%，提高了钒收率。

2 铝盐除杂、絮凝剂沉降的新型钒液净化方法

本研究在实验室条件下采用硫酸铝除杂后，辅助加入高分子絮凝剂的方式净化钒液，研究不同钒液浓度、不同硫酸铝加入量、不同助凝剂加入量等对钒液净化效果及钒泥沉降速度的影响，实现提高钒液净化效果的目的[3]。钒液净化反应如下：

2.1 钒液除杂前分析

取焙烧浸出工序原液池浸出后的钒液进行杂质分析，按照不同月份取样编号为1、2、3、4 号，检测钒液中钒及各杂质质量浓度，结果见表1。

表1 钒液检测表

从不同月份的钒液检测数据来看，各种杂质质量浓度呈波动，但总体变化不大，只有Cr 元素的质量浓度变化较大，3#和4#钒液与1#和2#相比Cr 质量浓度增加约3 倍。

2.2 钒液除铁研究

根据多铵中铁杂质较高的现状，采取了在浸出原液中直接加入氢氧化钠进行除铁和对浸出原液进行加热至40～80 ℃然后加入氢氧化钠，调节pH=12左右，搅拌后静置、过滤。取表1 中样品Y1 钒液进行实验，数据分析见表2。

表2 浸出原液加入氢氧化钠除铁后分析数据 mg·L-1

C1 为除杂前的钒液，C2 为加热除杂后的钒液，C3 为不加热除杂后的钒液，由表2 中数据可知，加入氢氧化钠后，C2 和C3 杂质铁元素质量浓度都有明显的降低，但加热浸出原液的除杂效果比不加热浸出的效果更好。

2.3 钒液除Si 和P 研究

钒液除硅和磷采用硫酸铝作为除杂剂，并使用1‰的聚丙烯酰胺（PAM）絮凝溶液与之配合，以降低钒泥沉降时间，提高钒液澄清度。分别取样品1#和4#钒液2 000 mL，加入硫酸铝及PAM，记录钒泥沉降时间。钒液除杂净化后，检测钒液中钒及各杂质质量浓度，结果见表3、表4、表5、表6。

表3 样品Y1 钒液处理检测结果

表4 样品Y2 钒液处理检测结果

表5 样品Y3 钒液处理检测结果

表6 样品Y4 钒液处理检测结果

综合以上表格分析数据可知，使用絮凝助凝剂能显著解决钒液澄清速度问题，在达到相同净化效果情况下，使用絮凝助凝剂后可以明显降低硫酸铝的使用量。为保证净化后钒液不带入新的杂质，铝盐选用硫酸铝，除杂剂硫酸铝的加入，不但可以除去钒液中的硅元素，还可进一步除去钒液中的磷元素。

3 工艺参数调节

在沉淀过程中稀释钒液质量浓度至27 g·L-1左右，沉淀加铵系数为0.9，加酸后pH 值调至2.1，在水洗过滤工序将60 m2立式压滤机洗水时间550 s，20 m2立式压滤机洗水时间350 s，水洗温度不得低于70 ℃，风干时间300 s，控制20 m2压滤机料层厚度1.0～1.5 cm，60 m2压滤机料层厚度1.5～2.0 cm，高纯钒酸铵合格率达到90%以上，多钒酸铵成分如表7所示。

表7 多钒酸铵成分

4 结论

通过改进新型过滤系统、含钒浆料杂质过滤装置、湿球磨筛分装置，经过二次过滤，最终实现钒液浓度稳定及杂质低的钒液制备。采用了铝法净化和新型絮凝剂去除钒液中硅、磷等杂质新工艺，降低了沉淀钒液中杂质质量分数，成功制得品位89%以上、杂质氧化钾和氧化钠质量分数小于0.30%的高纯多钒酸铵，为制备高品质的氧化钒产品提供了不可或缺的原料。