本發(fā)明屬于濕法冶金提釩領(lǐng)域，具體涉及一種利用電容去離子技術(shù)分離富集五價(jià)釩的方法。

背景技術(shù)：

電容去離子法是是一種基于雙電層電容理論的水質(zhì)淡化凈化技術(shù)，它被廣泛運(yùn)用于海水淡化、工農(nóng)業(yè)用水除鹽和生活用水除鹽。例如公開(kāi)號(hào)為cn104909439a的專(zhuān)利介紹了一種含鹽廢水的電吸附除鹽方法，通過(guò)對(duì)含鹽廢水進(jìn)行電吸附處理達(dá)到除鹽的效果。但電容去離子技術(shù)缺乏在金屬離子分離富集方面的應(yīng)用。

石煤是我國(guó)特有的一種含釩資源，清潔高效地從石煤中提取釩一直是學(xué)者們的研究熱點(diǎn)。焙燒-酸浸提釩工藝由于具有釩回收率高、對(duì)礦石適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn)，是目前石煤提釩領(lǐng)域廣泛采用的工藝之一。在焙燒過(guò)程中，有部分釩被氧化至五價(jià)而進(jìn)入浸出液。由于石煤中含釩少，導(dǎo)致酸浸液中釩濃度較低，雜質(zhì)較多，不利于后續(xù)沉釩作業(yè)。公開(kāi)號(hào)為106350671a的專(zhuān)利介紹了一種從石煤酸浸液中凈化富集釩的方法，通過(guò)調(diào)節(jié)ph值、還原、萃取、洗滌、反萃取等步驟從石煤提釩酸浸液中分離富集釩，其中萃取、洗滌、反萃取是從酸浸液中分離富集釩的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，這一過(guò)程操作復(fù)雜，而且使用了大量萃取劑，成本較高，另外生產(chǎn)過(guò)程中不可避免地會(huì)發(fā)生萃取劑的流失，對(duì)環(huán)境污染較大。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種操作簡(jiǎn)單、能耗低、藥劑用量較少、環(huán)境友好的釩分離富集技術(shù)，達(dá)到從含釩溶液中分離富集釩的目的。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案的具體步驟是：利用電容去離子技術(shù)分離富集五價(jià)釩的方法，其特征在于所述方法的步驟是：

(1)制備負(fù)載碳材料：將碳材料與萃取劑按固液比(g/ml)1:10～100混合，超聲攪拌1～3h，攪拌轉(zhuǎn)速為40～70r/min，經(jīng)固液分離，將所得的固體用固體質(zhì)量10～15倍的純水進(jìn)行洗滌，然后將洗滌后的固體在40～65℃下真空干燥3～7h，得到負(fù)載碳材料；

(2)制備電極板：取步驟(1)中得到的負(fù)載碳材料，加入負(fù)載碳材料質(zhì)量9％～17％的粘結(jié)劑，再按照負(fù)載碳材料與有機(jī)溶劑的固液比(g/ml)1:3～8加入有機(jī)溶劑，超聲攪拌1～2h，攪拌轉(zhuǎn)速120～130r/min，得到負(fù)載碳材料漿體，再將負(fù)載材料漿體均勻噴覆或涂抹在集電極兩面，然后將集電極在40～65℃下真空干燥3～5h，得到電極板；

(3)處理含釩溶液：將多組電極板按間距0.3～0.7cm平行置于電容去離子模塊中，將平行排列的電極板分別接通到直流電源正負(fù)極上，設(shè)定直流電源電壓為0.5～1.7v，然后將待處理的含五價(jià)釩溶液通入電容去離子模塊中進(jìn)行處理，控制含五價(jià)釩溶液在平行電極板間的流速為20～60cm/min，流出電容去離子模塊的含五價(jià)釩溶液又通入電容去離子模塊進(jìn)行循環(huán)處理；

(4)五價(jià)釩的脫附：當(dāng)電極板達(dá)到吸附飽和后，將電容去離子模塊中的含五價(jià)釩溶液排凈，再通入0.2～0.5mol/l的鹽酸，去除雜質(zhì)離子，再然后分別將連接到直流電源正負(fù)極的電極板短接或反接，然后再將0.3～0.6mol/l碳酸鈉通入到電容去離子模塊中，流出電容去離子模塊的溶液又通入電容去離子模塊進(jìn)行循環(huán)脫附處理，得到富釩液。

按上述方案，所述步驟(1)中的碳材料為活性炭、碳?xì)饽z、碳納米管、介孔碳、碳納米纖維中的一種或幾種。

按上述方案，所述步驟(1)中的萃取劑為三脂肪胺類(lèi)萃取劑，所述萃取劑體積分?jǐn)?shù)為10％～30％，用于稀釋萃取劑的溶劑劑為乙醇、乙醚、丙酮、石油醚中的一種或幾種。

按上述方案，所述三脂肪胺類(lèi)萃取劑為n235、n263或n1923。

按上述方案，所述步驟(2)中的粘結(jié)劑為聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯中的一種，溶劑為二甲基乙酰胺、二甲基甲酰胺、乙醇中的一種，集電極為高純石墨片或涂層鈦電極板。

按上述方案，所述的含釩溶液ph為1.5～2.5，溶液中釩以五價(jià)態(tài)的陰離子形式存在，釩濃度(以元素計(jì))為500～3000mg/l，雜質(zhì)離子鐵濃度為50～5000mg/l，鋁濃度為500～10000mg/l，磷濃度(以元素計(jì))50～1000mg/l。

本發(fā)明將萃取與電容去離子技術(shù)結(jié)合，提出一種新的從含釩溶液中分離富集五價(jià)釩的方法，通過(guò)基于具有特性吸附作用的負(fù)載萃取劑的電極板的電容去離子技術(shù)對(duì)含釩溶液進(jìn)行處理，達(dá)到分離富集釩的目的。其具體原理為：在含釩溶液中，五價(jià)釩以陰離子形式存在，鐵、鋁以陽(yáng)離子形式存在，在電場(chǎng)作用下，不同的帶電離子分別移向不同的電極，實(shí)現(xiàn)釩與鐵、鋁的分離。另外電極材料中還包含有萃取劑，萃取劑在吸附固定離子的時(shí)候，由于其自身的選擇性和碳材料的選擇性，使釩與磷分開(kāi)，最終實(shí)現(xiàn)分離釩的目的。

本發(fā)明的有益效果在于：本發(fā)明主要基于負(fù)載碳材料電極電容去離子對(duì)含釩溶液中不同離子的吸附差異達(dá)到對(duì)釩進(jìn)行分離富集的目的。本發(fā)明由于采用的是電容去離子方法，因此具有流程較短，操作簡(jiǎn)單的特點(diǎn)，負(fù)載萃取劑的碳電極對(duì)釩和雜質(zhì)離子具有很好的分離效果；處理過(guò)程中通電電壓僅為0.5～1.7v，且吸附過(guò)程無(wú)氧化還原反應(yīng)，故能耗低；吸附處理過(guò)程不需要使用化學(xué)試劑，故藥劑消耗量較小，對(duì)環(huán)境友好。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的一種工藝流程框圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述，并非對(duì)其保護(hù)范圍的限制：

實(shí)施例1：

一種利用電容去離子技術(shù)分離富集五價(jià)釩的方法，其處理工藝的具體步驟如圖1所示。

(1)制備負(fù)載活性炭：將10g的活性炭和100ml體積分?jǐn)?shù)為15～22％的n235中，50～60r/min超聲攪拌1.5～2h，經(jīng)固液分離，將所得的固體用固體質(zhì)量12～13倍的純水進(jìn)行洗滌，然后將洗滌后的固體在50～60℃下真空干燥4.5～5.5h，得到負(fù)載n235的活性炭；

(2)制備電極板：取步驟(2)中得到的5g負(fù)載活性炭，加入0.5～0.6g的粘結(jié)劑聚偏氟乙烯(pvdf)，25～30ml的溶劑二甲基乙酰胺(dmac)，125r/min超聲攪拌1.5h得到負(fù)載活性炭漿體，再將負(fù)載活性炭漿體噴覆在集電極高純石墨片的兩面，然后將集電極在48～55℃下真空干燥3.5～4.7h，得到電極板；

(3)處理含釩溶液液：將5組(每組分為正負(fù)兩極)電極板以極板間距0.5cm平行置于電容去離子模塊中，將平行排列的電極板分別接通到直流電源正負(fù)極上，設(shè)定直流電源電壓為1.5v，將待處理的含釩溶液通入電容去離子模塊進(jìn)行處理，控制含釩溶液在平行電極板間的流速為20～35cm/min，流出電容去離子模塊的含釩溶液又通入電容去離子模塊進(jìn)行循環(huán)處理，含釩溶液的體積為1000ml，釩濃度為1890mg/l，鐵濃度為1327mg/l，鋁濃度為6799mg/l，磷濃度523mg/l，含釩溶液ph為1.5。

(4)五價(jià)釩的脫附：當(dāng)電極板達(dá)到吸附飽和后，將電容去離子模塊中的含釩溶液排凈，通入0.2～0.3mol/l的鹽酸，去除雜質(zhì)離子，再分別將連接到直流電源正負(fù)極的電極板短接或反接，再然后再將0.3～0.4mol/l碳酸鈉通入到電容去離子模塊中，流出電容去離子模塊的溶液又通入電容去離子模塊進(jìn)行循環(huán)脫附處理，得到富釩液。

本實(shí)施例對(duì)含釩溶液處理情況如下表所示。

實(shí)施例2：

一種利用電容去離子技術(shù)分離富集五價(jià)釩的方法，其處理工藝的具體步驟如圖1所示：

(1)制備負(fù)載活性炭：將10g的碳納米管加入100ml體積分?jǐn)?shù)為10～15％的n1923中，40～50r/min超聲攪拌1～1.5h，經(jīng)固液分離，將所得的固體用固體質(zhì)量10～11.5倍的純水洗滌，然后將洗滌后的固體在40～50℃下真空干燥3～4h，得到負(fù)載n1923的碳納米管。

(2)制備電極板：取步驟(2)中得到的5g負(fù)載碳納米管，加入0.45～0.5g的粘結(jié)劑聚偏氟乙烯(pvdf)，15～25ml的溶劑二甲基乙酰胺(dmac)，120r/min超聲攪拌1h得到負(fù)載碳納米管漿體，再將負(fù)載碳納米管漿體噴覆在集電極涂層鈦電極的兩面，然后將集電極在55～65℃下真空干燥3～3.5h，得到電極板。

(3)處理含釩溶液：將6組(每組分為正負(fù)兩極)電極板以極板間距0.3cm平行置于電容去離子模塊中，將平行排列的電極板分別接通到直流電源正負(fù)極上，設(shè)定直流電源電壓為1.3v，將待處理的含釩溶液通入電容去離子模塊進(jìn)行處理，控制含釩溶液在平行電極板間的流速為35～50cm/min，流出電容去離子模塊的含釩溶液又通入電容去離子模塊進(jìn)行循環(huán)處理，含釩溶液的體積為1500ml，釩濃度為2793mg/l，鐵濃度為4624mg/l，鋁濃度為9351mg/l，磷濃度為644mg/l，含釩溶液ph為2。

(4)五價(jià)釩的脫附：當(dāng)電極板達(dá)到吸附飽和后，將電容去離子模塊中的含釩溶液排凈，通入0.3～0.4mol/l的鹽酸，去除雜質(zhì)離子，再然后分別將連接到直流電源正負(fù)極的電極板短接或反接，然后再將0.4～0.5mol/l碳酸鈉通入到電容去離子模塊中，流出電容去離子模塊的溶液又通入電容去離子模塊進(jìn)行循環(huán)脫附處理，得到富釩液。

本實(shí)施例對(duì)含釩溶液處理情況如下表所示。

實(shí)施例3：

一種利用電容去離子技術(shù)分離富集五價(jià)釩的方法，其處理工藝的具體步驟如圖1所示：

(1)制備負(fù)載碳納米纖維：將10g的碳納米纖維，加入100ml體積分?jǐn)?shù)為10～15％的n263中，40～50r/min超聲攪拌1～1.5h，經(jīng)固液分離，將所得的固體用固體質(zhì)量10～11.5倍的純水洗滌，然后將洗滌后的固體在40～50℃下真空干燥3～4h，得到負(fù)載n263的碳納米纖維。

(2)制備電極板：取步驟(2)中得到的5g負(fù)載碳納米纖維，加入0.45～0.5的粘結(jié)劑聚偏氟乙烯pvdf，15～25ml的溶劑二甲基乙酰氨dmac，120r/min超聲攪拌1h，得到負(fù)載萃取劑材料漿體，再將負(fù)載萃取劑材料漿體噴覆在集電極高純石墨片的兩面，然后將集電極在55～65℃下真空干燥3～3.5h，得到電極板。

(3)處理含釩溶液：將10組(每組分為正負(fù)兩極)電極板以極板間距0.7cm平行置于電容去離子模塊中，將平行排列的電極板分別接通到直流電源正負(fù)極上，設(shè)定直流電源電壓為1.7v，將待處理的含釩溶液通入電容去離子模塊進(jìn)行處理，控制含釩溶液在平行電極板間的流速為50～60cm/min，流出電容去離子模塊的含釩溶液又通入電容去離子模塊進(jìn)行循環(huán)處理，含釩溶液的體積為1000ml，釩濃度為550mg/l，鐵濃度為2915mg/l，鋁濃度為2307mg/l，磷濃度220mg/l，含釩溶液ph為2.5。

(4)五價(jià)釩的脫附：當(dāng)電極板達(dá)到吸附飽和后，將電容去離子模塊中的含釩溶液排凈，通入0.2～0.3mol/l的鹽酸，去除雜質(zhì)離子，再分別將連接到直流電源正負(fù)極的電極板短接或反接，然后再將0.5～0.6mol/l碳酸鈉通入到電容去離子模塊中，流出電容去離子模塊的溶液又通入電容去離子模塊進(jìn)行循環(huán)脫附處理，得到富釩液。

本實(shí)施例對(duì)酸浸液處理情況如下表所示

采用上述技術(shù)方案，本發(fā)明主要基于負(fù)載碳材料電極電容去離子對(duì)含五價(jià)釩溶液中不同離子的吸附差異達(dá)到對(duì)釩進(jìn)行分離富集的目的。本發(fā)明由于采用的是電容去離子方法，因此具有流程較短，操作簡(jiǎn)單的特點(diǎn)，負(fù)載萃取劑的碳電極對(duì)釩和雜質(zhì)離子具有很好的分離效果；處理過(guò)程中通電電壓僅為0.5～1.7v，且吸附過(guò)程無(wú)氧化還原反應(yīng)，故能耗低；吸附處理過(guò)程不需要使用化學(xué)試劑，故藥劑消耗量較小，對(duì)環(huán)境友好。