一种利用废弃钒电解液制备硫酸氧钒的方法技术

本发明专利技术提供了一种利用废弃钒电解液制备硫酸氧钒的方法。所述方法包括步骤：确定体积为V的高价钒电池正极电解液中V4+浓度C1、V5+浓度C2和硫酸根离子SO42‑浓度CS；加入V2O5，V2O5物质的量n的范围根据C1、C2和CS和V来确定；加入还原剂进行还原反应，反应结束后，过滤；将所得溶液进行脱水结晶，制得硫酸氧钒晶体。本发明专利技术的方法可以完全实现钒电池电解液循环利用，有效降低钒电池运行成本，可使钒回收率大于90％，且方法操作简单易行。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及钒化工领域，更具体地讲，涉及一种利用废弃的高价钒电池正极电解液制备硫酸氧钒的方法。
技术介绍
随着新能源的发展，钒电池作为大有前景的储能电池广受关注。钒电池电解液是钒电池的重要组成部分，是电池的能量载体，钒电池的储能关键在电解液，而长期运行中的会发生正负极不匹配，能量失衡导致不能继续运行的问题，增加了运行成本，随着钒电池领域的发展，废弃电解液的回收利用开始成为钒电池产业的关注问题。现有的利用废弃电解液回收制备硫酸氧钒的方法有添加五氧化二钒后再电解(参考公开号为CN105406098A的中国专利“利用失效钒电池电解液制备硫酸氧钒的方法”)，和先制成五氧化二钒再用有机试剂还原(参考公开号为CN102983346A的中国专利“一种利用失效的钒电池用电解液制取硫酸氧钒的方法”)，这两种操作工艺复杂，流程长成本高，不能大规模应用。
技术实现思路
针对现有技术中存在的不足，本专利技术的目的之一在于解决上述现有技术中存在的一个或多个问题。例如，本专利技术的目的之一在于提供一种能够批量回收利用废电解液，实现电解液的循环利用的方法。为了实现上述目的，本专利技术提供了一种利用废弃钒电解液制备硫酸氧钒的方法。所述方法包括步骤：确定体积为V的高价钒电池正极电解液中V4+浓度C1、V5+浓度C2和硫酸根离子SO42-浓度CS；加入V2O5，V2O5物质的量n的范围根据C1、C2和CS和V来确定；加入还原剂进行还原反应；过滤；对滤液进行脱水结晶，制得硫酸氧钒晶体。与现有技术相比，根据本专利技术的方法可以完全实现钒电池电解液循环利用，有效降低钒电池运行成本，可使钒回收率大于90％，且方法操作简单易行。具体实施方式在下文中，将结合示例性实施例详细地描述根据本专利技术的利用废弃钒电解液(即废弃的钒电池电解液)制备硫酸氧钒的方法。钒电池由于长时间运行，会产生钒离子迁移、负极二价钒离子氧化、负极析氢等，导致正负极电解液浓度不等，能量不匹配，尤其表现为正极五价钒离子过剩，甚至降低电解液粘度、产生沉淀等，影响到电池的正常运行，所以废弃电解液的处理主要为高价钒正极电解液(又称高价钒电池正极电解液)的处理，正极电解液储能时钒为四价与五价并存，高价钒电池正极电解液是指四五价混合的正极液。根据本专利技术的利用废弃钒电解液制备硫酸氧钒的方法是在废弃的高价钒电池正极电解液(又称为废弃钒电解液、废弃钒电池电解液或失效钒电池电解液)中加入五氧化二钒，然后加入还原剂，通过氧化还原反应将钒离子由高价态V5+还原为低价态V4+，再对所得溶液进行脱水结晶，从而得到硫酸氧钒晶体。在本专利技术的一个示例性实施例中，本专利技术的利用废弃钒电解液制备硫酸氧钒的方法包括步骤：确定体积为V的高价钒电池正极电解液中全钒含量、V4+浓度C1、V5+浓度C2和硫酸根离子SO42-浓度CS；向高价钒电池正极电解液中加入V2O5，V2O5物质的量n的范围根据C1、C2和CS和V来确定；加入还原剂进行还原反应；过滤；对滤液进行脱水结晶，得到硫酸氧钒晶体。在本实施例中，以高价钒电池正极电解液为原料，通过电位滴定法、紫外分光光度法或化学法来确定高价钒电池正极电解液中全钒含量、V4+浓度C11、V5+浓度C12和硫酸根离子SO42-浓度CS。在本实施例中，向高价钒电池正极电解液中加入V2O5，加入时机为还原剂加入之前，V2O5物质的量n的范围根据下式确定：0≤n≤(CS-C2/2-C1)×V，其中，n的单位是mol，V的单位是L，C1、C2和CS的单位是mol/L。在本实施例中，还原剂在常温(室温，如25度)下加入，还原剂的加入量根据C12、V和n来确定，即根据高价钒电池正极电解液中五价钒离子V5+和加入V2O5的量来确定，还原剂在保证将V5+还原为V4+的前提下稍过量。还原反应的终点为溶液变为纯蓝色，还原反应温度不超过90℃，优选的，还原温度为60～80℃。还原反应时间与其他反应条件有关，其根据反应物的种类、量及浓度来确定，即固定反应条件后来确定反应时间。固体V2O5与高价钒电池正极电解液先加入反应釜，然后混合之后通入还原剂，其中气体还原剂的加入贯穿整个还原反应过程，不是一次性加入；还原剂包括S、SO2、H2S、H2O2、H2SO3和H2C2O4中的至少一种；还原反应结束后，过滤所得残渣返回下一次还原步骤，过滤所得残渣含有部分残余V2O5和/或其他固态杂质。将过滤后所得滤液进行脱水结晶过程为：将过滤后所得滤液进行加热浓缩或降温结晶，结晶析出硫酸氧钒晶体；优选地，在真空条件下进行加热浓缩，其中真空度0.05～0.09Mpa；脱水结晶后所得溶液返回下一次还原步骤。在本实施例中，废弃电解液为高价钒电池正极电解液，废弃电解液中全钒离子浓度为1.5～2.0mol/L，硫酸根离子浓度为4.0～5.0mol/L。制得硫酸氧钒晶体杂质元素含量小于1％，硫酸含量及结晶水含量随物料加入成分有波动，硫酸含量小于30％，结晶水含量小于40％，单次钒回收率大于90％，全流程无钒损失。为了更好地理解本专利技术的上述示例性实施例，下面结合具体示例对其进行进一步说明。示例1取体积V为5L的高价钒电池正极电解液，用电位滴定法测得电解液中全钒含量为1.7mol/L，V4+浓度C1为0.7mol/L，V5+浓度C2为1.0mol/L，硫酸根SO42-浓度CS为4.1mol/L。在常温下通入过量SO2气体，反应4h后溶液变为蓝色，溶液过滤后在真空条件下加热浓缩，得到硫酸氧钒晶体，钒的回收率为95％，所得晶体中H2SO4含量为21％，结晶水含量为35％。示例2取体积V为5L的高价钒电池正极电解液，用化学法测得电解液中全钒含量为1.7mol/L，V4+浓度C11为0.7mol/L，V5+浓度C2为1.0mol/L，硫酸根SO42-浓度CS为4.1mol/L。在电解液中加入1kgV2O5，其中V2O5物质的量n根据下式确定范围：0≤n≤(CS-C2/2-C1)×V，即0≤n≤14.5mol，相应的V2O5质量范围是0～2.6kg。在常温下加入过量S，反应8h后溶液变为蓝色，溶液过滤后在真空条件下加热浓缩，得到硫酸氧钒晶体，钒的回收率为92％，所得晶体中H2SO4含量为10％，结晶水含量为38％。示例3取体积V为5L的高价钒电池正极电解液，用紫外分光光度法测得电解液中全钒含量为1.7mol/L，V4+浓度C11为0.7mol/L，V5+浓度C2为1.0mol/L，硫酸根SO42-浓度CS为4.1mol/L。在电解液中加入2.5kgV2O5，其中V2O5物质的量n根据下式确定范围：0≤n≤(CS-C2/2-C1)×V，即0≤n≤14.5mol，相应的V2O5质量范围是0～2.6kg。在常温下通入过量H2S气体，反应8h后溶液变为蓝色，溶液过滤后在真空条件下加热浓缩，得到硫酸氧钒晶体，钒的回收率为90％，所得晶体中H2SO4含量为0％，结晶水含量为38％。示例4取体积V为5L的高价钒电池正极电解液，用紫外分光光度法测得电解液中全钒含量为1.8mol/L，V4+浓度C11为0.9mol/L，V5+浓度C2为0.9mol/L，硫酸根SO42-浓度CS为4.5mol/L。在电解液中加入1.5kgV2O5，其中V2O5物本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用废弃钒电解液制备硫酸氧钒的方法，所述废弃电解液为高价钒电池正极电解液，其特征在于，所述方法包括如下步骤：确定体积为V的高价钒电池正极电解液中V4+浓度C1、V5+浓度C2和硫酸根离子SO42‑浓度CS；加入V2O5，V2O5物质的量n的范围根据C1、C2、CS和V来确定；加入还原剂进行还原反应；过滤；对滤液进行脱水结晶，得到硫酸氧钒晶体。

【技术特征摘要】
1.一种利用废弃钒电解液制备硫酸氧钒的方法，所述废弃电解液为高价钒电池正极电解液，其特征在于，所述方法包括如下步骤：确定体积为V的高价钒电池正极电解液中V4+浓度C1、V5+浓度C2和硫酸根离子SO42-浓度CS；加入V2O5，V2O5物质的量n的范围根据C1、C2、CS和V来确定；加入还原剂进行还原反应；过滤；对滤液进行脱水结晶，得到硫酸氧钒晶体。2.根据权利要求1所述的利用废弃钒电解液制备硫酸氧钒的方法，其特征在于，所述还原反应的反应温度为60～80℃。3.根据权利要求1所述的利用废弃钒电解液制备硫酸氧钒的方法，其特征在于，所述高价钒电池正极电解液中全钒离子浓度为1.5～2.0mol/L，硫酸根离子浓度为4.0～5.0mol/L。4.根据权利要求1所述的利用废弃钒电解液制备硫酸氧钒的方法，其特征在于，所述脱水结晶过程为：对过滤后所得滤液进行加热浓缩，结晶析出硫酸氧钒晶体。5.根据权利要求4所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹敏，彭穗，汪南方，龙秀丽，李道玉，刘波，陈勇，韩慧果，陈婷，
申请(专利权)人：攀钢集团攀枝花钢铁研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：四川;51