一種釩電池電解液的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種釩電池電解液的制備方法，具體步驟如下：將釩渣用稀硫酸酸浸，得到釩浸出液；然后利用皂化劑對(duì)稀釋后的有機(jī)磷酸類萃取劑進(jìn)行皂化、萃取；制備轉(zhuǎn)型后的陰離子交換樹脂；用轉(zhuǎn)型后的陰離子交換樹脂吸附萃取后的浸出液中的五價(jià)釩至吸附飽和；還原五價(jià)釩。本發(fā)明省去了傳統(tǒng)工藝中氫氧化鈉溶液解析、除雜、錢鹽沉釩、干燥、鍛燒脫氨、粉釩溶解等工藝過程，簡化了生產(chǎn)工藝，生產(chǎn)過程中不產(chǎn)生污水，洗滌水可循環(huán)使用，即在浸出釩過程中，洗滌釩渣的洗滌水可繼續(xù)用來提釩，循環(huán)使用，約了生產(chǎn)時(shí)間，生產(chǎn)成本大幅降低，工作環(huán)境大幅改善，而且制備過程不引入其他雜質(zhì)，產(chǎn)品純度大幅提高。
【專利說明】
一種釩電池電解液的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明涉及一種釩電池用電解液，具體是一種釩電池電解液的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]釩電池全稱為全釩氧化還原液流電池，是一種活性物質(zhì)呈循環(huán)流動(dòng)液態(tài)的氧化還原電池。釩電池是一種非常具有發(fā)展前景的綠色環(huán)保儲(chǔ)能電池，它在制造、使用和廢棄過程中均不產(chǎn)生有害物質(zhì)。具有特殊的電池結(jié)構(gòu)，其活性物質(zhì)貯存在電堆外部的儲(chǔ)液罐中，釩電池與傳統(tǒng)的固相蓄電池相比，具有濃差極化小、電池容量大且容易調(diào)整、壽命長、能耐受大電流充放、活性溶液可再生循環(huán)使用、不會(huì)產(chǎn)生污染環(huán)境的廢棄物等優(yōu)勢，生產(chǎn)制造成本低，僅為鉛蓄電池的20-30 % ο釩電池成本與鉛酸電池相近，它還可制備兆瓦級(jí)電池組，大功率長時(shí)間提供電能，因此釩電池在大規(guī)模儲(chǔ)能領(lǐng)域具有鏗離子電池、鎳氫電池不可比擬的性價(jià)比優(yōu)勢。釩電池生產(chǎn)工藝簡單，價(jià)格經(jīng)濟(jì)，電性能優(yōu)異，與制造復(fù)雜、價(jià)格昂貴的燃料電池相比，無論是在大規(guī)模儲(chǔ)能還是電動(dòng)汽車動(dòng)力電源的應(yīng)用前景方面，都更具競爭實(shí)力。
[0003]釩電池是目前發(fā)展勢頭強(qiáng)勁的優(yōu)秀綠色環(huán)保蓄電池之一，它的制造、使用及廢棄過程均不產(chǎn)生有害物質(zhì)，它具有特殊的電池結(jié)構(gòu)，可深度大電流密度放電；充電迅速；比能量高;價(jià)格低廉;應(yīng)用領(lǐng)域十分廣闊:如可作為大廈、機(jī)場、程控交換站備用電源;可作為太陽能等清潔發(fā)電系統(tǒng)的配套儲(chǔ)能裝置;為潛艇、遠(yuǎn)洋輪船提供電力以及用于電網(wǎng)調(diào)峰等。
[0004]釩電解液常用的制備方法主要分為化學(xué)法和電化學(xué)法兩種?；瘜W(xué)法是指用釩的氧化物或化合物在一定的硫酸溶液中通過加熱或加入一定量的還原劑的方法生產(chǎn)出釩電池用的釩/硫酸混合電解液。電化學(xué)法是直接將穩(wěn)定劑與五氧化二釩和硫酸加入電解槽中電解制備出性能相對(duì)穩(wěn)定的各價(jià)態(tài)釩電解液，電解液中釩離子濃度也可以達(dá)到0.25-1 OmoI/L，滿足不同濃度的釩電池需求。
[0005]化學(xué)法和電化學(xué)都需要采用傳統(tǒng)的釩渣提釩工藝或石煤提釩工藝，將釩從浸出液中沉淀后經(jīng)過濾水洗分離，然后高溫鍛燒或用SO2XOSH2等劇毒或易燃?xì)怏w還原制備V2O5,導(dǎo)致生產(chǎn)成本增加，而且V2O5在溶解加料制備釩電池電解液過程中毒性粉塵對(duì)操作者會(huì)造成巨大傷害，污染也較大。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0006]本發(fā)明的目的在于提供一種成本低、穩(wěn)定性好的釩電池電解液的制備方法，以解決上述【背景技術(shù)】中提出的問題。
[0007]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案:
[0008]—種釩電池電解液的制備方法，具體步驟如下:
[0009](I)將釩渣用稀硫酸酸浸，得到釩濃度為l-5mol/L的釩浸出液；
[0010](2)按體積比，取有機(jī)磷酸類萃取劑:稀釋劑=1:4-6，稀釋有機(jī)磷酸類萃取劑，然后利用皂化劑對(duì)稀釋后的有機(jī)磷酸類萃取劑進(jìn)行皂化，第一階段皂化度15-25%，萃取步驟
(I)得到的釩浸出液，第二階段皂化度35-45%，再萃??；
[0011](3)將陰離子交換樹脂用1-2倍樹脂體積的2-4mol/L的硫酸水溶液轉(zhuǎn)型，得到轉(zhuǎn)型后的陰離子交換樹脂；
[0012](4)用轉(zhuǎn)型后的陰離子交換樹脂吸附步驟(2)中萃取后的浸出液中的五價(jià)釩至吸附飽和；
[0013](5)將氣體還原劑通入l_2mol/L硫酸水溶液中，直至氣體還原劑在硫酸水溶液中達(dá)到飽和溶解度，按照陰離子交換樹脂體積1-2倍的加料量、0.5-1倍樹脂體積/小時(shí)的加料速度還原解吸陰離子交換樹脂吸附的五價(jià)釩，得到解吸液；
[0014](6)向解吸液中通入氣體還原劑，直至解吸液中氣體還原劑達(dá)到飽和溶解度，再還原解吸陰離子交換樹脂吸附飽和的五價(jià)釩，共重復(fù)2-6次得到釩電池電解液。
[0015]作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案:所述有機(jī)磷酸類萃取劑為二(2-乙基己基)磷酸、2-乙基己基磷酸-2-乙基己基酯、磷酸二異辛酯或磷酸三丁酯中的至少一種。
[0016]作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案:所述陰離子交換樹脂是0816、0815、0201、0290、0301型陰離子交換樹脂中的任意一種。
[0017]作為本發(fā)明再進(jìn)一步的方案:所述氣體還原劑為一氧化碳、氫氣、二氧化硫、臭氧或硫化氫中的至少一種。
[0018]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:
[0019]本發(fā)明省去了傳統(tǒng)工藝中氫氧化鈉溶液解析、除雜、錢鹽沉釩、干燥、鍛燒脫氨、粉釩溶解等工藝過程，簡化了生產(chǎn)工藝，生產(chǎn)過程中不產(chǎn)生污水，洗滌水可循環(huán)使用，即在浸出釩過程中，洗滌釩渣的洗滌水可繼續(xù)用來提釩，循環(huán)使用，約了生產(chǎn)時(shí)間，生產(chǎn)成本大幅降低，工作環(huán)境大幅改善，而且制備過程不引入其他雜質(zhì)，產(chǎn)品純度大幅提高。
【具體實(shí)施方式】
[0020]下面結(jié)合【具體實(shí)施方式】對(duì)本專利的技術(shù)方案作進(jìn)一步詳細(xì)地說明。
[0021]實(shí)施例1
[0022]—種釩電池電解液的制備方法，具體步驟如下:
[0023](I)將釩渣用稀硫酸酸浸，得到釩濃度為lmol/L的釩浸出液；
[0024](2)按體積比，取有機(jī)磷酸類萃取劑:稀釋劑= 1:4，稀釋有機(jī)磷酸類萃取劑，然后利用皂化劑對(duì)稀釋后的有機(jī)磷酸類萃取劑進(jìn)行皂化，第一階段皂化度15 %，萃取步驟(I)得到的釩浸出液，第二階段皂化度35%，再萃取;所述有機(jī)磷酸類萃取劑為二 (2-乙基己基)磷酸；
[0025](3)將陰離子交換樹脂用I倍樹脂體積的2mol/L的硫酸水溶液轉(zhuǎn)型，得到轉(zhuǎn)型后的陰離子交換樹脂;所述陰離子交換樹脂是D816型陰離子交換樹脂；
[0026](4)用轉(zhuǎn)型后的陰離子交換樹脂吸附步驟(2)中萃取后的浸出液中的五價(jià)釩至吸附飽和；
[0027](5)將氣體還原劑通入lmol/L硫酸水溶液中，直至氣體還原劑在硫酸水溶液中達(dá)到飽和溶解度，按照陰離子交換樹脂體積I倍的加料量、0.5倍樹脂體積/小時(shí)的加料速度還原解吸陰離子交換樹脂吸附的五價(jià)釩，得到解吸液;所述氣體還原劑為一氧化碳；
[0028](6)向解吸液中通入氣體還原劑，直至解吸液中氣體還原劑達(dá)到飽和溶解度，再還原解吸陰離子交換樹脂吸附飽和的五價(jià)釩，共重復(fù)2次得到釩電池電解液。
[0029]實(shí)施例2
[0030]—種釩電池電解液的制備方法，具體步驟如下:
[0031](I)將釩渣用稀硫酸酸浸，得到釩濃度為2mol/L的釩浸出液；
[0032](2)按體積比，取有機(jī)磷酸類萃取劑:稀釋劑=1:4.5，稀釋有機(jī)磷酸類萃取劑，然后利用皂化劑對(duì)稀釋后的有機(jī)磷酸類萃取劑進(jìn)行皂化，第一階段皂化度18 %，萃取步驟(I)得到的釩浸出液，第二階段皂化度38%，再萃取;所述有機(jī)磷酸類萃取劑為2-乙基己基磷酸-2-乙基己基酯；
[0033](3)將陰離子交換樹脂用1.2倍樹脂體積的2.5mol/L的硫酸水溶液轉(zhuǎn)型，得到轉(zhuǎn)型后的陰離子交換樹脂;所述陰離子交換樹脂是D815型陰離子交換樹脂；
[0034](4)用轉(zhuǎn)型后的陰離子交換樹脂吸附步驟(2)中萃取后的浸出液中的五價(jià)釩至吸附飽和；
[0035](5)將氣體還原劑通入1.2mol/L硫酸水溶液中，直至氣體還原劑在硫酸水溶液中達(dá)到飽和溶解度，按照陰離子交換樹脂體積1.2倍的加料量、0.6倍樹脂體積/小時(shí)的加料速度還原解吸陰離子交換樹脂吸附的五價(jià)釩，得到解吸液;所述氣體還原劑為氫氣；
[0036](6)向解吸液中通入氣體還原劑，直至解吸液中氣體還原劑達(dá)到飽和溶解度，再還原解吸陰離子交換樹脂吸附飽和的五價(jià)釩，共重復(fù)3次得到釩電池電解液。
[0037]實(shí)施例3
[0038]—種釩電池電解液的制備方法，具體步驟如下:
[0039](I)將釩渣用稀硫酸酸浸，得到釩濃度為3mol/L的釩浸出液；
[0040](2)按體積比，取有機(jī)磷酸類萃取劑:稀釋劑= 1:5，稀釋有機(jī)磷酸類萃取劑，然后利用皂化劑對(duì)稀釋后的有機(jī)磷酸類萃取劑進(jìn)行皂化，第一階段皂化度20 %，萃取步驟(I)得到的釩浸出液，第二階段皂化度40%，再萃取;所述有機(jī)磷酸類萃取劑為磷酸二異辛酯或磷酸三丁酯；
[0041](3)將陰離子交換樹脂用1.5倍樹脂體積的3mol/L的硫酸水溶液轉(zhuǎn)型，得到轉(zhuǎn)型后的陰離子交換樹脂;所述陰離子交換樹脂是D201型陰離子交換樹脂；
[0042](4)用轉(zhuǎn)型后的陰離子交換樹脂吸附步驟(2)中萃取后的浸出液中的五價(jià)釩至吸附飽和；
[0043](5)將氣體還原劑通入1.5mol/L硫酸水溶液中，直至氣體還原劑在硫酸水溶液中達(dá)到飽和溶解度，按照陰離子交換樹脂體積1.5倍的加料量、0.8倍樹脂體積/小時(shí)的加料速度還原解吸陰離子交換樹脂吸附的五價(jià)釩，得到解吸液;所述氣體還原劑為二氧化硫；
[0044](6)向解吸液中通入氣體還原劑，直至解吸液中氣體還原劑達(dá)到飽和溶解度，再還原解吸陰離子交換樹脂吸附飽和的五價(jià)釩，共重復(fù)4次得到釩電池電解液。
[0045]實(shí)施例4
[0046]—種釩電池電解液的制備方法，具體步驟如下:
[0047](I)將釩渣用稀硫酸酸浸，得到釩濃度為4mol/L的釩浸出液；
[0048](2)按體積比，取有機(jī)磷酸類萃取劑:稀釋劑=1:5.5，稀釋有機(jī)磷酸類萃取劑，然后利用皂化劑對(duì)稀釋后的有機(jī)磷酸類萃取劑進(jìn)行皂化，第一階段皂化度22 %，萃取步驟(I)得到的釩浸出液，第二階段皂化度42%，再萃取;所述有機(jī)磷酸類萃取劑為二 (2-乙基己基)磷酸；
[0049](3)將陰離子交換樹脂用1.8倍樹脂體積的3.5mol/L的硫酸水溶液轉(zhuǎn)型，得到轉(zhuǎn)型后的陰離子交換樹脂;所述陰離子交換樹脂是D290型陰離子交換樹脂；
[0050](4)用轉(zhuǎn)型后的陰離子交換樹脂吸附步驟(2)中萃取后的浸出液中的五價(jià)釩至吸附飽和；
[0051 ] (5)將氣體還原劑通入1.8mol/L硫酸水溶液中，直至氣體還原劑在硫酸水溶液中達(dá)到飽和溶解度，按照陰離子交換樹脂體積1.8倍的加料量、0.9倍樹脂體積/小時(shí)的加料速度還原解吸陰離子交換樹脂吸附的五價(jià)釩，得到解吸液;所述氣體還原劑為臭氧；
[0052 ] (6)向解吸液中通入氣體還原劑，直至解吸液中氣體還原劑達(dá)到飽和溶解度，再還原解吸陰離子交換樹脂吸附飽和的五價(jià)釩，共重復(fù)6次得到釩電池電解液。
[0053]實(shí)施例5
[0054]一種釩電池電解液的制備方法，具體步驟如下:
[0055](I)將釩渣用稀硫酸酸浸，得到釩濃度為5mol/L的釩浸出液；
[0056](2)按體積比，取有機(jī)磷酸類萃取劑:稀釋劑= 1:6，稀釋有機(jī)磷酸類萃取劑，然后利用皂化劑對(duì)稀釋后的有機(jī)磷酸類萃取劑進(jìn)行皂化，第一階段皂化度25 %，萃取步驟(I)得到的釩浸出液，第二階段皂化度45%，再萃取;所述有機(jī)磷酸類萃取劑為2-乙基己基磷酸-2-乙基己基酯；
[0057](3)將陰離子交換樹脂用1.8倍樹脂體積的3.5mol/L的硫酸水溶液轉(zhuǎn)型，得到轉(zhuǎn)型后的陰離子交換樹脂;所述陰離子交換樹脂是D301型陰離子交換樹脂；
[0058](4)用轉(zhuǎn)型后的陰離子交換樹脂吸附步驟(2)中萃取后的浸出液中的五價(jià)釩至吸附飽和；
[0059](5)將氣體還原劑通入1.8mol/L硫酸水溶液中，直至氣體還原劑在硫酸水溶液中達(dá)到飽和溶解度，按照陰離子交換樹脂體積1.8倍的加料量、0.9倍樹脂體積/小時(shí)的加料速度還原解吸陰離子交換樹脂吸附的五價(jià)釩，得到解吸液;所述氣體還原劑為硫化氫；
[0060](6)向解吸液中通入氣體還原劑，直至解吸液中氣體還原劑達(dá)到飽和溶解度，再還原解吸陰離子交換樹脂吸附飽和的五價(jià)釩，共重復(fù)6次得到釩電池電解液。
[0061]本發(fā)明省去了傳統(tǒng)工藝中氫氧化鈉溶液解析、除雜、錢鹽沉釩、干燥、鍛燒脫氨、粉釩溶解等工藝過程，簡化了生產(chǎn)工藝，生產(chǎn)過程中不產(chǎn)生污水，洗滌水可循環(huán)使用，即在浸出釩過程中，洗滌釩渣的洗滌水可繼續(xù)用來提釩，循環(huán)使用，約了生產(chǎn)時(shí)間，生產(chǎn)成本大幅降低，工作環(huán)境大幅改善，而且制備過程不引入其他雜質(zhì)，產(chǎn)品純度大幅提高。
[0062]上面對(duì)本專利的較佳實(shí)施方式作了詳細(xì)說明，但是本專利并不限于上述實(shí)施方式，在本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員所具備的知識(shí)范圍內(nèi)，還可以在不脫離本專利宗旨的前提下作出各種變化。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種釩電池電解液的制備方法，其特征在于，具體步驟如下: (1)將釩渣用稀硫酸酸浸，得到釩濃度為l_5mol/L的釩浸出液； (2)按體積比，取有機(jī)磷酸類萃取劑:稀釋劑=1:4-6，稀釋有機(jī)磷酸類萃取劑，然后利用皂化劑對(duì)稀釋后的有機(jī)磷酸類萃取劑進(jìn)行皂化，第一階段皂化度15-25%，萃取步驟(I)得到的釩浸出液，第二階段皂化度35-45%，再萃??； (3)將陰離子交換樹脂用1-2倍樹脂體積的2-4mol/L的硫酸水溶液轉(zhuǎn)型，得到轉(zhuǎn)型后的陰離子交換樹脂； (4)用轉(zhuǎn)型后的陰離子交換樹脂吸附步驟(2)中萃取后的浸出液中的五價(jià)釩至吸附飽和； (5)將氣體還原劑通入1-2moI/L硫酸水溶液中，直至氣體還原劑在硫酸水溶液中達(dá)到飽和溶解度，按照陰離子交換樹脂體積1-2倍的加料量、0.5-1倍樹脂體積/小時(shí)的加料速度還原解吸陰離子交換樹脂吸附的五價(jià)釩，得到解吸液； (6)向解吸液中通入氣體還原劑，直至解吸液中氣體還原劑達(dá)到飽和溶解度，再還原解吸陰離子交換樹脂吸附飽和的五價(jià)釩，共重復(fù)2-6次得到釩電池電解液。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的釩電池電解液的制備方法，其特征在于，所述有機(jī)磷酸類萃取劑為二 (2-乙基己基)磷酸、2-乙基己基磷酸-2-乙基己基酯、磷酸二異辛酯或磷酸三丁酯中的至少一種。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的釩電池電解液的制備方法，其特征在于，所述陰離子交換樹脂是0816、0815、0201、0290、0301型陰離子交換樹脂中的任意一種。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的釩電池電解液的制備方法，其特征在于，所述氣體還原劑為一氧化碳、氫氣、二氧化硫、臭氧或硫化氫中的至少一種。
【文檔編號(hào)】H01M8/18GK105895947SQ201610260929
【公開日】2016年8月24日
【申請(qǐng)日】2016年4月25日
【發(fā)明人】陳友根
【申請(qǐng)人】陳友根