本发明属于化工领域，具体涉及一种多钒酸铵的制备技术，特别涉及一种由钠化焙烧浸出液制备多钒酸铵的方法。
背景技术：
钒具有众多优异的物理性能和化学性能，用途十分广泛，有金属“维生素”之称。随着科学技术水平的飞跃发展，人类对新材料的要求日益提高，钒的应用越来越广泛，其范围涵盖了航空航天、化学、电池、颜料、玻璃、光学、医药等众多领域。钒酸铵中含钒量很高，是钒产品生产领域的最主要原料。
邓掉栩等人研究了以钒制品厂含钒废水中回收的含钒铬废渣为原料制备多钒酸铵的工艺。该工艺是将从含钒铬废渣中得到的含钒溶液进行净化除杂、浓缩、沉钒，制得多钒酸铵。通过控制条件：pH＝1.8-2.2，温度95℃，加铵系数为4，可以使钒回收率达到95.77％(参见“利用制钒废水中回收的含钒铬渣制备多钒酸铵的工艺研究”，邓掉栩，叶宇玲等，化工技术与开发，2012，41(4):15-17)。
CN101157478公开了了一种多钒酸铵的制备方法，该方法先向含钒浸出液中加入钙盐溶液后调节pH值至碱性，加热搅拌后得到钒酸钙沉淀，过滤、洗涤后加入到含浸出剂的溶液中，加热一段时间后过滤，将滤液调节pH值至1.8-2.5，在90℃至沸腾条件下，搅拌40-60min后沉钒过滤得到多钒酸铵。
CN103952565A公开了一种钒渣铵盐浸取制备偏钒酸铵的方法，该方法将钒渣预氧化后用铵盐水溶液浸出，液固分离后冷却结晶并分离，得到偏钒酸铵晶体。
CN102502823A公开了一种高振实密度的多钒酸铵的制备方法，向含钒液中加入多钒酸铵晶种和硫酸铵，调节pH后升温，在快速搅拌下沉淀多钒酸铵，补加两次硫酸铵后，降低搅拌速度来沉淀多钒酸铵，然后进行过滤、洗涤、干燥得到高振实密度多钒酸铵。
CN103420416A公开了一种偏钒酸铵的制备方法，该方法包括将钒酸钠溶液与铵盐在酸性条件下接触，将接触后的产物进行沉淀并分离得到多钒酸铵固体，将多钒酸铵固体与水和钒酸铵结构重整剂接触，使得多钒酸铵转变为偏钒酸铵，将接触后的产物进行固液分离，得到偏钒酸铵溶液。
由上可知，作为钒产品原料的钒酸铵，无论是多钒酸铵或偏钒酸铵，常规产品的生产工艺较多，根据各种钒产品的用途的不同，对钒酸铵的产品成分的要求也不同，其制备方法也各有异同。在一些高端钒产品，如钒铝合金、钒电解液等产品的生产过程，对杂质元素的要求特别严格，特别是对其中的铁、硅的含量要求尤为严格，目前涉及特种要求的多钒酸铵产品中，低铁、低硅多钒酸铵的生产技术尚未见诸报道。
技术实现要素：
针对以上不足，本发明提供一种由钠化焙烧浸出液制备多钒酸铵的方法，获得了Fe元素的含量降至0.0038-0.0096wt％，Si元素的含量降至0.0032-0.0061wt％，其他杂质元素的含量也大幅降低的多钒酸铵产品。
为达到上述目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供一种由钠化焙烧浸出液制备多钒酸铵的方法，所述方法包括以下步骤：
(1)向钠化焙烧浸出液中加入碱性物质，搅拌后过滤，得到钒酸钠溶液；
(2)调节步骤(1)所述钒酸钠溶液的pH，然后加入除杂剂，搅拌过滤后得到钠化提钒净化液；
(3)向步骤(2)所述钠化提钒净化液中加入沉钒剂，调节pH，加热搅拌，过滤后得到多钒酸铵晶体；
(4)将步骤(3)所述多钒酸铵晶体用水洗涤，干燥后得到多钒酸铵。
本发明所述钠化焙烧浸出液是指钒渣配碳酸钠、氯化钠焙烧后得到的浸出液。通过先对钒渣进行钠化焙烧，去掉一部分杂质元素，获得了钒元素得到初步提纯的钠化焙烧浸出液，再经过本发明提供的制备方法对其进行处理，即可得到低铁、低硅的多钒酸铵产品。本发明提供的制备方法在处理钠化焙烧浸出液时，获得的多钒酸铵产品中铁和硅的含量远远低于直接用本方法直接处理钒渣或其他含钒浸出液。
本发明中所述搅拌选用本领域常规的技术手段进行，对此不做特殊限定。示例性地，所述搅拌可以是机械搅拌；对于搅拌的时间同样不做限定，搅拌直至不再有沉淀出现即可。
本发明中所述过滤选用本领域常规的技术手段进行，对此不做特殊限定。示例性地，所述过滤选择真空循环泵进行。
根据本发明，步骤(1)所述钠化焙烧浸出液中钒的浓度为15-40g/L，例如可以是15g/L、18g/L、20g/L、23g/L、25g/L、28g/L、30g/L、32g/L、35g/L、38g/L或40g/L，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
根据本发明，步骤(1)所述钠化焙烧浸出液的温度为30-100℃，例如可以是30℃、35℃、40℃、45℃、50℃、55℃、60℃、65℃、70℃、75℃、80℃、85℃、90℃、95℃或100℃，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。所述钠化焙烧浸出液的温度优选为60-80℃。
本发明中步骤(1)所述钠化焙烧浸出液的温度为实际生产过程中钠化焙烧后获得浸出液带出的温度，因此不需要对其再进行加热。
根据本发明，步骤(1)所述碱性物质为片碱、液碱或氨气中任意一种或至少两种的组合，例如可以是片碱、液碱或氨气中任意一种，示例但非限定性的组合为片碱和液碱，片碱和氨气，液碱和氨气，片碱、液碱和氨气。
根据本发明，步骤(1)所述加入碱性物质后钠化焙烧浸出液的pH≥12，例如可以是12、12.2、12.4、12.6、12.8、13、13.2、13.4、13.6、13.8或14，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。所述加入碱后钠化焙烧浸出液的pH优选为12。
选用上述优选的钠化焙烧浸出液的温度和pH，能够进一步去除杂质元素，达到对浸出液提纯的效果。
根据本发明，步骤(2)所述钒酸钠溶液的温度为30-100℃，例如可以是30℃、35℃、40℃、45℃、50℃、55℃、60℃、65℃、70℃、75℃、80℃、85℃、90℃、95℃或100℃，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。所述钠化焙烧浸出液的温度优选为60-80℃。
本发明中步骤(2)所述钒酸钠溶液的温度为上一步对钠化焙烧浸出液处理后残留的温度，不需要对其再进行加热。
根据本发明，步骤(2)所述的pH为7-9.5，例如可以是7、7.2、7.5、7.8、8、8.3、8.5、8.7、9、9.5、9.3或9.5，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。步骤(2)所述的pH优选为9.2。
根据本发明，步骤(2)所述调节pH用硫酸或盐酸进行调节，优选为硫酸。
根据本发明，步骤(2)所述的除杂剂为硫酸铝、偏铝酸钠、氯化铝任意一种或至少两种的组合，例如可以是硫酸铝、偏铝酸钠、氯化铝中的任意一种，典型但非限定性的组合为硫酸铝和偏铝酸钠，硫酸铝和氯化铝，偏铝酸钠和氯化铝，硫酸铝、偏铝酸钠和氯化铝。步骤(2)所述的除杂剂优选为硫酸铝。
根据本发明，步骤(2)所述除杂剂中Al元素与钒酸钠溶液Si元素的摩尔比为(1-1.5):1，例如可以是1:1、1.1:1、1.2:1、1.3:1、1.4:1或1.5:1，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
选用上述优选的钒酸钠溶液的温度、pH以及选用硫酸铝作为除杂剂和选用上述除杂剂的添加量，能够对除杂反应起到促进作用，使除杂剂发挥出最大的作用，尤其是对Si元素进行了大量清除，进一步实现去除杂质元素的目的。
根据本发明，步骤(3)所述的沉钒剂为硫酸铵、氯化铵、醋酸铵、碳酸铵中的任意一种或至少两种的组合，例如可以是硫酸铵、氯化铵、醋酸铵、碳酸铵中的任意一种，典型但非限定性的组合为硫酸铵和氯化铵，醋酸铵和碳酸铵，硫酸铵和醋酸铵，硫酸铵和碳酸铵，氯化铵和醋酸铵，氯化铵和碳酸铵，硫酸铵、氯化铵、醋酸铵和碳酸铵等。步骤(3)所述的沉钒剂优选为硫酸铵。
根据本发明，步骤(3)所述pH为1.9-3.0，例如可以是1.9、2.0、2.1、2.2、2.3、2.4、2.5、2.6、2.7、2.8、2.9或3.0，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。步骤(3)所述pH优选为2.8；
根据本发明，步骤(3)所述调节pH用硫酸或盐酸进行调节，优选为硫酸。
根据本发明，步骤(3)所述沉钒剂中NH4+与所述钠化提钒净化液中V元素的摩尔比为(1-2):3，例如可以是1:3、1.1:3、1.2:3、1.3:3、1.4:3、1.5:3、1.6:3、1.7:3、1.8:3、1.9:3或2:3，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。步骤(3)所述沉钒剂中NH4+与所述钠化提钒净化液中V元素的摩尔比优选为1.8:3。
根据本发明，步骤(3)所述加热的温度为95-100℃，例如可以是95℃、96℃、97℃、98℃、99℃或100℃，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。步骤(3)所述加热的温度优选为98℃。
选用上述优选的pH和温度，优选的沉钒剂及其加入量，能够使沉钒更顺利的进行，同时有效的避免了杂质元素，尤其是铁和硅的掺入，进而获得了低铁、低硅的的多钒酸铵晶体。
根据本发明，步骤(4)所述用水洗涤时的温度为30-80℃，例如可以是30℃、35℃、40℃、45℃、50℃、55℃、60℃、65℃、70℃、75℃或80℃，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。步骤(4)所述用水洗涤时的温度优选为60℃。
在60℃下进行洗涤时，多钒酸铵晶体表面处理的更干净，杂质元素残留的更少。
示例性地，本发明所述由钠化焙烧浸出液制备多钒酸铵的方法包括以下步骤：
(1)量取钠化焙烧浸出液，温度为30-100℃，用碱性物质调节溶液pH≥12，搅拌30min后过滤，得到钒酸钠溶液；
(2)将步骤(1)得到的钒酸钠溶液用硫酸调节pH为7-9.5，温度为30-100℃，然后加入除杂剂搅拌，过滤，得到钠化提钒净化液；
(3)向步骤(2)得到的钠化提钒净化液加入沉钒剂，用浓硫酸调节pH为1.9-3.0，加热至95-100℃，搅拌、静置后过滤，得到多钒酸铵晶体；
(4)将步骤(3)中所得多钒酸铵用30-80℃水洗涤得高纯度多钒酸铵。
与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：
(1)大幅降低了多钒酸铵中铁和硅的含量，使得Fe元素的含量降至0.0038-0.0096wt％，Si元素的含量降至0.0032-0.0061wt％，同时降低了其他杂质元素的含量，满足钒制品生产中对多钒酸铵低铁、低硅、低杂质的要求。
(2)本发明所提供的制备方法工艺简单，易于实现，适用于工业生产。
具体实施方式
为便于理解，本发明列举实施例如下。本领域技术人员将会理解，以下实施例仅为本发明的优选实施例，仅用于帮助理解本发明，因而不应视为限定本发明的范围。
实施例1
(1)量取3L钒浓度为40g/L的钠化焙烧浸出液，温度为100℃，用液碱调节pH值为13，搅拌30min后过滤，得到钒酸钠溶液；
(2)将步骤(1)过滤所得的钒酸钠溶液用硫酸调节pH＝8.5，温度为30℃，然后加入27.5g硫酸铝搅拌，过滤，得到钠化提钒净化液；
(3)向步骤(2)所得的钠化提钒净化液加入135g硫酸铵，用浓硫酸调节pH＝3.0，加热至95℃，搅拌、静置后过滤，得到多钒酸铵晶体；
(4)将步骤(3)中所得多钒酸铵用50℃水洗涤得高纯度多钒酸铵。
实施例2
(1)量取3L钒浓度为30g/L的钠化焙烧浸出液，温度为30℃，通入氨气调节pH值为14，搅拌30min后过滤，得到钒酸钠溶液；
(2)将步骤(1)过滤所得的钒酸钠溶液用硫酸调节pH＝9.5，温度为100℃，然后加入30g硫酸铝搅拌，过滤，得到钠化提钒净化液；
(3)向步骤(2)所得的钠化提钒净化液加入140g硫酸铵，用浓硫酸调节pH＝3，加热至100℃，搅拌、静置后过滤，得到多钒酸铵晶体；
(4)将步骤(3)中所得多钒酸铵用40℃水洗涤得高纯度多钒酸铵。
实施例3
(1)量取3L钒浓度为25g/L的钠化焙烧浸出液，温度为80℃，用片碱调节pH值为13，搅拌30min后过滤，得到钒酸钠溶液；
(2)将步骤(1)过滤所得的钒酸钠溶液用硫酸调节pH＝7，温度为60℃，然后加入32.5g硫酸铝搅拌，过滤，得到钠化提钒净化液；
(3)向步骤(2)所得的钠化提钒净化液加入113g硫酸铵，用浓硫酸调节pH＝2.1，加热至95℃，搅拌、静置后过滤，得到多钒酸铵晶体；
(4)将步骤(3)中所得多钒酸铵用80℃水洗涤得高纯度多钒酸铵。
实施例4
(1)量取3L钒浓度为25g/L的钠化焙烧浸出液，温度为60℃，用片碱调节pH值为12.5，搅拌30min后过滤，得到钒酸钠溶液；
(2)将步骤(1)过滤所得的钒酸钠溶液用硫酸调节pH＝8.5，温度为80℃，然后加入26.3g硫酸铝搅拌，过滤，得到钠化提钒净化液；
(3)向步骤(2)所得的钠化提钒净化液加入127g硫酸铵，用浓硫酸调节pH＝1.9，加热至100℃，搅拌、静置后过滤，得到多钒酸铵晶体；
(4)将步骤(3)中所得多钒酸铵用30℃水洗涤得高纯度多钒酸铵。
实施例5
(1)量取3L钒浓度为20g/L的钠化焙烧浸出液，温度为75℃，用片碱调节pH值为12，搅拌30min后过滤，得到钒酸钠溶液；
(2)将步骤(1)过滤所得的钒酸钠溶液用硫酸调节pH＝9.2，温度为75℃，然后加入28.7g硫酸铝搅拌，过滤，得到钠化提钒净化液；
(3)向步骤(2)所得的钠化提钒净化液加入120g硫酸铵，用浓硫酸调节pH＝2.8，加热至98℃，搅拌、静置后过滤，得到多钒酸铵晶体；
(4)将步骤(3)中所得多钒酸铵用60℃水洗涤得高纯度多钒酸铵。
测定实施例1-5所获得的多钒酸铵中杂质元素的含量，获得的数据如表1所示。
表1
由上表中数据可知：本发明提供的方法制备出的多钒酸铵中各杂质元素的含量均很低，其中Fe元素的含量降至0.0038-0.0096wt％，Si元素的含量降至0.0032-0.0061wt％；当选用实施例5中的条件制备多钒酸铵时，Fe元素为0.0038wt％，Si元素的含量为0.0032wt％，二者含量均为最低值，同时其他杂质元素的含量也维持在较低水平，故实施例5中的条件为本发明最优的制备条件。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。