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《中国科学院大学(中国科学院过程工程研究所)》 2017年
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含钒氯化物溶液短流程制备高纯硫酸氧钒研究

李丹  
【摘要】:钒是重要的稀有金属,在催化剂、合金、电池、先进材料等方面有着重要的应用。其中,全钒氧化还原液流电池(VRFB)作为钒的一项新应用领域,越来越受到广泛关注。钒钛磁铁矿是钒的主要来源,我国辽宁朝阳地区钒钛磁铁矿属于高钒型超贫钒钛磁铁矿,传统工艺难以处理。因此,本研究团队开发了一条高效、清洁、综合利用该资源的新技术。本论文以新工艺中得到的含钒氯化物溶液为原料,开展含钒氯化物溶液短流程制备高纯硫酸氧钒的研究,得到了以下主要结果:(1)对含钒氯化物溶液的萃取分离工艺进行系统研究,结果表明,采用P507作为萃取剂,在最优的萃取条件下,钒(Ⅳ)和铁(Ⅱ)的单级萃取率分别为70%和5%。采用硫酸作为反萃剂,在最优的反萃条件下,钒(Ⅳ)和铁(Ⅱ)的单级反萃率分别为接近100%和3%。经一次萃取-反萃后,钒含量由原料液中6.33 g/L富集至12.07 g/L,铁含量由78.70 g/L下降到1.62 g/L,实现了钒/铁的分离和钒的富集。同时,得到的反萃液能够作为硫酸盐溶液萃取分离钒的原料。(2)对含钒硫酸盐溶液的萃取分离工艺进行系统研究,研究表明,采用P507作为萃取剂,在最优的萃取条件下,钒(Ⅳ)和铝的单级萃取率分别为68%和2%,实现了钒/铝的分离。采用硫酸作为反萃剂,在最优的反萃条件下,钒(Ⅳ)和铁的单级反萃率分别为接近100%和10%,实现了钒/铁的分离和钒的富集。(3)以氯化物含钒溶液为原料,一次萃取-反萃分离钒铁+五次硫酸盐溶液萃取-反萃分离钒、铁、铝,最终得到了含钒76.5 g/L,杂质总含量小于50 mg/L的高纯硫酸氧钒溶液。(4)对P507萃取进行热力学分析,确定P507萃取VO~(2+)是一个吸热反应,且萃取反应焓△H=9.47kJ/mol。采用红外光谱分析和斜率法对P507萃取钒(Ⅳ)的机理进行研究,确定其机理为阳离子交换过程。(5)对制备的高纯硫酸氧钒溶液在不同硫酸浓度的稳定性以及电化学性能进行研究。结果表明,当硫酸浓度为3mol/L时,1.5mol/L的高纯硫酸氧钒能稳定存在。以制备的高纯硫酸氧钒溶液为初始正负极电解液进行电解实验,可得到V~(5+)、V~(3+)、V~(2+)溶液。再对V~(3+)和V~(4+)混合溶液进行充放电循环实验,实验结果表明,库伦效率约为70%,且能够提供1.5 V的开路电压。
【学位授予单位】:中国科学院大学(中国科学院过程工程研究所)
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TQ135.11

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