[发明专利]一种二次还原制备高纯度硫酸氧钒电解液的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种二次还原制备高纯度硫酸氧钒电解液的方法。

背景技术

全钒氧化还原液流电池(VRB)是一种优秀的储能装置。该电池容量取决于电解液的量和钒离子浓度，电解液可以与电池分开放置，电池寿命长，可靠性高，可快速充放电。在光伏发电、风力发电、削峰填谷等方面有很大发展前景。VRB电池没有固态反应，不发生电极物质结构形态的改变，且价格便宜，安全环保，操作和维护费用低。VRB电池由两个电解液池和一层层的电池单元组成。电解液池用于盛放两种不同的电解液，每个电解液池配有一个泵，用于在封闭的管道中为电池单元输送电解液。电池单元由两个“半单元”组成，两个“半单元”中分别盛放不同离子形态的钒的电解液，中间有隔膜和用于收集电流的电极。硫酸氧钒电解液是钒电池电化学反应的活性物质和电能的载体，是全钒液流电池的关键材料，对电池性能有直接影响。目前，钒电池的研究已进入实用化阶段，其发展仍受一些关键因素制约，高浓度及稳定性好的硫酸氧钒电解液的低成本制备是主要制约因素之一。现有全钒液流电池技术条件下，为了保障电池的综合性能，要求硫酸氧钒电解液中钒浓度＞2mol/L，要求硫酸氧钒中钠、钾或镁分别＜40ppm，钙＜25ppm，铁、锰、铝、铜、镍、锌、钛、铬、钼、钴、硅或砷等分别＜10ppm，硫酸氧钒纯度应99.98％以上。我国拥有丰富的炼钢钒渣及含钒石煤资源，提钒过程中浸出、反萃取、树脂解析所得硫酸氧钒溶液的钒浓度＜0.8mol/L，含三价铁与硫酸氧钒质量比在0.008～0.05范围内，硫酸氧钒与金属总杂质质量(VOSO₄/ΣMe＜80，pH＜1.0，该硫酸氧钒溶液不能满足钒电池电解液技术要求。当前，全钒液流电池的硫酸氧钒溶液的制备方法是把V₂O₅粉末直接加入H₂SO₄溶液，加热溶解，再加入还原剂将钒的价态还原为四价。该方法制备的硫酸氧钒溶液浓度低，而且市售V₂O₅粉末在酸溶解前，要经进一步除杂提纯，其能耗和成本高。直接溶解硫酸氧钒是制备硫酸氧钒电解液最直接、最简便的方法。但硫酸氧钒价格昂贵，采用这种方法制备钒电池电解液经济上不可行。电解钒氧化物也被用于制备硫酸氧钒电解液。方法是采用H₂SO₄为阳极室电解液，V₂O₅和H₂SO₄为阴极室电解液，用石墨电极恒流电解。该方法的钒利用率低，而且电解液纯度同样取决于原料V₂O₅的纯度。

发明内容

本发明要解决的技术问题是如何克服现有技术的上述缺陷，提供一种二次还原制备高纯度硫酸氧钒电解液的方法。

为解决上述技术问题，本二次还原制备高纯度硫酸氧钒电解液的方法包括以下步骤，

步骤(1)：将氢氧化钙用钒渣及石煤提取，得到pH为3.0～4.0的硫酸氧钒溶液；

步骤(2)：将按二价氧化物所需还原剂量7～9倍的硼氢化钠加入步骤(1)提取得到的硫酸氧钒溶液；

步骤(3)：按照重量份比例计，将HDEHP∶磷酸三丁酯∶磺化煤油为5～15∶3～5∶20～30混合制成萃取剂，在相比O/A＝4：1，萃取时间30min，澄清时间10min的条件下对步骤(2)制得的硫酸氧钒溶液进行多级逆流萃取，级数为3～6级；

步骤(4)：将步骤(3)得到的萃取液进行两相分离，用去离子水洗涤载钒有机相，在相比O/A＝10:1，洗涤时间5min的条件下；使用100g/L的硫酸溶液进行3～6级多级逆流反萃取载钒有机相，相比O/A＝10～5∶1，萃取时间10min，澄清时间5min，两相分离后即制得硫酸氧钒反萃取液；

步骤(5)：向步骤(4)制得的硫酸氧钒反萃取液中加入氨水，至硫酸氧钒反萃取液pH为2，加入维生素C调整溶液电位值＜100mV，用步骤(3)制得的萃取剂萃取，级数为3～6级，相比O/A＝5～1:1，萃取时间为20min，两相分离后，用3g/L的硫酸溶液洗涤载钒有机相，相比O/A＝3:1，洗涤时间5min；用50g/L的硫酸溶液多级逆流反萃取，级数为3～6级，相比O/A＝10～5：1，反萃取时间20min，即得到硫酸氧钒电解液前体；

步骤(6)：将步骤(5)制得的硫酸氧钒电解液前体通过蒸馏浓度至全其质量的70％，即得本硫酸氧钒电解液。