[发明专利]一种用于制备全钒液流电池电解液和/或硫酸氧钒晶体的方法及三效蒸发装置

说明书

本发明属于钒电池技术领域，具体公开了一种用于制备全钒液流电池电解液和/或硫酸氧钒晶体的方法及三效蒸发装置，该方法包括：将四价钒溶液依次经过萃取和反萃取，并在萃取之前和反萃取之后这两个阶段中的至少一个阶段增设三效蒸发浓缩，三效蒸发浓缩包括如下步骤：将待浓缩液依次经过一效蒸发、二效蒸发和三效蒸发，通过调整各级蒸发的液体流速、蒸汽用量及蒸发温度，使得最终得到钒电池电解液和/或硫酸氧钒晶体，且电解液中钒离子浓度为1mol/L～7mol/L。本发明通过将传统的萃取法结合三效蒸发制得的钒电池电解液浓度高，制得的硫酸氧钒晶体可直接用于制备钒电池电解液，该方法浓缩效率高，节能降耗，适宜推广应用。

技术领域

本发明属于钒电池技术领域，更具体地，涉及一种用于制备全钒液流电池电解液和/或硫酸氧钒晶体的方法及三效蒸发装置。

背景技术

储能是提升新能源稳定运行与消纳能力，实现碳达峰、碳中和“双碳”目标的关键技术。全钒液流电池储能系统作为面向电网级储能应用而开发的一种化工型电池储能系统，具有管理简单、单体一致性好、运行安全、功率和容量可以独立设计、使用寿命长等优点，在新能源接入、智能电网建设等领域具有广阔的应用前景。电解液作为全钒液流电池关键技术之一，为钒离子多价态体系，是全钒液流电池中起电化学反应的活性物质，实现着能量的储存和释放。

目前制备全钒液流电池用电解液的方法主要有化学还原法、电解法及萃取法。化学还原法先将钒的氧化物或化合物在加热条件下溶于稀硫酸，再加入还原剂如草酸、二氧化硫等，加热搅拌下制备VOSO₄溶液。电解法是将溶于稀硫酸的钒的氧化物或化合物置于电解槽负极，正极为稀硫酸或硫酸盐溶液，在电解槽正负极施加直流电，电解制备钒电池电解液。化学还原法及电解法生产电解液的原料为高纯五氧化二钒，低纯度五氧化二钒需要以多次沉钒提纯或者氯化提纯等工艺，才能制备纯度为99.9％的五氧化二钒，生产过程中能耗高、药剂消耗、工艺繁琐。萃取法是以含钒溶液直接制备钒电池电解液，以各种含钒溶液，通过萃取实现溶液的除杂，进而得到钒富集液，但钒富集液相对于全钒液流电池用电解液浓度还有差距，还需要进一步浓缩和处理，才能得到适用于全钒液流电池的电解液及硫酸氧钒晶体。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种用于制备全钒液流电池电解液和/或硫酸氧钒晶体的方法及三效蒸发装置，旨在解决现有萃取法得到的钒富集液中钒离子浓度低而不能直接用作全钒液流电池电解液的问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种用于制备全钒液流电池电解液和/或硫酸氧钒晶体的方法，包括将四价钒溶液依次经过萃取工艺和反萃取工艺，并在所述萃取工艺之前和所述反萃取工艺之后这两个阶段中的至少一个阶段增设三效蒸发浓缩工艺，所述三效蒸发浓缩工艺包括如下步骤：

将待浓缩液依次经过一效蒸发、二效蒸发和三效蒸发，通过调整进入各级蒸发的液体流速、各级蒸发时的蒸汽用量和蒸发温度中的至少一个参数，使得最终得到全钒液流电池电解液和/或硫酸氧钒晶体，且所述全钒液流电池电解液中的钒离子浓度为1mol/L～7mol/L。

优选地，所述四价钒溶液由含钒原料经硫酸化焙烧-水浸工艺后直接得到，或者依次经硫酸化焙烧-水浸工艺、化学还原后得到。

优选地，所述三效蒸发浓缩工艺设置在所述反萃取工艺之后，且在所述待浓缩液中，钒离子浓度为0.1mol/L～2mol/L，硫酸根离子浓度为0.1mol/L～5mol/L，单一杂质元素浓度小于或等于5ppm。

优选地，所述杂质包括铝、砷、钙、铬、镁、铜、铁、钾、钠、锰、钼、镍、硅、钛、磷、依、钴、铂、铅和氮中的至少一种。

优选地，控制所述待浓缩液进入一效蒸发时的流速为3m³/h～10m³/h，温度为10℃～50℃。

优选地，用于制备全钒液流电池电解液，在所述待浓缩液中，钒离子浓度为0.1mol/L～1mol/L，硫酸根离子浓度为0.1mol/L～1mol/L；