化學性質
酸堿反應
五氧化二釩具有兩性,可溶于堿生成多聚釩酸鹽,[1]也可溶于非還原性酸生成淡黃色含VO2+的溶液:
V2O5 + 2 HNO3 → 2 VO2(NO3) + H2O
與堿如氫氧化鈉反應,堿過量時產物為無色的釩酸鈉(Na3VO4),酸度升高時,顏色逐漸由無色變為橙色再到紅色。pH處于9-13時的微粒主要是HVO42、V2O74,低于9時變為V4O124、HV10O285。pH為2時沉淀出棕色的五氧化二釩水合物。
五氧化二釩與亞硫酰氯反應得到三氯氧釩:
V2O5(s) + 3 SOCl2(l) → 2 VOCl3(l) + 3 SO2(g)
氧化還原反應
五氧化二釩中的正五價釩可被還原,在酸性介質得到VIV,藍色的VO(H2O)52+釩氧基離子。以鹽酸和氫溴酸作還原劑,氧化產物是相應的鹵素單質:
V2O5(s) + 6 HCl + 7 H2O → 2 [VO(H2O)5]2+ + 4 Cl- + Cl2
固態的五氧化二釩可被草酸、一氧化碳或二氧化碳還原為深藍色的二氧化釩固體,還原劑過量會經由V4O7與V5O9之類的復雜氧化物混合物,最終產物是黑色的三氧化二釩。
溶液中,釩酸鹽或VO2+離子被鋅汞齊還原,會發生一系列的顏色變化,最終得到VII離子:
無色"VO3" → 黃色"VO2+" → 藍色"VO2+" → 綠色"V3+" → 紫色"V2+"
用途
釩是一種稀有黑色金屬,五氧化二釩廣泛用于冶金、化工等行業,主要用于冶煉釩鐵用作合金添加劑,占五氧化二釩總消耗量的80%以上,其次是用作有機化工的催化劑,即觸媒,約占總量的10%,另處用作無機化學品、化學試劑、搪瓷和磁性材料等約占總量的10%
生產工藝
生產原料
工業上提取五氧化二釩的原料主要是含釩石煤礦和釩鈦磁鐵礦,含釩石煤礦五氧化二釩品位一般在0.5-1.5%,釩鈦磁鐵礦五氧化二釩品位一般在1.0-5.0%.
礦分解
釩礦的分解方法有二類,一是燒結法,即將粉碎的礦粉與純堿或鈉鹽混合并經高溫燒結,使其中的低價態的釩氧化并轉化為五價的釩酸鈉,然后再用水浸取,使釩溶解進入溶液;二是酸溶法,即將粉碎的礦粉用稀酸(主要是稀硫酸)加熱浸取,使釩直接分解進入溶液。
浸取
將燒結料用水浸取,使釩以偏釩酸鈉形式進入溶液,過濾洗滌,濾液為粗偏釩酸鈉溶液,再經化學沉淀、溶劑萃取等工藝進一步提純分離雜質,使釩富集到一定濃度,一般在15克/升以上。
沉釩
將純偏釩溶液調節PH值至6.5-7.5后,加入四倍理論量的碳酸氫銨或氯化銨溶液作沉淀劑,控制溫度在30度以下,析出偏釩酸銨沉淀,過濾,用5%的碳酸氫銨溶液洗滌2-3次,再用30%乙醇洗1-2次,烘干,得純偏釩酸銨產品。
影響沉淀的因素
現象
工業生產中浸出液的ph值大約在8-9 之間,加入沉淀劑氯化銨與濃硫酸調節PH值到2-2.5之間,釩可以偏釩酸銨形式沉定,但沉淀受以下條件的影響。
釩溶液的濃度
原液中的煩的濃度越高,釩沉淀時候水解時候的晶核的生長速度也就越快,沉淀速度晶核生長速度快,所以晶體結構不完整,沉淀的顆粒不緊密,吸附的雜質較多水分多,品味地,有時候控制不好很容易出現粘料的情況。總之釩的濃度越高,沉淀速度越快,沉淀物的品位就越低,一般情況下原液的濃度控制在15-20g/L。
酸度的影響
試驗證明 ph值=3.6時候釩的沉淀開始進行,當隨著酸度的增加,釩的反應速度就越快。但是隨著酸度的增大當增大到一定值的時候,就伴隨著副反應的的發生,也就是多釩酸氨的反溶解
銨鹽量的影響
銨鹽的加入方式,一般在堿性溶液下銨鹽易于分解,因此工業中卡將溶液ph值調節到4-5 之間,再加入銨鹽,然后在攪拌的條件下,在調節ph至道1.9-2.1左右,再加熱沉淀
沉淀時間的影響
當加氨系數固定在0.65時候,ph值等于2.2時,時間達到25分鐘以上時候,沉淀率可達到98%以上,實際生產中控制在30-40分鐘以上是可以保證沉淀率的。
溫度的影響
在其余條件完全相同的情況下,溫度的升高可加快釩從溶液中析出的速度,溫度對反析出的速度,物理形態、多釩酸氨的品位也有很大的影響。低溫下進行沉淀時候,沉淀物的表觀顆粒細,顏色紅、品位高。高溫下得到的沉淀物顆粒大,顏色深,品位相應的低。 沉淀溫度大于80攝氏度,沉淀率即可達到99%,實際生產中用蒸汽煮沸沉淀,是完全可以滿足沉釩的要求的。
煅燒
將烘干后的偏釩酸銨于回轉爐中緩慢升溫至300度,保持1小時,再升至500-550度(不能超過650度,否則五氧化二釩熔融),保持2小時,最后降至450度保持1小時冷卻出爐,即得組成準確、恒定的五氧化二釩產品。煅燒反應為:2 NH4VO3 → V2O5+ 2 NH3 + H2O