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五氧化二釩

五氧化二釩

五氧化二釩是一種金屬氧化物,分子式為V2O5,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%。

五氧化二釩
物料介紹

五氧化二釩也稱“釩酸酐”,是釩最重要、最穩定的氧化物。化學式V2O5。無味、有色(桔黃至深紅色)、有毒的固體粉末,相對密度為3.357,熔點為690℃(比二氧化鈦低),1750℃時分解。兩性氧化物,但以酸性為主。五氧化二釩僅能微溶于水,若它溶于酸則形成釩氧基鹽VO+2或VO3+;它易溶于堿,可形成釩酸鹽:V2O5+6NaOH=2Na3VO4+3H2O。

五氧化二釩具有氧化性,是較強的氧化劑,它可氧化鹽酸而放出氯氣,特別是在堿性介質中四羥基釩[V(OH)4]+也同樣具有較強氧化性。五氧化二釩是重要的工業催化劑,如接觸法制硫酸中,它可代替金屬鉑做二氧化硫氧化成三氧化硫的催化劑,也是制備鄰苯二甲酸酐、順丁二烯酸酐、苯胺黑的催化劑。將五氧化二釩與溫和還原劑 (如草酸) 共熔可得深藍色的固體二氧化釩,它具有兩性,既可溶于酸又可溶于堿。二氧化釩在空氣中加熱或與濃硝酸作用可重新生成五氧化二釩。五氧化二釩與較強的還原劑一起加熱,可得黑色固體三氧化二釩。三氧化二釩在常溫可被空氣逐漸氧化成二氧化釩,溫度升高時氧化反應加劇。五氧化二釩或三氯氧釩VOCl3在氫氣流中加熱至1 627℃可得黑色的氧化釩,氧化釩具有金屬光澤,能導電,也不溶于水。氧化釩呈堿性,可溶于酸,溶于酸后形成V (+Ⅱ) 的鹽。

釩酸銨加熱分解可得五氧化二釩的紅色粉末:2NH4VO3=V2O5+2NH3+H2O。也可從鉀釩鈾礦和磷酸鹽巖中來提取五氧化二釩。五氧化二釩在有機合成和硫酸工業上均用做催化劑,也用于制造陶瓷和紅色玻璃等方面。

物理性質

外觀與性狀:橙黃色、磚紅色、紅棕色結晶粉末或灰黑色片狀。

相對密度(水=1):3.35

沸點(℃):1750(分解)

分子量:182.00

溶解性:微溶于水,不溶于乙醇,溶于強酸、強堿。

化學性質

兩性氧化物,但以酸性為主。700℃以上顯著揮發。700~1125℃分解為氧和四氧化二釩,這一特性使它成為許多有機和無機反應的催化劑。為強氧化劑,易被還原成各種低價氧化物。微溶于水,易形成穩定的膠體溶液。極易溶于堿,在弱堿性條件下即可生成釩酸鹽(VO3-)。溶于強酸(一般在pH=2左右起溶)不生成釩酸根離子,而生成同價態的氧基釩離子(VO2+)。為有毒物質,空氣中最大允許量少于0.5mg/m3。

釩是一種有色金屬,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%。

酸堿反應

五氧化二釩酸性顯著,堿性表現不強,既可溶于酸生成相應的黃色偏釩酸根,在PH2左右可沉淀為偏釩酸,也可溶于堿生成偏釩酸鹽溶液。

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。

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

毒性及影響

健康影響

侵入途徑:吸入、食入、經皮吸收。

健康危害:對呼吸系統和皮膚有損害作用。急性中毒:可引起鼻、咽、肺部刺激癥狀,多數工人有咽癢、干咳、胸悶、全身不適、倦怠等表現,部分患者可引起腎炎、肺炎。 慢性中毒:長期接觸可引起慢性支氣管炎、腎損害、視力障礙等。但微量的釩(50微克/升以下)有降血糖作用,可作治療治糖尿病的微量元素藥物。

毒理學資料及環境行為

毒性:屬高毒類。

急性毒性:LD5010mg/kg(大鼠經口)

危險特性:未有特殊的燃燒爆炸特性。

燃燒(分解)產物:可能產生有害的毒性煙霧。

環境監測方法

N-肉桂酰-鄰-甲苯羥胺比色法《空氣中有害物質的測定方法》(第二版)杭士平主編

苯甲酰苯基羥胺比色法《空氣中有害物質的測定方法》(第二版)杭士平主編

火焰原子吸收法《空氣中有害物質的測定方法》(第二版)杭士平主編

環境標準

中國(TJ36-79)車間空氣中有害物質的最高容許濃度 0.1mg/m3[煙];0.5mg/m3[粉塵]

前蘇聯(1977)大氣質量標準 0.02mg/m3

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