本發明屬于濕法冶金提釩領域，具體涉及一種利用電容去離子技術分離富集四價釩的方法。
背景技術：
電容去離子法是一種新型的利用電法脫鹽的技術，它被廣泛運用于海水淡化、工農業用水除鹽和生活用水除鹽。例如公開號為cn104909439a的專利介紹了一種含鹽廢水的電吸附除鹽方法，通過對含鹽廢水進行電吸附處理達到除鹽的效果。但電容去離子技術缺乏在資源回收利用方面的應用。
石煤是我國特有的一種含釩資源，清潔高效地從石煤中提取釩一直是學者們的研究熱點。直接酸浸提釩工藝是目前石煤提釩領域廣泛采用的工藝之一，該工藝具有浸出率高、能耗低的優勢。在直接酸浸過程中，酸浸液中的大部分釩通常以四價釩的形式存在。由于石煤中釩含量較低，提釩酸浸液中釩濃度通常較低，雜質離子較多且含量高，不利于后續沉釩作業。公開號為cn104018011a的專利介紹了一種五氧化二釩的生產方法，通過萃取、洗滌、反萃取、酸性銨鹽沉淀、洗滌沉淀物和煅燒六個過程得到五氧化二釩產品，其中利用萃取、洗滌、反萃取三步從酸浸液中分離提純釩是其中的關鍵環節，這一過程操作復雜，而且使用了大量萃取劑，成本較高，另外生產過程中不可避免地會發生萃取劑的流失，對環境污染較大。
傳統的溶劑萃取分離富集含釩溶液的分離過程中使用了大量萃取劑，操作復雜，成本較高，而且生產過程中不可避免地會產生萃取劑的流失，對環境污染較大。
技術實現要素：
由于本發明的目的是提供一種操作簡單、能耗低、藥劑用量較少、環境友好的釩分離富集技術，達到從含釩溶液中分離富集釩的目的。
為實現上述目的，本發明采用的技術方案的具體步驟是：利用電容去離子技術分離富集四價釩的方法，其特征在于所述方法的步驟是：
(1)制備負載碳材料：將碳材料與萃取劑按固液比(g/ml)1:10～100混合，超聲攪拌1～3h，攪拌轉速為40～70r/min，經固液分離，將所得的固體用固體質量10～15倍的純水進行洗滌，然后將洗滌后的固體在40～65℃下真空干燥3～7h，得到負載碳材料；
(2)制備電極板：取步驟(1)中得到的負載碳材料，加入負載碳材料質量9％～17％的粘結劑，再按照負載碳材料與有機溶劑的固液比(g/ml)1:3～8加入有機溶劑，超聲攪拌1～2h，攪拌轉速為120～130r/min，得到負載碳材料漿體，再將負載材料漿體均勻噴覆或涂抹在集電極兩面，然后將集電極在40～65℃下真空干燥3～5h，得到電極板；
(3)處理含釩溶液：將多組電極板按間距0.3～0.7cm平行置于電容去離子模塊中，將平行排列的電極板分別接通到直流電源正負極上，設定直流電源電壓為0.5～1.7v，然后將待處理的含四價釩溶液通入電容去離子模塊進行處理，控制含四價釩溶液在平行電極板間的流速為20～60cm/min，流出電容去離子模塊的含四價釩溶液又通入電容去離子模塊進行循環處理；(4)四價釩的脫附：當電極板達到吸附飽和后，將電容去離子模塊中的含四價釩溶液排凈，再分別將連接到直流電源正負極的電極板短接或反接，然后通入8％(v/v)的稀硫酸到電容去離子模塊中，流出電容去離子模塊的溶液又通入電容去離子模塊進行循環脫附處理，得到富釩液。
按上述方案，所述步驟(1)中的碳材料為活性炭、碳氣凝膠、碳納米管、介孔碳、碳納米纖維中的一種或幾種的混合。
按上述方案，所述步驟(1)中的萃取劑為酸性膦型類萃取劑，所述萃取劑體積分數為
10％～30％，用于稀釋萃取劑的溶劑為乙醇、乙醚、丙酮、石油醚中的一種或幾種。
按上述方案，所述的萃酸性膦型類萃取劑為p204、p507、p508中的一種或幾種的混合。
按上述方案，步驟(2)中所述的粘結劑為聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯中的一種，溶劑為二甲基乙酰胺、二甲基甲酰胺、乙醇中的一種，集電極為高純石墨片或涂層鈦電極板。
按上述方案，所述的含釩溶液ph為1.2～3，溶液中釩以四價態的陽離子形式存在，釩濃度(以元素計)為500～3000mg/l，雜質離子鐵濃度為50～5000mg/l，鋁濃度為500～10000mg/l，磷濃度(以元素計)50～1000mg/l。
本發明將萃取與電容去離子技術結合，提出一種新的從含釩溶液中分離富集四價釩的方法，通過基于具有特性吸附作用的負載萃取劑的電極板的電容去離子技術對含釩溶液進行處理，達到分離富集釩的目的。其具體原理為：在含釩溶液中，四價釩以陽離子形式存在，磷以陰離子形式存在，在直流電場作用下，不同的帶電離子分別移向不同的電極板，實現釩與磷分離。另外，電極板上負載的萃取劑能對vo2+產生強烈選擇性吸附能力，同時，在電場中，負載電極板表面會形成雙電層，雙電層吸附不同的電荷量和水合離子半徑的離子的能力不同，而含釩溶液中的al3+、fe3+、vo2+的電荷量與水合離子半徑具有較大的差異，使得負載電極板也可以對釩進行選擇吸附，從而最終實現釩與雜質離子的分離。
本發明的有益效果在于：本發明主要基于負載碳材料電極電容去離子對含釩溶液中不同離子的吸附差異達到對釩進行分離富集的目的。本發明由于采用的是電容去離子方法，因此具有流程較短，操作簡單的特點，負載萃取劑的碳電極對釩和雜質離子具有很好的分離效果；處理過程中通電電壓僅為0.5～1.7v，且吸附過程無氧化還原反應，故能耗低；吸附處理過程不需要使用化學試劑，故藥劑消耗量較小，對環境友好。
附圖說明
圖1為本發明的一種工藝流程框圖。
具體實施方式
下面結合附圖和具體實施方式對本發明作進一步描述，并非對其保護范圍的限制：
實施例1：
一種利用電容去離子技術分離富集四價釩的方法，其處理工藝的具體步驟如圖1所示。
(1)制備負載活性炭：將10g的活性炭加入100ml體積分數為10～15％的p204中，40～50r/min超聲攪拌1～1.5h，經固液分離，將所得的固體用固體質量10～11.5倍的純水洗滌，然后將洗滌后的固體在40～50℃下真空干燥3～4h，得到負載p204的活性炭；
(2)制備電極板：取步驟(2)中得到的5g負載活性炭粉末，加入0.45～0.5g的粘結劑聚偏氟乙烯(pvdf)，15～25ml的溶劑二甲基乙酰胺(dmac)，120r/min超聲攪拌1h得到負載活性炭漿體，再將負載活性炭漿體噴覆在集電極高純石墨片的兩面，然后將集電極在55～65℃下真空干燥3～3.5h，得到電極板；
(3)處理含釩溶液：將5組(每組分為正負兩極)電極板以極板間距0.5cm平行置于電容去離子模塊中，將平行排列的電極板分別接通到直流電源正負極上，設定直流電源電壓為1.5v，將待處理的含釩溶液通入電容去離子模塊進行處理，控制含釩溶液在平行電極板間的流速為20～35cm/min，流出電容去離子模塊的含釩溶液又通入電容去離子模塊進行循環處理，含釩溶液的體積為1000ml，釩濃度為2590mg/l，鐵濃度為1327mg/l，鋁濃度為5879mg/l，磷濃度423mg/l，含釩溶液ph為1.2。
(4)四價釩的脫附：當電極板達到吸附飽和后，將電容去離子模塊中的含釩溶液排凈，再分別將連接到直流電源正負極的電極板短接或反接，然后再將8％(v/v)稀硫酸通入到電容去離子模塊中，流出電容去離子模塊的溶液又通入電容去離子模塊進行循環脫附處理，得到富釩液。
本實施例對含釩溶液處理情況如下表所示。
實施例2：
一種利用電容去離子技術分離富集四價釩的方法，其處理工藝的具體步驟如圖1所示：
(1)制備負載碳納米管：將10g的碳納米管加入100ml體積分數為15～22％的p507中，50～60r/min超聲攪拌1.5～2h，經固液分離，將所得的固體用固體質量12～13倍的純水進行洗滌，然后將洗滌后的固體在50～60℃下真空干燥4.5～5.5h，得到負載p507的碳納米管。
(2)制備電極板：取步驟(2)中得到的5g負載碳納米管，加入0.5～0.6g的粘結劑聚偏氟乙烯(pvdf)，25～30ml的溶劑二甲基乙酰胺(dmac)，125r/min超聲攪拌1.5h得到負載碳納米管漿體，再將負載碳納米管漿體噴覆在集電極涂層鈦電極的兩面，然后將集電極在48～55℃下真空干燥3.5～4.7h，得到電極板。
(3)處理含釩溶液：將6組(每組分為正負兩極)電極板以極板間距0.3cm平行置于電容去離子模塊中，將平行排列的電極板分別接通到直流電源正負極上，設定直流電源電壓為1.3v，將待處理的含釩溶液通入電容去離子模塊進行處理，控制含釩溶液在平行電極板間的流速為35～50cm/min，流出電容去離子模塊的含釩溶液又通入電容去離子模塊進行循環處理，含釩溶液的體積為1500ml，釩濃度為1574mg/l，鐵濃度為2024mg/l，鋁濃度為6540mg/l，磷濃度為466mg/l，含釩溶液ph為1.8。
(4)四價釩的脫附：當電極板達到吸附飽和后，將電容去離子模塊中的含釩溶液排凈，再分別將連接到直流電源正負極的電極板短接或反接，然后再將8％(v/v)稀硫酸通入到電容去離子模塊中，流出電容去離子模塊的溶液又通入電容去離子模塊進行循環脫附處理，得到富釩液。
本實施例對含釩溶液處理情況如下表所示。
實施例3：
一種利用電容去離子技術分離富集四價釩的方法，其處理工藝的具體步驟如圖1所示：
(1)制備負載碳納米纖維：將10g的碳納米纖維，加入100ml體積分數為22～30％的p508中，60～70r/min超聲攪拌2～3h，經固液分離，將所得的固體用固體質量13～15倍的純水進行洗滌，然后將洗滌后的固體在40～50℃下真空干燥5.5～7h，得到負載p508的碳納米纖維。
(2)制備電極板：取步驟(2)中得到的5g負載碳納米纖維，加入0.6～0.85g的粘結劑聚偏氟乙烯(pvdf)，30～40ml的溶劑二甲基乙酰氨(dmac)，130r/min超聲攪拌2h，得到負載萃取劑材料漿體，再將負載萃取劑材料漿體噴覆在集電極高純石墨片的兩面，然后將集電極在55～65℃下真空干燥4.7～5h，得到電極板。
(3)處理含釩溶液：將10組(每組分為正負兩極)電極板以極板間距0.7cm平行置于電容去離子模塊中，將平行排列的電極板分別接通到直流電源正負極上，設定直流電源電壓為1.7v，將待處理的含釩溶液通入電容去離子模塊進行處理，控制含釩溶液在平行負載電極板間的流速為50～60cm/min，流出電容去離子模塊的含釩溶液又通入電容去離子模塊進行循環處理，石煤提釩酸浸液的體積為1000ml，釩濃度為550mg/l，鐵濃度為1915mg/l，鋁濃度為1307mg/l，磷濃度120mg/l，含釩溶液ph為2.5。
(4)四價釩的脫附：當電極板達到吸附飽和后，將電容去離子模塊中的含釩溶液排凈，再分別將連接到直流電源正負極的電極板短接或反接，然后再將8％(v/v)稀硫酸通入到電容去離子模塊中，流出電容去離子模塊的溶液又通入電容去離子模塊進行循環脫附處理，得到富釩液。
本實施例對酸浸液處理情況如下表所示
采用上述技術方案，本發明主要基于負載碳材料電極電容去離子對含釩(ⅳ)溶液中不同離子的吸附差異達到對釩進行分離富集的目的。本發明由于采用的是電容去離子方法，因此具有流程較短，操作簡單的特點，負載萃取劑的碳電極對釩和雜質離子具有很好的分離效果；處理過程中通電電壓僅為0.5～1.7v，且吸附過程無氧化還原反應，故能耗低；吸附處理過程不需要使用化學試劑，故藥劑消耗量較小，對環境友好。