一种制备钒酸铋的方法
【专利摘要】本发明公开了一种制备钒酸铋的方法。本发明以氧化铋为原料，在强化反应的条件下，直接和偏钒酸钠溶液反应生成钒酸铋及含偏钒酸钠的氢氧化钠溶液，含偏钒酸钠的氢氧化钠溶液可以返回制取偏钒酸钠，实现了反应过程无废液排放。本发明具有反应过程简单、成本低、转化率高、环保清洁的特点。
【专利说明】
一种制备钒酸铋的方法
技术领域
[0001 ]本发明涉及一种制备钒酸铋的方法。
【背景技术】
[0002]钒酸铋(BiVO4)是一种淡黄色的无机颜料，具有铋黄、184黄、钼铋黄、钛铋黄、铋黄184等别称，具有无毒、耐腐蚀性好、色泽明亮、铁弹性、光催化性及对环境友好等优良性能。钒酸铋除了做为着色剂的性质，它还具有光催化性能。
[0003]当今世界最普遍使用的无机黄颜料铬黄和镉黄，具有良好的性能而且应用历史悠久，但是由于含有铅、铬和镉等危害人类健康和污染环境的重金属元素，其应用领域受到有关法规越来越严格的限制。无机铋系颜料因其着色力、遮盖力强、对人体和环境没有危害，成为目前最好的黄色无机颜料，受到人们越来越多的关注。
[0004]目前钒酸铋的制备方法是水溶液沉淀法和固相煅烧法，原料主要是Bi(NO3)3和NaV03/NH4V03。例如，美国专利(US5536309)提出BiVO4包覆的效应颜料，其工艺实例为:高速搅拌下，将Bi (NO3) 3溶液与含片状云母的悬浮液和含Na3PO4、NaBO2的NaVO3溶液混合，接着用30%Na0H溶液调pH至3.5，在室温下搅拌Ih并用4%NaOH溶液保持pH在3.4?3.7，然后调pH至6，加热至回流温度，回流2h，同时加入4 %NaOH溶液保持pH为6。在上述方法中，原料Bi(NO3)3是Bi或Bi2O3通过硝酸溶解得到的，显然，在溶解过程中，会消耗大量的硝酸，而且会产生大量的有毒的NOx气体，严重污染环境。为解决硝酸消耗量大、大量有毒NOx气体产生这一系列问题，提出了本发明。本发明的提出解决了硝酸消耗量大、大量有毒NOx气体产生的问题，有着显著的经济效益和社会意义。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是针对所述存在的问题，提供一种产率高、反应时间短、成本低、能耗小、制备过程简单、环保的制备钒酸铋的方法。
[0006]本发明的技术方案在于提供一种制备钒酸铋的方法，以粒度小于或等于0.154mm的氧化祕为原料，加入到浓度为0.6?2.0mol/L的偏f凡酸钠/f凡酸钠溶液中，控制偏f凡酸钠/隹凡酸钠溶液与氧化祕的液固体积质量比为15?30mL/g，然后加入装有两个以上氧化错球的容器中，在温度65?150°C反应，反应过程中，进行机械搅拌，机械搅拌桨带动氧化锆球运动，通过氧化错球之间的摩擦对反应物进行破碎及产物层进行剥离，搅拌1.5-3.0h，得到隹凡酸祕产物及含偏银酸钠/银酸钠的氢氧化钠溶液，含偏银酸钠/银酸钠的氢氧化钠溶液返回制备偏钒酸钠/钒酸钠溶液。
[0007]所述搅拌桨的搅拌速度优选为200-400r/min。
[0008]所述氧化锆球与氧化铋的质量比优选为5?18。
[0009]本发明最优选的方案之一为:
[0010]所述反应温度为80Γ。
[0011 ]本发明最优选的方案之一为:
[0012]搅拌时间为2h。
[0013]本发明最优选的方案之一为:
[0014]所述偏钒酸钠/钒酸钠溶液的浓度为1.5mol/L。
[0015]本发明最优选的方案之一为:
[0016]所述液固体积质量比20。
[0017]特别是通过严格控制上述参数，能够获得意料之外的高转化率。
[0018]本发明的有益效果
[0019]本发明直接使用氧化铋为原料，制备得到了转化率很高的钒酸铋产品。
[0020]工业上传统的球磨是利用下落的研磨体(如钢球、鹅卵石等)的冲击作用以及研磨体与球磨内壁的研磨作用而将物料粉碎并混合。
[0021]本发明提出了一种在机械搅拌下，由机械搅拌桨带动钢球运动，钢球通过两两之间的摩擦、挤压对反应物磨碎及对产物层进行剥离，从而加快反应速率，使反应连续进行的方法。
[0022]本发明的上述改进，不仅节约了大量的能量，且意料之外地实现了以氧化铋为原料制备得到转化率很高的钒酸铋产品。
[0023]本发明中通过选择一种独特的研磨方式，并通过各个参数的严格控制与配合，得到了意料之外的良好技术效果。
[0024]本发明打破了常规的用硝酸溶解精铋或氧化铋得到硝酸铋再来生产钒酸铋的思路，且大大提高了反应的转化率。
[0025]本发明节省了大量的化学试剂，成本显著降低；同时，有效减少了有害的氮氧气体及氨氮废水产生，友好环境。
[0026]本发明的产率高、反应时间短、成本低、能耗小、制备过程简单、环保。
【附图说明】
[0027]图1为实施例1制备得到的产物的X射线衍射图(XRD);
[0028]图2为对比例6所得到产品的形貌图。
[0029]图3为实施例1所得产品的形貌图。
[0030]从图2和图3的对比可看出，对比例6所得产品呈枝晶状分布，实施例1得到的产品枝晶不明显。
【具体实施方式】
[0031]下面用【具体实施方式】并结合附图详细描述本方面。
[0032]实施例1
[0033]以50g氧化铋为原料，加入122gNaVO3于IL去离子水中，置于80°C恒温加热，加750g氧化错球，在电动机的带动下，搅拌桨以转速200r/min搅拌，搅拌球磨反应1.5h，反应后得到的溶液呈黄色，将反应后的溶液过滤、洗涤，得到滤液和钒酸铋产物。钒酸铋产物置于600C恒温干燥箱中干燥48h，分析计算出Bi2O3转化率为90.8%。
[0034]实施例2
[0035]以50g氧化铋为原料，加入IL 1.5mol/L的Na3VO4溶液，置于70°C恒温加热，加750g氧化错球为球磨介质，在电动机的带动下，搅拌桨以转速400r/min搅拌，搅拌球磨反应3h，反应后得到的溶液呈黄色，将反应后的溶液过滤、洗涤，得到滤液和钒酸铋产物。钒酸铋产物置于600C恒温干燥箱中干燥48h，分析计算出Bi2O3转化率为92.5%。
[0036]实施例3
[0037]以50g氧化铋为原料，加入IL 1.5mol/L的似￥03溶液，搅拌混匀，置于80°(:恒温加热，加750g氧化锆球为球磨介质，在机械搅拌条件下反应2h，反应后得到的溶液呈黄色，将反应后的溶液过滤、洗涤，得到滤液和钒酸铋产物。钒酸铋产物置于60 0C恒温干燥箱中干燥48h，分析计算出Bi2O3转化率为94.5%。
[0038]对比例I
[0039]以5g氧化铋为原料，加入10mL 1.5mol/L的NaVO3溶液，加75g氧化锆球为球磨介质，室温下，置于行星式球磨机球磨4h，未有钒酸铋产出。
[0040]对比例2
[0041 ]以5g氧化铋为原料，加入10mL 1.5mol/L的NaVO3溶液，加75g氧化锆球为球磨介质，温度为80°C，置于行星式球磨机球磨4h，氧化铋的转化率为70.8%。
[0042]对比例3
[0043]除置于40°C、50°C、60°C恒温加热外，其余按照实施例1所述方法进行实验，对得到的产品进行分析，发现未有钒酸铋生成。
[0044]对比例4
[0045]除使用偏矾酸钠，且偏矾酸钠的浓度为0.lmol/L外，其余按照实施例1所述方法进行实验，对得到的产品进行分析，分析计算出Bi2O3转化率为20%。
[0046]对比例5
[0047]除液固体积质量比为10mL/g外，其余按照实施例1所述方法进行实验，对得到的产品进行分析，分析计算出M2O3转化率为40%。
[0048]对比例6
[0049]除未进行搅拌球磨外，其余按照实施例1所述方法进行实验，对得到的产品进行分析，所得产品的形貌如图2所示。
【主权项】
1.一种制备f凡酸祕的方法，其特征在于，以粒度小于或等于0.15 4 mm的氧化祕为原料，加入到浓度为0.6?2.0mol/L的偏钒酸钠/钒酸钠溶液中，控制偏钒酸钠/钒酸钠溶液与氧化铋的液固体积质量比为15?30mL/g，然后加入装有两个以上氧化锆球的容器中，在温度65?150°C反应，反应过程中，进行机械搅拌，机械搅拌桨带动氧化锆球运动，通过氧化锆球之间的摩擦对反应物进行破碎及产物层进行剥离，搅拌1.5-3.0h，得到钒酸铋产物及含偏钒酸钠/钒酸钠的氢氧化钠溶液，含偏钒酸钠/钒酸钠的氢氧化钠溶液返回制备偏钒酸钠/钒酸钠溶液。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述搅拌桨的搅拌速度为200-400r/min。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述氧化锆球的质量与氧化铋的质量比为5 ?18。4.根据权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，所述反应温度为80V。5.根据权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，所述搅拌时间为2h。6.根据权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，所述偏钒酸钠/钒酸钠溶液的浓度为1.5mol/L07.根据权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，所述液固体积质量比20。
【文档编号】C01G31/00GK105948119SQ201610272991
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2016年4月28日
【发明人】唐朝波, 曾萍, 唐雷, 李云, 刘永, 陈龙, 刘恒
【申请人】中南大学