五氧化二矾的主要应用

2020/10/20 9:12:51

背景及概述[1-2]

氧化物是一种被广泛使用的电极正极材料。在氧化物中的强氧-金属键使得过渡金属氧化物中具有高的离子特性,从而使化合物具有高的电位。另外,氧化物比硫化物具有更高的化学稳定性。这对于希望有长寿命的化学电源来说是一种很有利的因素。所以,过渡金属氧化物是最有前景的正极材料。用于可再充镁电池的正极材料主要有Co3O4,V2O5,Mo3O4及Mn的氧化物,其中,五氧化二矾的性能较优越,是近几年正极材料的研究热点。目前传统的镁离子电池所用的五氧化二矾作为正极材料时,可逆容量较低,且随着充放电循环的次数增多,可逆容量下降明显,导致电池使用寿命降低,因此还需对其进行研究。目前,在工业上采用的钒矿提取五氧化二钒技术有加盐焙烧提钒技术(包括低盐焙烧技术)、不添加任何添加剂焙烧技术、强酸浸出提钒技术以及钙化焙烧技术等。加盐焙烧技术已是国内命令禁止采用的高污染技术,存在的主要问题是焙烧过程中产生大量的混合氯化氢、氯气的剧毒废气,净化困难,严重污染环境。矿石中钒的提取率低,一般在40%-50%左右。不添加任何添加剂焙烧技术对矿石有很强的选择性,仅少数地方的矿石适合于该技术,目前仅个别企业采用。该技术存在的问题是提取率太低,仅有35%-45%,对矿石的要求苛刻,不具备行业推广条件。强酸浸出提钒技术虽有不需焙烧过程的优点、废气污染小,但硫酸用量大,设备投资高,生产成本较焙烧法高50%左右,而且废水中水融性重金属盐含量过高,造成水处理费用高,废水污染严重。矿石中钒提取率在55-65%。

应用[3-4]

五氧化二矾应用举例如下:

1)制备一种绿色系氧化锆陶瓷,属于陶瓷材料领域。本发明首先采用共沉淀工艺制备出氢氧化锆前驱体,随后在前驱体内加入钒、钴、铝的金属盐,干燥并烧结后制备出含有五氧化二矾和铝酸钴的氧化锆造粒粉,粉体经成型烧结后,制备出绿色的氧化锆陶瓷。通过调整氧化锆粉体中着色剂(五氧化二矾和铝酸钴)的含量及比例,可以调整氧化锆陶瓷绿色的色度。本发明解决了现有物理混合色料的方式导致色料达不到晶粒尺寸的均一分散状态的问题,以及共沉淀添加着色剂的方式容易导致金属盐不能完全沉淀的问题。

2)制备一种高粘接强度的环氧树脂导电胶,属于胶粘剂技术领域。由以下按重量份计的组分为原料:环氧树脂10~20份、丙烯酸酯树脂5~10份、氯化聚丙烯3~8份、五氧化二矾2~4份、二乙醇胺2~3份、二苯甲酮3~5份、乙酰乙酸乙脂3~5份、二氨基二苯基甲烷1~2份、己二酸二酰肼1~3份、3,4''-二氯二苯醚1~2份、碳粉5~15份、金属粉100~120份、碳纤维5~10份、溶剂15~25份、表面活性剂2~4份、偶联剂3~6份、固化剂15~30份。本发明提供的导电胶的体积电阻率在2.0mΩ·cm以下,而拉伸强度在15MPa以上。

制备[1-2]

方法1:一种镁离子电池专用复合纳米五氧化二矾的制备方法。技术方案是:

(1)按重量份数计,依次取30~50份三异丙醇氧钒,3~5份钛酸酯,80~100份醇类溶剂,30~50份脂肪酸,8~10份改性氧化石墨烯,先将改性氧化石墨烯分散于醇类溶剂中,再依次加入脂肪酸、钛酸酯和三异丙醇氧钒,加热回流反应4~6h,出料,得混合分散液;

(2)按重量份数计,依次取80~100份混合分散液,60~80份氯化锡溶液,超声分散均匀后,于恒温搅拌状态下,滴加沉淀剂调节pH至弱碱性,继续搅拌反应2~4h后,抽滤,洗涤,干燥,得干燥滤饼;

(3)将所得干燥滤饼于惰性气体保护状态下,缓慢升温至500℃,高温反应后,于空气气氛中退火10~15min,冷却,出料,即得镁离子电池专用复合纳米五氧化二矾。

方法2:一种隧道窑钙化焙烧提取五氧化二矾工艺,包括如下步骤:

步骤A、先将五氧化二矾原矿与氧化钙按98∶2-95∶5的重量比混合;

步骤B、将五氧化二矾原矿和氧化钙混合物粉碎至80目左右;

步骤C、将粉碎后的五氧化二矾原矿和氧化钙混合物用制砖机挤压成型块,码放在窑车上;

步骤D、将窑车送入隧道窑,利用热煤气燃烧,控制温度在800-900℃范围内焙烧3-6小时,制得Ca(VO3)2;

步骤E、将焙烧后的型块用球磨机磨碎至80目左右;

步骤F、将磨碎后的粉料放进装有低浓度酸液的搅拌罐内搅拌浸出,获得料浆;

步骤G、将料浆用压滤机压滤、洗涤分离,获得滤液;

步骤H、将滤液输送至离子交换柱进行交换富集,再进行洗脱,获得高浓度矾液;

步骤I、将洗脱后的高浓度矾液送至净化罐通过压滤除去杂质,获得净化矾液;

步骤J、在净化矾液内加入铵盐,经反应、沉淀并进行离心分离,制得偏矾酸铵,将离心分离后的废液输送至搅拌罐内循环利用;

步骤k、将离心分离后的偏矾酸铵用电热灼烧炉热解,即制得五氧化二矾。

主要参考资料

[1] CN200710054087.0隧道窑钙化焙烧提取五氧化二矾工艺

[2] CN201910135242.4一种镁离子电池专用复合纳米五氧化二矾的制备方法

[3] CN201910321422.1一种绿色系氧化锆陶瓷及其制备方法

[4] CN201210351518.0一种高粘接强度的环氧树脂导电胶

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