在全球能源转型与储能技术升级的背景下，全钒液流电池因其长寿命、高安全性及可深度充放电等优势，成为大规模储能领域的核心方向。作为电池的“血液”，钒电解液的成本占电池总成本的50%以上，其制备效率与纯度直接决定电池性能。传统钒电解液制备依赖钒钛磁铁矿提钒工艺，需经多步“液-固”转化，流程冗长且成本高昂。近年来，以萃取槽为核心的短流程制备技术通过“液-液”萃取一步提纯钒，将收率提升至98%以上，成本降低30%，成为行业技术突破的关键。
一、中试萃取槽：短流程技术的核心单元
中试萃取槽是连接实验室研究与工业化生产的桥梁，其设计需兼顾高效分离与工艺放大验证。该设备通过多级逆流萃取与反萃取工艺，实现钒离子从酸性浸出液到高纯电解液的直接转化，核心功能包括：
多级逆流萃取：采用6-8级串联设计，每级停留时间控制在8-12分钟，通过有机膦酸类萃取剂（如P204）与钒离子形成络合物，实现钒与铝、铁等杂质的精准分离。例如，某中试项目数据显示，经三级萃取后，钒纯度从浸出液的85%提升至95%，铁杂质含量降至0.02%以下。
反萃取与精炼：负载钒的有机相经稀硫酸反萃后，钒浓度可达40-50g/L，再通过铵盐沉淀法转化为多钒酸铵，煅烧后获得高纯度V₂O₅。该过程无需中间结晶步骤，直接适配电池级电解液需求。
工艺参数优化：中试阶段通过调节萃取剂浓度（15%-25%）、酸度（pH=1.5-2.0）及温度（50-60℃），确定最佳操作窗口。例如，某石煤提钒中试线通过控制反萃酸度至1.8mol/L，使钒回收率突破98%，较传统工艺提升15个百分点。
二、技术突破：从实验室到千吨级中试
中试萃取槽的技术突破体现在三个方面：
短流程工艺验证：传统工艺需经“浸出-净化-沉淀-煅烧-溶解”五步制备V₂O₅，再电解为电解液。中试萃取槽通过“浸出-萃取-反萃”三步直接生成电解液，流程缩短60%。例如，某项目以石煤为原料，经两段逆流酸浸（硫酸浓度20%，温度90℃）后，浸出液直接进入萃取槽，省去结晶除杂环节，吨钒电解液生产成本降低1.2万元。
杂质协同去除：针对石煤中铬、锰等共存杂质，中试研发靶向萃取体系，通过调节萃取剂组成（如P204与Cyanex272复配），实现钒与铬的分离因子>1000。数据显示，经四级萃取后，电解液中铬含量从初始的500ppm降至0.5ppm以下，满足国际一级品标准。
连续化生产验证：中试线采用全封闭循环系统，单线处理能力达1500m³/年，实现24小时连续运行。例如，某项目通过优化澄清室结构（采用斜板沉淀技术），将分相时间从传统工艺的2小时缩短至15分钟，设备利用率提升80%。
三、典型应用场景与数据支撑
石煤提钒中试：以南方某石煤矿为原料，经破碎、酸浸后，浸出液含钒1.2g/L、铁0.8g/L。中试萃取槽采用六级逆流萃取，萃取剂流量控制在300L/h，反萃酸度1.5mol/L，最终获得电解液纯度99.9%，钒回收率98.5%，吨电解液酸耗降低40%。
钒钛磁铁矿尾渣利用：针对某钢厂含钒尾渣（V₂O₅含量0.8%），中试线通过“氧化焙烧-酸浸-萃取”工艺，将钒回收率从传统工艺的65%提升至88%。萃取槽采用四级逆流设计，每级停留时间10分钟，反萃液钒浓度达45g/L，可直接用于电解液配制。
含钒废水资源化：某化工企业含钒废水（V₂O₅含量0.5g/L）经中试萃取槽处理后，钒回收率达92%，废水达标排放率100%。该工艺通过调节萃取剂组成（P507与TBP复配），实现钒与有机物的选择性分离，吨水处理成本较传统沉淀法降低60%。
四、技术挑战与未来方向
尽管中试萃取槽已实现技术突破，但仍面临以下挑战：
萃取剂寿命与成本：当前工业级萃取剂使用寿命约2000小时，需开发耐酸、耐氧化的新型萃取剂以延长寿命至5000小时以上。
多金属协同提取：针对含钒、镍、钴的多金属矿石，需研发协同萃取体系，实现资源综合利用率>95%。
智能化控制升级：引入机器视觉与AI算法，实时监测萃取槽内相界面位置与杂质浓度，实现工艺参数自适应优化。
未来，中试萃取槽将向模块化、集成化方向发展。例如，开发可移动式中试平台，集成萃取、反萃、精炼单元，单台设备处理能力覆盖100-1000m³/年，满足不同规模企业的技术验证需求。随着全钒液流电池装机量突破10GWh，中试萃取槽技术将成为降低电解液成本、推动储能产业规模化发展的核心引擎。