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石煤提钒新工艺及其机理研究

作　者: 肖超
导　师: 肖连生
学　校: 中南大学
专　业: 有色金属冶金
关键词: 钒硅石煤分离加压碱性浸出溶剂萃取
分类号: TF841.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

本文提出了一种清洁、高效、低成本的石煤提钒新工艺,工艺过程包括空白焙烧—加压碱浸—脱硅—萃取—沉钒—煅烧等工序。采用该工艺处理某地难处理石煤钒矿,最终钒的回收率为82.14%,产品V2O5纯度达98.5%。试验证明该工艺提钒试剂消耗低、钒收率高、反应速度快、三废排放少,生产的产品合格。论文主要研究内容与结论如下：针对目前采用“焙烧—常压碱浸提钒”工艺从石煤钒矿中提取钒存在碱消耗大、浸出时间长和浸出液杂质含量高等问题,本研究采用加压碱性浸出石煤钒矿焙砂。试验考察了碱用量、液固比、浸出时间、阴离子种类与浓度等因素对钒浸出的影响。结果表明,采用矿重3.5%的NaOH,液固比为1.5/1,180℃保温2小时,钒的浸出率达到86%,浸出液中钒硅质量浓度比为0.65,浸出液pH值约为11.4,萃余液补碱循环返回浸出后SO42-、C1-积累浓度分别不会超过10、7g/L,不影响浸出效果。加压碱性浸出法钒浸出率高,杂质浸出率低,为石煤提钒提供了一个新的途径。根据硅的性质,首先将溶液pH值调整至9.0-8.5,使大部分的硅以固态H4SiO4沉淀析出,残余部分胶态H4SiO4采用混凝沉淀除去,最终达到高效分离钒硅的目的。具体工艺：首先在常温下,采用H2SO4将石煤浸出液pH值调整至9.0～8.5,加热至90-95℃,保温1～2min,至料液无色透明；然后投入溶液质量0.1%的A12(S04)3·18H20,50℃保温30min,过滤,即完成整个除硅过程。最终钒收率达到98.16%,除硅率达到97.48%,钒硅得到很好的分离。分析碱性条件下硅钒离子性质可知,当溶液7.0<pH<9.0时,钒易于被萃取,且钒硅离子性质差异大分离容易。选择有机相组成为：15% N263+10% TBP+75%磺化煤油,按照萃取有机相工作容量(CV2O5=24g/L)计算选择萃取相比,采用3级逆流萃取,萃余液V205浓度低于0.01g/L,有机相V205浓度约为24g/L,SiO2浓度约为0.1g/L,负载有机相采用纯水洗涤1次,即可用于反萃。萃取的机理为：3(R4N)Cl+V3O93-=(R4N)3V3O9+3Cl-。反萃采用NaOH+NaCl体系,浓度分别为0.7、2.5mol/L,反萃相比O/A=5/1,试验采用负载有机相V205浓度为25.401g/L。通过三级逆流反萃,钒的反萃率达到99.34%,反萃液中V2O5浓度为126.163g/L,反萃液pH值为10.2,有机相中残余V2O5浓度为0.167g/L。反萃时,同时发生下述两个反应：2(R4N)3V3O9+6OH-+6Cl-=6R4NCl+3V2O74-+H2O、(R4N)3V3O9+3Cl-=3R4NC1+V3O93-本文采用NH4Cl沉钒。沉钒工艺为：首先加酸将反萃液pH值调整至9.0,然后取K铵=1.47,加入固体NH4Cl,于45℃搅拌1h,最后于室温(25℃)静置4h,母液V205为0.321g/L,沉钒率达到99.73%。得到的NH4VO3通过干燥、煅烧得到V205质量符合国标98.5%品级。该工艺的优势在于：“水”、“盐”、“萃取有机相”可以循环使用,水、试剂消耗以及三废排放量均低；工艺流程短,钒收率高；整个工艺反应为碱性体系,设备防腐要求低。试验结论表明该工艺技术可靠,经济技术指标好,工业应用前景好。

全文目录

摘要  3-5
ABSTRACT  5-11
第一章文献综述  11-23
  1.1 钒及其化合物的性质  11-13
    1.1.1 钒的物理性质  11
    1.1.2 钒的化学性质  11-13
  1.2 钒的用途  13-14
  1.3 钒资源  14-15
    1.3.1 钒钛磁铁矿  14
    1.3.2 石煤钒矿  14-15
  1.4 石煤浸出工艺  15-18
    1.4.1 中性浸出  15-16
    1.4.2 酸性浸出  16-17
    1.4.3 碱性浸出  17
    1.4.4 浸出工艺比较  17-18
  1.5 溶液提钒工艺  18-21
    1.5.1 溶液净化  18-19
    1.5.2 富集分离  19-20
    1.5.3 沉钒  20-21
  1.6 本研究课题的意义与内容  21-23
    1.6.1 课题意义  21-22
    1.6.2 研究内容  22-23
第二章试验原理与方法  23-31
  2.1 试验流程及主要原理  23-25
    2.1.1 试验流程  23
    2.1.2 试验过程原理概述  23-25
  2.2 试验原料、试剂及设备  25-28
    2.2.1 试验原料  25-27
    2.2.2 试验试剂  27
    2.2.3 试验设备  27-28
  2.3 分析方法  28-29
    2.3.1 物相与荧光半定量分析  28
    2.3.2 常规化学分析  28-29
  2.4 数据处理方法  29-31
第三章石煤焙砂加压碱性浸出  31-49
  3.1 实验结果与讨论  31-44
    3.1.1 温度对浸出的影响  31
    3.1.2 碱用量对浸出的影响  31-34
    3.1.3 液固比对钒浸出的影响  34
    3.1.4 浸出时间对浸出的影响  34-35
    3.1.5 添加剂对浸出的影响  35-39
    3.1.6 常压浸出与加压浸出比较  39
    3.1.7 杂质对萃余液返回浸出的影响  39-44
  3.2 焙砂加压浸出机理  44-47
    3.2.1 物相分析  44-46
    3.2.2 动力学分析  46-47
  3.3 加压碱浸小结  47-49
第四章浸出液钒硅分离研究  49-62
  4.1 溶液中钒、硅物理化学性质  49-55
    4.1.1 溶液中钒离子物理化学性质  49-51
    4.1.2 溶液中二氧化硅的物理化学性质  51-55
  4.2 钒硅分离理论依据  55-56
  4.3 直接调酸—萃取分离钒硅  56
  4.4 中和除硅—萃取分离钒硅  56-58
  4.5 混凝除硅—萃取分离钒硅  58-61
    4.5.1 混凝剂选择  58-59
    4.5.2 混凝温度的选择  59-60
    4.5.3 混凝时间的选择  60
    4.5.4 Al_2(SO_4)_3·18H_2O加入量的影响  60
    4.5.5 混凝除硅小结  60-61
  4.6 钒硅分离工艺小结  61-62
第五章碱性介质中钒的溶剂萃取  62-84
  5.1 萃取条件试验  62-71
    5.1.1 溶液pH值对萃取的影响  62-63
    5.1.2 阴离子对钒萃取的影响  63-66
    5.1.3 震荡时间对钒萃取的影响  66
    5.1.4 温度对钒萃取的影响  66-68
    5.1.5 改性剂的选择  68-69
    5.1.6 TBP含量对萃取的影响  69
    5.1.7 相比对钒萃取的影响  69-70
    5.1.8 萃取饱和容量  70-71
    5.1.9 萃取等温线  71
  5.2 萃取机理  71-72
  5.3 萃取工艺条件  72-74
  5.4 反萃条件与理论  74-80
    5.4.1 NaOH+NaCl反萃体系  74-77
    5.4.2 NH_3·H_2O+NH_4Cl反萃体系  77-80
  5.5 反萃工艺条件  80-82
  5.6 钒的溶剂萃取小结  82-84
第六章反萃液铵盐沉钒、煅烧与产品检测  84-90
  6.1 铵盐沉钒工艺的选择  84-87
    6.1.1 弱碱性铵盐沉钒原理  84-86
    6.1.2 铵盐沉钒工艺参数的确定  86-87
    6.1.3 沉钒母液处理  87
  6.2 干燥、煅烧制备V_2O_5  87-88
  6.3 技术经济分析  88-89
    6.3.1 各工艺过程收率  88
    6.3.2 工艺试剂消耗  88-89
  6.4 小结  89-90
第七章结论与建议  90-93
  7.1 结论  90-91
  7.2 建议  91-93
参考文献  93-98
致谢  98-99
攻读硕士学位期间发表的文章  99
攻读硕士学位期间科研情况  99

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