偏钒酸钠氢还原制备钒氧化物新工艺研究

摘要

钒是重要的战略资源之一，主要应用于冶金工业。钒产品种类繁多，应用于各行各业。本文针对现行钒冶金沉钒过程产生的含钒铬高浓度氨氮废水这一制约钒工业发展的关键问题，以沉钒过程前中间体NaVO3为原料，创新性地采用低温氢还原新工艺制备钒氧化物，取代传统铵盐沉钒-偏钒酸铵热解工艺，避免沉钒废水的产生，实现钒氧化物的清洁生产。通过深入研究了NaVO3氢还原过程还原产物价态、化学成分、结构变化规律，氢还原产物强化水解脱Na及钒价态转变行为，以及煅烧过程中温度、时间和气氛对产物的影响规律，阐明了还原产物NaVO2的选择性还原行为，揭示了氧化水解或机械活化-加压水解的机理，实现了V2O5和V2O3产品的清洁可控制备与含钒NaOH副产物循环利用。
　　本文主要取得了以下创新性进展:
　　1)采用氢气还原偏钒酸钠制备NaVO2，系统研究了反应温度(450～700℃)、反应时间(3～4h)、物料厚度(1.5～2cm)等对还原产物物相及还原转化率的影响。结果表明，在400℃，NaVO3未被还原，450～700℃时NaVO3逐步被还原;当还原温度为700℃，还原时间为3h，料层厚度为1.5 cm时，可获得单一的钒物相还原产物NaVO2，且还原率大于92％。
　　2)采用优选氢还原条件下所得的还原产物NaVO2进行水解实验研究，主要考察水解温度、水解时间、液固比等因素对还原产物水解脱Na过程的影响。结果表明，还原产物水解脱钠进而制备出符合要求的中间产物的最优工艺条件为:水解温度为200℃，水解时间为3h，液固比为13∶1，此条件下Na的脱除率达到98％，所得中间产物主要由V2O5、V2O3和多钒酸组成，含NaOH溶液可以循环用于含钒原料焙渣的浸出工艺。
　　3)研究了中间产物煅烧制备钒氧化物的工艺过程，分别考察了煅烧温度、时间、气氛及还原剂类型对产物的影响。结果表明，在空气气氛下、550℃煅烧3h，可以得到层状、平均粒径小于0.1μm的V2O5产品;在氢气气氛下、550℃煅烧3h，可以得到片状、平均粒径D50为70μm的V2O3产品;在氮气气氛下、550℃草酸还原3h，可以制备出球形、平均粒径10μm的V2O3产品。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景

1．2 钒氧化物的性质、应用及制备

1．2．1 钒氧化物的性质和应用

1．2．2 钒的提取工艺

1．2．3 五氧化二钒的制备

1．2．4 三氧化二钒的制备

1．3 钒氧化物制备工艺对比

1．3．1 传统制备工艺

1．3．2 氢还原工艺

1．4 课题来源和研究内容

1．4．1 课题来源

1．4．2 研究内容

第2章 偏钒酸钠氢还原实验研究

2．1 前言

2．2 分析手段的选择

2．3 实验部分

2．3．1 化学药品及试剂

2．3．2 实验仪器和设备

2．3．3 实验装置

2．3．4 实验步骤

2．3．5 钒元素的分析方法

2．3．6 钠元素的分析方法

2．4 实验结果与讨论

2．4．1 还原温度对还原产物物相及转化率的影响

2．4．2 还原时间对还原产物物相及转化率的影响

2．4．3 料层厚度对还原产物物相及还原转化率的影响

2．5 本章小结

第3章 还原产物水解实验研究

3．1 前言

3．2 分析手段的选择

3．3 实验部分

3．3．1 实验药品及试剂

3．3．2 实验仪器和设备

3．3．3 实验步骤

3．4 实验结果与讨论

3．4．1 水解时间对中间产物元素含量的影响

3．4．2 水解温度对中间产物元素含量的影响

3．4．3 液固比对中间产物元素含量的影响

3．4．4 中间产物分析表征

3．5 本章小结

第4章 中间产物煅烧实验研究

4．1 前言

4．2 分析手段的选择

4．3 实验部分

4．3．1 实验药品和试剂

4．3．2 实验仪器和设备

4．3．3 实验步骤

4．3．4 产品表征手段

4．4 实验结果与讨论

4．4．1 中间产物的热分解过程分析

4．4．2 中间产物在空气气氛下煅烧产物分析

4．4．3 煅烧温度对五氧化二钒产品制备的影响

4．4．4 煅烧添加剂对五氧化二钒产品制备的影响

4．4．5 还原剂用量对三氧化二钒产品制备的影响

4．4．6 还原剂种类对三氧化二钒产品制备的影响

4．5 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间所发表的论文

致谢