电容去离子技术净化石煤酸浸液的研究

摘要

空白焙烧-酸浸是一种常见的石煤提钒工艺，具有浸出率高，能效高，污染少等优势，但由于强酸浸出且选择性较差，酸浸液通常具有酸度高、杂质多的特点，影响后续钒的净化分离，造成产品质量不达标。传统的石煤酸浸液净化分离方法存在V损失大、药剂消耗量大、容易造成环境污染等问题，本研究采用一种环境友好型吸附技术—电容去离子技术(CDI)处理石煤酸浸液，研究了电极材料性能，确定适宜的活性炭和离子交换树脂种类，讨论了复合电极的最佳制备工艺，并考察复合电极的各项性能，最后讨论了电容去离子技术对石煤酸浸液的溶液特性及离子吸附特性的影响，以期达到对酸浸液调节pH、除杂的目的。主要研究内容和结论如下：
　　（1）矿物质活性炭具有较大的比表面积和较多的含氧官能团，晶体结晶度较高，其电极平均电容量最大，内扩散阻力小于其他两种电极，材料电阻较小。ZG-A-PX氢氧型粉末树脂对酸浸液中的P、Al有较好的除杂效果，且V损失最小。因此，电容去离子的电极材料应选用矿物质活性炭和ZG-A-PX氢氧型粉末树脂。
　　（2）活性炭/阴离子交换树脂复合电极最佳制备条件为：活性炭与树脂添加量1:3，粘结剂含量10％，此时复合电极的电化学性能最佳，平均电容可达92.0F·g-1。复合电极对KCl溶液的脱盐率较纯活性炭电极相比提高32.1%，具有更多的空隙结构，复合电极的吸附性能有所提高，并具有较好的电化学性能和抗化学侵蚀能力。
　　（3）电容去离子技术处理的最佳工艺参数为：操作电压2.0V，进料流量25mL·min-1，溶液初始pH0.75，电极间距9mm。复合电极对酸浸液中的P吸附量为29.0mg·g-1，对Al的吸附量为422.4mg·g-1，单极V损失率仅为1.3%，V-P分离因数为74.7，V-Al分离因数为29.36，V与杂质离子P和Al的分离效果显著。3级串联处理后，溶液中P的去除率可达87.25%，Al的去除率为53.68%，V损失率仅为3.8%，溶液pH由初始0.75上升至1.41，累计电能消耗1.77kWh·m-3，有效的实现V与杂质离子的分离，达到调节溶液pH和除杂的目的。处理后电极经“纯水/电极短接—NaOH+NaCl/电极正接—纯水/电极短接三步可实现电极的再生。
　　（4）石煤酸浸液经电容去离子处理后，电极在吸附离子的过程中发生电解，阴极板碱化，同时电极中离子交换树脂的OH-进入溶液，溶液pH上升。酸浸液中P主要以H3PO4分子和H2PO4-的形式存在，Al部分以Al(SO4)2-形式存在，在电容去离子过程中，复合电极吸附电极表面的HPO42-和酸浸液中的H2PO4-，酸浸液的Al部分向AlF4-形式转变，溶液中的Al始终有一部分以阴离子的形式被电极吸附。V主要是双电层作用吸附在电极表面，而P、Al等杂质离子，少部分以静电吸附形式被电极表面双电层吸附，大部分被电极中的离子交换树脂吸附。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 钒的概述

1.2 石煤提钒现状

1.3 含钒溶液的净化分离

1.4 电容去离子技术

1.5 本论文的研究意义和内容

第2章 试验原料、仪器及试验方案

2.1 试验原料

2.2 试验药剂、仪器及试验装置

2.3 试验方法及测试分析

第3章 电极材料的选择

3.1 活性炭的选取

3.2 树脂的选取

3.3 本章小结

第4章 活性炭/阴离子交换树脂复合电极的制备及性能研究

4.1 活性炭/阴离子交换树脂复合电极的制备

4.2活性炭/离子交换树脂复合电极的吸附性能

4.3 活性炭/阴离子交换树脂复合电极表面形貌分析

4.4活性炭/阴离子交换树脂复合电极的抗化学侵蚀能力

4.5本章小结

第5章 电容去离子技术处理石煤酸浸液研究

5.1 酸浸液中V的损失变化

5.2 电容去离子过程中溶液pH的变化特性

5.3 电容去离子过程中杂质离子的存在形式

5.4 电容去离子技术对酸浸液中离子的吸附特性

5.5 吸附前后电极的红外光谱分析

5.6 多级串联吸附

5.7 电容去离子技术处理石煤提钒酸浸液的能耗分析

5.8 电极再生及溶液中V、P、Al的分配

5.9 本章小结

第6章 结论、创新点与展望

6.1 结论

6.2 创新点

6.3 展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间研究成果