石煤中五氧化二钒的提取新工艺研究

摘要

钒及其化合物是一种重要的战略物资,有广泛的应用及前景。我国是钒资源大国,其中大量石煤中赋存有储量巨大的V2O5。因此在石煤中提取V2O5的工艺备受关注。从石煤中提取V2O5的传统工艺是添加NaCl焙烧,该工艺过程钒回收率不高,且放出大量的Cl2和HCl气体,浪费资源的同时严重污染环境。因此,研究新的提钒工艺对于提高资源利用率、减少环境污染具有重要的意义。
　　 本文在查阅大量文献的基础上,针对贵州石煤钒矿的特点,对氧化焙烧-硫酸循环浸泡-调节pH沉钒、添加超强酸焙烧-酸浸-萃取以及添加超强碱焙烧-酸浸-离子交换的工艺进行了系统的研究。确定了三条优化工艺路线。氧化焙烧烧-硫酸循环浸泡的最适工艺条件为:将原矿焙烧脱碳,在质量分数为35％的硫酸中100℃浸泡5 h,V2O5的浸出率达88.50％。将酸浸液添加硫酸保持至原浓度循环浸泡矿石。循环五次的平均浸出率可达82.30％,钒水浓度达到38.40g·L-1。将含钒溶液调节pH值沉淀红钒和Fe(OH)3沉淀,沉淀采用碱溶的办法将V2O5转化为可溶钒,然后添加NH4Cl可以得到NH4VO3。沉淀红钒后的酸液继续调节pH值,可以回收溶液中的其他金属离子。超强酸焙烧-浸出的最适条件为将石煤矿磨成80目矿粉后,添加矿重3％的超强酸并加水成球,700℃时焙烧4 h,焙烧后矿样按液固比2:1的比例于90℃浸泡在5％的稀硫酸中浸出4 h,V2O5的浸出率为86.14％。在浸出液中加石灰调节pH值至2.0,使用P2O4:TBP:磺化煤油=3:1:16在油水比(O/W)比为1:2的条件下对浸出液中钒进行萃取,V2O5的萃取率为96.65％。以60 g·L-1NaCO3溶液为反萃液,O/W比为2:1,进行反萃后水相中V2O5浓度为21.98 g·L-1,反萃率为95.07％。反萃液直接按比例加NH4Cl晶体得NH4VO3沉淀。超强碱焙烧-浸出的最适条件为:石煤矿样粉碎至80目后,添加5％的超强碱加水成球,置于马弗炉中700℃焙烧3 h,焙砂按液固比2:1的比例于90℃在4％的稀硫酸中浸出4 h,浸出率为87.16％。采用RS-C214型离子交换树脂对钒进行回收,将溶液pH值调节到6.0,在流速为0.5 cm·min-1时,树脂对钒的吸附率为97.87％。使用浓度为40 g·L-1的Na2CO3溶液作为解吸液,解吸率为98.60％。用NH4Cl对解析液进行处理,可以直接得到NH4VO3。上述三种工艺所得NH4VO3焙烧后,均可得到纯度为98.5％以上的V2O5。所开发工艺与传统工艺相比,具有钒的提取率高、资源回收率高,大大降低了环境污染的优点。在该研究后期,利用提钒得到的NaVO3溶液,使用模板法可以一步获得具有微纳结构的V2O5晶体,符合低碳环保的概念。

目录

文摘

英文文摘

第1章 绪论

1.1 钒及其化合物的性质

1.1.1 钒的性质

1.1.2 五氧化二钒的性质

1.1.3 钒酸盐和多钒酸盐的性质

1.2 钒资源的分布与分类

1.3 钒及其化合物的应用

1.3.1 钒在合金中的应用

1.3.2 钒在化学工业中的应用

1.3.3 钒在电池工业中的应用

1.3.4 钒在医药及其他领域的应用

1.4 五氧化二钒提取的工艺现状

1.4.1 钒钛磁铁矿中五氧化二钒提取

1.4.2 废催化剂中五氧化二钒回收

1.4.3 含钒石煤中五氧化二钒的提取工业

1.5 本课题研究的意义,目的与内容

第2章 石煤钒矿成分分析方法

2.1 实验原料

2.2 实验试剂及实验设备

2.2.1 实验试剂

2.2.2 实验设备

2.3 矿石中五氧化二钒含量的化学分析方法

2.3.1 矿石中五氧化二钒含量的化学分析原理

2.3.2 化学分析基本溶液配制

2.3.3 矿石中五氧化二钒含量分析步骤

2.4 本章小结

第3章 石煤中五氧化二钒的浸出工艺研究

3.1 石煤中钒的浸出原理和可行性分析

3.2 石煤高浓度酸提取工艺

3.2.1 未焙烧石煤直接酸浸原理和实验方法

3.2.2 焙烧-循环酸浸的湿法提钒工艺研究

3.2.3 酸浸液循环提钒工艺研究

3.3 添加超强酸焙烧-酸浸提钒工艺

3.3.1 添加超强酸焙烧浸泡实验

3.3.2 添加超强酸焙烧-酸浸实验条件优化

3.4 添加超强碱焙烧提钒实验

3.4.1 添加超强碱焙烧浸泡实验

3.4.2 添加超强碱焙烧-浸出实验条件优化

3.5 本章小结

第4章 酸浸液中五氧化二钒的提取与纯化

4.1 焙烧-高酸循环浸泡工艺五氧化二钒的回收实验

4.1.1 循环酸浸液处理途径的选择

4.1.2 沉淀的碱溶

4.1.3 偏钒酸铵的沉淀

4.1.4 溶液中其他金属离子的回收

4.2 超强酸碱焙烧-酸浸液中五氧化二钒的回收

4.2.1 溶剂萃取实验

4.2.2 离子交换吸附实验

4.3 本章小结

第5章 五氧化二钒微纳结构材料合成

5.1 纳米材料合成目的及意义

5.2 药品与试剂

5.3 仪器与设备

5.4 实验方法

5.5 结果与讨论

5.6 本章小结

结论

参考文献

附录A 攻读学位期间发表学术论文目录

致谢