石煤矿焙烧-碳酸钠浸出中液中萃取钒的工艺研究

摘要

以湖南某地的含钒石煤矿为实验原料，以无水碳酸钠作为焙烧过程的添加剂，研究了石煤空白焙烧和碳酸钠混合焙烧的差异，在此基础上对焙烧料进行浸出，浸出剂选用稀的碳酸钠溶液，浸出液采用季铵盐N263作为萃取剂直接从浸出液中提取钒，形成了石煤空白焙烧—碳酸钠浸出—N263溶剂萃取—氢氧化钠反萃—铵盐沉钒—煅烧的新工艺。实验表明，该工艺具有流程短，污染少、对环境友好，成本低等优点，具有很好的发展前景。
　　论文的主要研究内容和结论如下:
　　(1)石煤钒矿的焙烧
　　主要考察了焙烧方式、焙烧时间、焙烧温度以及焙烧过程添加碳酸钠对钒浸出率的影响。实验结果表明，在同样的水浸条件下，加入碳酸钠混合焙烧的焙烧料的钒浸出效果要比空白焙烧时好。水浸时，钒的浸出率由空白焙烧时的33％提高至53％。实验得到的最佳的焙烧条件为:焙烧温度800℃，焙烧时间2h，焙烧添加剂碳酸钠的加入量为矿量的2％。
　　(2)石煤焙烧料的浸出
　　实验考察碳酸钠作为浸出剂浸出时的碳酸钠用量、浸出温度、浸出时间、液固比等对钒浸出的影响。研究结果表明，采用碳酸钠浸出的较合适的浸出条件为浸出时间30min，浸出温度85℃，浸出液固比为2/1-3/1，碳酸钠用量为焙砂量的3％;在此条件下浸出时钒的浸出率为63％。对比NaOH和Na2CO3浸出实验，发现NaOH浸出时钒的浸出率略有提高，由60.35％上升至63.15％;但是浸出液中杂质的含量大大上升，其中Si的浓度由37.1mg/L上升至98.64mg/L。
　　(3)从浸出液中直接萃取钒
　　通过饱和容量法测定了一系列不同N263浓度的有机相的萃钒饱和容量，绘制了萃取等温线。当有机相组成为0.919mol/LN263+20％仲辛醇+30％磺化煤油，料液V2O5浓度为4.205g/L，pH12.6时，测得有机相中V2O5饱和容量为34.67g/L。确定了碳酸根型季铵盐N263从碱性溶液中萃取钒的机理是有机相中的碳酸根交换水相中的钒酸根阴离子，主要的反应方程如下:V2O74-(aq)+2(R3R'N)2CO3(org)=(R3R'N)4 V2O7(org)+2CO32-(aq)HVO42-(aq)+(R3R'N)2CO3(org)=(R3R'N)2 HVO4(org)+ CO32-(aq)。
　　对萃取过程的主要萃取反应进行了热力学分析，结果表明:在该条件下的萃取反应是一个微放热反应，从热力学方面考虑提高反应温度会对萃取反应产生不利影响。在石煤焙砂碳酸钠浸出液中的V2O5浓度为5.3825g/L，CO32-的浓度为0.111 mol/L，萃取温度为31℃，萃取时间为5min，萃取有机相的组成为0.919mol/L(50％)+20％仲辛醇+30％磺化煤油时，按相比1/1，采取3级逆流萃取，萃余液中V2O5的浓度降至0.02g/L以下，钒的萃取率可达到99.7％以上。
　　反萃以NaOH溶液作为反萃剂，在负载有机相V2O5浓度为27.18g/L，NaOH溶液的浓度为3mol/L，反萃相比O/A=2/1，反萃时间5min，温度为30℃时，采用7级逆流反萃，反萃液中的V2O5浓度约为50g/L，卸载有机相中的V2O5浓度在0.3g/L以下，钒的反萃率在99.5％以上。沉钒洗涤后的白色偏钒酸铵晶体在80℃下烘干后，于500℃置于马弗炉中煅烧2h，得到红色粉状五氧化二钒产品，经化学分析得到含量为99.1％的V2O5产品。

目录

声明

摘要

第一章 文献综述

1．1 前言

1．1．1 钒的性质

1．1．2 钒的用途

1．1．3 钒的资源

1．1．4 石煤概况

1．2 石煤提钒工艺及研究进展

1．2．1 钠化焙烧工艺

1．2．4 复合添加剂焙烧工艺

1．2．3 空白焙烧工艺

1．2．2 钙化焙烧提钒工艺

1．2．5 直接酸浸工艺

1．2．6 直接碱浸工艺

1．2．7 氧化焙烧-碱浸-离子交换工艺

1．3 国内石煤焙烧研究现状

1．4 浸出液中提取钒

1．4．1 化学沉淀法除杂

1．4．2 溶剂萃取法

1．4．3 离子交换法

1．5 研究背景、创新点和主要内容

1．5．1 研究的背景

1．5．2 课题的提出及创新点

1．5．3 研究的主要内容

第二章 石煤钒矿焙烧-浸出试验研究

2．1 原理与方法

2．1．1 试验原料

2．1．2 实验试剂及设备

2．1．3 石煤焙烧及焙砂浸出的基本原理

2．1．4 钒在溶液中的状态变化

2．1．5 沉钒

2．1．6 实验结果的分析方法

2．2 石煤焙烧-浸出结果与讨论

2．2．1 石煤脱碳

2．2．2 石煤空白焙烧条件探索

2．2．3 添加碳酸钠焙烧

2．2．4 石煤焙砂浸出试验研究

2．3 本章小结

第三章 钒的碱性萃取及反萃

3．1 原理与方法

3．1．1 实验料液

3．1．2 实验试剂及设备

3．1．3 萃取过程的基本原理

3．1．4 实验过程和数据处理

3．1．5 N263碱性萃钒机理研究

3．2 N263萃钒结果和讨论

3．2．1 萃取单因素实验

3．2．2 萃取过程的热力学分析

3．2．3 有机相组成和饱和容量的关系

3．2．4 钒萃取等温曲线

3．2．5 模拟逆流萃取实验

3．2．6 杂质在萃取实验中的行为

3．2．7 反萃体系的选择

3．2．8 反萃实验

3．2．9 沉钒实验

3．3 本章小结

第四章 结论与建议

4．1 结论

4．2 新工艺提出

4．3 存在的问题及建议

参考文献

攻读硕士学位期间的学术成果

致谢