石煤酸浸液钒分离富集制备精钒新工艺

摘要

石煤酸浸液中含有V(Ⅳ)、Fe(Ⅲ)、Fe(Ⅱ)等，成分复杂，其中Fe(Ⅲ)对溶液中钒的分离富集会产生严重干扰，传统的石煤酸浸液提钒工艺为:还原除Fe(Ⅲ)→溶剂萃取富集V(Ⅳ)→V(Ⅳ)溶液氧化→酸性铵盐沉V(Ⅴ)→多钒酸铵煅烧制取精钒。该工艺试剂耗量大，成本高，且加入还原剂、氧化剂及铵盐后废水难以回用。针对传统工艺存在的弊端，本文通过研究，提出了“溶剂萃取除Fe(Ⅲ)→溶剂萃取富集V(Ⅳ)→V(Ⅳ)溶液中和水解沉钒→水合二氧化钒洗涤脱钠→脱钠水合二氧化钒煅烧制取精钒”的石煤酸浸液钒分离富集制备精钒的新工艺。用P204作萃取剂，对pH值为1.22，含V2O55.12 g/L、Fe3+8.45g/L、Fe2+3.35 g/L的石煤酸浸液分步萃取除铁、提钒进行了研究。
　　以15％P204+2％TBP+83％磺化煤油为有机相，控制相比O/A=1∶1，室温接触20min，5级逆流萃取，Fe(Ⅲ)的萃取率达91.48％。负载有机相用1.5mol/L HCl的NaCl饱和溶液作反萃剂，控制相比O/A=1∶1，室温接触10min，5级逆流反萃，Fe(Ⅲ)的反萃率达99.21％。含Fe(Ⅲ)的水相经中和沉铁-加酸调配-结晶除钠，可实现HCl-NaCl饱和溶液在负载有机相Fe(Ⅲ)反萃工序的循环使用。成功实现了石煤酸浸液P204溶剂萃取除Fe(Ⅲ)的工艺过程。
　　以除Fe(Ⅲ)有机相作为除铁后液中V(Ⅳ)的萃取剂，调节料液pH值2.3～2.5，控制相比O/A=1∶1，室温接触8min，经7级逆流萃取后，萃余液中V2O5浓度低于0.1g/L，钒萃取率接近99％。富钒有机相用1.5 mol/L H2SO4溶液作反萃剂，控制相比O/A=6∶1，室温接触15min，5级逆流反萃，有机相中V2O5浓度低于0.1g/L，反萃液中V2O5浓度为28.11g/L，钒的反萃率大于99％。石煤酸浸液经P204分步溶剂萃取可获得合格的富钒溶液。
　　以NaOH为中和剂，室温控制终点pH为5.0～5.5，搅拌3-5min可使溶剂萃取得到的富钒溶液中的V(Ⅳ)99％水解沉淀析出。得到的水合二氧化钒沉淀物，经pH为2左右的稀H2SO4溶液按液固比为6∶1，室温搅拌洗涤30min可将其中夹杂的钠除去。除钠后的水合二氧化钒沉淀物经550℃氧化煅烧2h，可得纯度为98％的V2O5产品，除钠后水合二氧化钒若经550℃惰性气氛条件煅烧则可得到VO2产品。
　　研究过程形成的新工艺与传统工艺相比优势明显:石煤酸浸液P204直接萃取除Fe(Ⅲ)，取消还原除Fe(Ⅲ)工序，不需要加入还原剂;负铁有机相用HCl-NaCl饱和溶液反萃，反萃效果好，生产成本低，环境污染小;萃取得到的富钒溶液不经氧化，直接水解沉四价钒，取消V(Ⅳ)的氧化工序，避免加入氧化剂及铵盐，有利于提钒后废水的回用，有效保护环境，符合我国节能减排技术改造的发展趋势。

目录

声明

摘要

1 文献综述

1．1 引言

1．2 钒的资源

1．2．1 钒的资源与生产

1．2．2 我国钒资源

1．3 石煤浸出工艺

1．3．1 传统盐工艺

1．3．2 酸浸提钒工艺

1．3．3 碱浸提钒工艺

1．3．4 其他浸出工艺

1．4 石煤酸浸液中钒的提取

1．4．1 钒分离富集方法的选择

1．4．2 Fe(Ⅲ)对萃取提钒的影响

1．5 精钒制备

1．5．1 水解沉钒

1．5．2 铵盐沉钒

1．6 本研究课题的意义与内容

2 实验研究方法及原理

2．1 实验原料、试剂及仪器设备

2．1．1 实验原料

2．1．2 实验试剂

2．1．3 实验设备

2．2 分析方法

2．2．1 钒的分析方法

2．2．2 铁的分析方法

2．2．3 钠的分析

2．2．4 数据处理方法

2．3 实验流程

2．4 实验原理

3 石煤酸浸液铁的分离

3．1 Fe(Ⅲ)的萃取

3．1．1 接触时间对萃取率的影响

3．1．2 pH值对萃取率的影响

3．1．3 P204浓度对萃取率的影响

3．1．4 TBP浓度对萃取率的影响

3．1．5 Fe(Ⅲ)萃取等温线

3．1．6 逆流萃取实验

3．2 共萃钒的洗脱

3．3 Fe(Ⅲ)的反萃

3．3．1 NaCl在HCl溶液中溶解度

3．3．2 HCl浓度对Fe(Ⅲ)反萃率的影响

3．3．3 NaCl浓度对Fe(Ⅲ)反萃率的影响

3．3．4 反萃时间对Fe(Ⅲ)反萃率的影响

3．3．5 相比对Fe(Ⅲ)反萃率的影响

3．3．6 Fe(Ⅲ)的反萃等温线

3．3．7 逆流反萃试验

3．3．8 HCl-NaCl溶液反萃Fe(Ⅲ)机理探讨

3．4 小结

4 除铁后液钒分离富集及精钒制备

4．1 溶剂萃取分离富集钒

4．1．1 水相pH对钒萃取率的影响

4．1．2 接触时间对钒萃取率的影响

4．1．3 逆流萃取试验

4．2 反萃制备富钒液

4．2．1 H2SO4浓度对钒反萃率的影响

4．2．2 接触时间对钒反萃率的影响

4．2．3 逆流反萃试验

4．3 精钒制备

4．3．1 沉淀pH对沉钒率的影响

4．3．2 反应时间对沉钒率的影响

4．2．3 反应温度对沉钒率的影响

4．2．4 水合二氧化钒沉淀的洗涤

4．2．5 煅烧制取精钒

4．4 小结

5 结论与建议

5．1 结论

5．2 建议

参考文献

攻读学位期间主要研究成果

致谢