石油焦碱法降钒及碱浸液中钒的结构研究

摘要

石油焦是生产铝电解用炭素阳极的主要原材料，石油焦质量的好坏对铝的电解效率起到至关重要的作用。目前，国内外大多数石油焦中钒的含量超标，高钒石油焦生产的炭素阳极在电解铝的过程中会产生过度消耗，严重影响了铝的电解效率。本文主要研究了用NaOH-Na2CO3碱性体系氧化浸出石油焦中的钒，并对浸出液中钒酸根的结构进行了多重分析，为进一步优化钒工艺提供理论依据。
　　本文的研究对象（高钒石油焦）是由山东某工厂提供的，前期初步探索研究了在常温常压条件下用碱法从高钒石油焦中浸出钒的工艺，并对此原料进行了槽浸、柱浸、堆浸等试验研究。实验研究分析了槽浸过程中各个主要因素对浸出性能的影响，确定了在实验条件为：温度110℃，液固比为6：1，NaOH浓度为150g/L时，浸出效果达到最大，浸出率可达到67.89％，与实验初期相比，有明显增加。在不同浓度的试验条件下对原料进行柱浸试验，发现NaOH浓度为75g/L时，浸出率最大可达53.76%，在NaOH浓度为75g/L时对石油焦进行堆浸试验，浸出率最大可达47.97%。
　　第二阶段则是对NaOH-V2O5分析纯溶液体系进行了红外图谱的分析，确定了溶液中存在的离子结构以及随着各条件改变时，离子结构的变化情况。针对溶液中的离子结构，改变浸出条件，分析浸出液中离子结构的变化，得出了三种钒酸根离子在浸出条件改变时的相互转化情况。当浸出温度改变时，溶液中的V-O-H型钒酸根离子与V-O型离子相互转化；当改变浸出温度时，V-O-V型钒酸根离子与V-OH型离子和V-O型离子相互转化；当改变NaOH浓度时，在中低NaOH浓度下，V-OH型钒酸根离子与V-O-V型离子和V-O型离子相互转化，在高NaOH浓度下，离子结构基本不变化；当改变Na2CO3浓度时，V-OH型钒酸根离子与V-O-V型离子发生转化。并且，通过研究不同NaOH浓度下石油焦浸出液的拉曼光谱的变化，进一步验证了溶液中的离子转变情况。
　　第三阶段则是研究了杂质元素S对石油焦浸出过程的影响，通过测试浸出液的粘度、电导率、表面张力和接触角的变化，结合浸出率的变化，定性分析了溶液中杂质元素S在浸出过程中起到的作用。研究结果表明：随着硫酸钠添加量的增加，石油焦浸出率是先上升后下降的。此时，粘度正好与之相反.另外，相同条件下电导率是先增大后减小再增大的.，而表面张力则先降低后基本保持不变再呈现上升趋势。接触角的变化与浸出率大体相同，同样是先减小后增大。产生上述现象的原因主要是：当钠离子浓度较低时，对浸出反应起促进作用，加快反应速率，提高了浸出率。当钠离子浓度升高时，溶液中钠离子的水化作用使得V-OH型钒酸根离子脱水缩合变为V-O-V型离子，离子半径增大，导致溶液电导率与粘度增加，影响了浸出反应，同时高浓度钠离子的存在使得钒酸钠转变为钒酸根的速度变慢，溶液的表面张力变大，接触角增加，抑制了五价钒离子与氢氧化钠的反应，使得浸出率降低。

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第一章 文献综述

1.1 石油焦的简介

1.2钒的浸出方法

1.3 分析手段

1.4 本论文研究的意义

1.5 本论文的基本思路与创新点

第二章 实验部分

2.1 原料和试剂

2.2 仪器和设备

2.3 试验方法

2.4 分析方法

第三章 石油焦浸出钒的可浸性研究

3.1 槽浸可浸性实验的探究

3.2 堆浸及柱浸实验工艺的探究

3.3 本章小结

第四章 钒酸钠溶液的电导性质与结构之间的关系

4.1 钒酸钠溶液电导率的测定

4.2 钒酸钠溶液中离子迁移数的计算

4.3 钒酸钠溶液的红外光谱的测定

4.4 钒酸钠溶液结构与电导率之间的关系

4.5 本章小结

第五章 石油焦浸出过程中溶液离子结构的变化

5.1 石油焦浸出液的离子结构组成

5.2 浸出时间对浸出液结构的影响

5.3 温度对浸出液结构的影响

5.4 NaOH浓度对浸出液结构的影响

5.5 Na2CO3浓度对浸出液结构的影响

5.6 表面活性剂对浸出液结构的影响

5.7 结合拉曼光谱分析浸出液的红外现象

5.8 本章小结

第六章 杂质对钒酸钠溶液物理化学性质及结构的影响

6.1 硫酸钠对浸出率的影响

6.2硫酸钠用量对浸出液粘度的影响

6.3 硫酸钠用量对浸出液电导率的影响

6.4 硫酸钠用量对浸出液表面张力的影响

6.5 硫酸钠用量对浸出液接触角的影响

6.6 本章小结

结论

致谢

参考文献

硕士期间公开发表论文