典型钒页岩钒赋存状态的密度泛函研究

摘要

钒页岩是我国大宗典型含钒资源。近些年国内钒需求量不断增多,而页岩提钒能够有效扩大钒资源量,具有重要战略意义。随着页岩深度开发利用,矿石由表层的氧化型页岩逐渐向典型的原生型页岩转变,提钒难度增大。钒页岩矿物成分复杂多样、碳质浸染交织严重、物相晶型完整性差,现阶段的检测技术难以准确定位钒原子的赋存位置,无法明确结构性质对钒释放的影响。本文采用基于第一性原理的密度泛函理论(DFT)研究方法,从能量和结构角度确定钒最可能存在于云母晶格的八面体中,尤其是在金云母八面体中。含钒白云母和含钒金云母的钒原子价键特性以及相关浸出试验对比发现,金云母中的钒原子更容易溶解释放。本论文从原子尺度确定了钒原子在页岩中的准确占位,揭示了页岩提钒的关键是破坏云母四面体层,明晰矿石特性的同时指明矿物结构破坏的目标,为页岩钒高效提取方法的探索和选取提供指导。