从粘土钒矿直接酸浸液中萃取提钒的研究

发布时间：2019-07-25 08:03

【摘要】：粘土钒矿是一种重要的钒矿资源,可作为提钒的重要原料。传统提钒多采用焙烧后浸出的工艺,但无论何种焙烧,都存在不同程度的废气污染,且工艺复杂、钒转浸率低；针对焙烧工艺的不足,现一般采用不焙烧直接浸出工艺,其中,直接酸浸法可获得更为理想的浸出率,已是提钒的发展方向。但是,不焙烧直接酸浸过程缺乏选择性,除钒化合物外,许多杂质易被溶解而进入了浸出液,使钒的进一步富集提纯较为困难。因此,如何有效地从直接酸浸液中提钒是不焙烧直接酸浸工艺的关键,值得深入研究。从直接浸出液中提钒,目前用的最多的是溶剂萃取法和离子交换法,一般而言,溶剂萃取法更适用于从复杂酸浸液中分离富集钒。在相关分析的基础上,依据直接酸浸液的特点,本文采用溶剂萃取法从某直接酸浸液(取自前期研究课题“湖南麻阳某粘土钒矿不磨不焙烧直接常压活化酸浸工艺”)提钒,以叔胺N235为萃取剂,自主开发出一种溶剂萃取新工艺,该工艺主要包括萃前预处理(全氧化预处理、酸度及铵明矾结晶法除杂预处理)、叔胺N235萃取、碳酸钠反萃、酸性铵盐沉钒过程,并对每一过程进行了系统深入的研究,与此同时,对叔胺N235萃钒机理进行了探究。对直接酸浸液中主要离子的溶液化学行为进行了分析,根据其中钒的存在形式及杂质离子的种类,以及各类萃取剂的特性,确定萃取体系为：N235作萃取剂,TBP作协萃剂及磺化煤油作稀释剂。为确保直接酸浸液中钒全部以可被N235萃取的形式存在,并尽可能排除萃取过程中的杂质干扰,萃前需加入H202进行全氧化预处理,加入氨水进行酸度及除杂预处理。采用单因素法研究了各主要因素对萃取过程的影响,确定了最佳萃取条件：萃取体系为15%N235+15%TBP+70%磺化煤油,pH为1.7～1.9、相比O：A=1：2.5、萃取时间5min；在最佳条件下,采用三级逆流萃取,钒萃取率达98.24%,叔胺N235选择性较好,直接酸浸液中其它杂质离子基本不被萃取。萃取后不经洗涤直接反萃,用0.8mol/LNa2CO3溶液与负载有机相以O：A=2-2.5：1混合、反萃10min,二级逆流反萃,钒的反萃率高达99.9%；经过一个完整的萃取过程(萃前预处理、萃取、反萃),已基本实现了钒与其它杂质的分离,钒回收率为98.14%。反萃液采用先进的酸性铵盐法进行沉钒,酸性铵盐沉钒的最佳工艺为：CaCl2深度除磷,除P后的含钒溶液使用(NH4)2SO4(加铵系数K=2)进行酸性铵盐沉钒,在pH为1.8～2.1下缓慢搅拌(100r.p.m)4h。沉钒产品煅烧即可得到高质量的精钒产品。新工艺“萃前预处理-叔胺N235萃取-Na2CO3反萃-CaCl2深度除磷-(NH4)2SO4酸性沉钒-煅烧”总回收率达93.15%,精钒产品达到国家质量标准,有效地实现了钒从复杂直接酸浸液中的提取。对N235萃钒机理进行初步探究,分析了N235萃钒的溶液化学行为并提供了萃取动力学的研究方法,为进一步的探究奠定了基础：根据阳离子萃取剂的萃取机理、“最小电荷密度”原理、及各五价钒离子在溶液中电离平衡常数可知,溶液pH为0.8～1.9时V(V)基本上以最易被N235萃取的形式H2V10O284-存在,在此区间的pH偏低时,会促进HSO4-与萃取剂结合降低其有效萃取浓度,但升高pH,又会促进(R3NH)2SO4会解离成游离胺,结合Fe(Ⅲ)的溶液行为,得知当pH小于1.9左右时,Fe(Ⅲ)只能生成微量可与N235反应的羟基络合物且不会水解生成沉淀,综合各个因素,当pH不超过1.9时N235萃钒可获得最佳效果,与条件试验获得最佳萃取pH为1.7～1.9相符：根据搅拌强度、两相界面积及温度对萃取速率的影响规律计算出表观活化能并推测出萃取动力学控制类型,通过测定不同反应物不同起始浓度下的萃取速率,做出各反应物的1gR-1gC关系图,得到反应物的反应级数,便可求得萃取反应的速率方程,反应物的反应级数越大,对萃取速率影响也就越大,也就是传质较慢的一方,即萃取速率的主要控制因素。
【学位授予单位】：昆明理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TD954

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