湿法提取五氧化二钒的工艺研究

i湿法提取五氧化二钒的工艺研究摘要本文研究了从绿泥石中提取五氧化二钒的最佳工艺及最佳工艺条件。首先，对陕西某地的绿泥石进行了焙烧和室内浸出试验，确定了该矿石经预处理后矿石浸出率提高的条件，同时也确定了浸出率与浸出时间、温度、液固比和焙烧过程的相互影响条件，并且试探性研究了从绿泥石中无污染地提取五氧化二钒的工艺。最后，根据试验的结果并结合原矿石的性质选定最佳工艺，即采用钠盐焙烧－水浸的工艺。根据原矿石的性质和实验中钒的转浸特点，本文还采用萃取-反萃取的提钒方法。本文确定的提钒工艺具有污染小、工艺操作简便、生产工艺稳定、工作环境好、易于实现自动控制等优点。关键词：绿泥石；五氧化二钒；焙烧；浸泡；萃取；沉钒；污染小iiStudyonExtractionofVanadiumPentoxidefromChloriteSpecialty：AppliedChemistryABSTRACTAtechnologyforrecoveringV2O5fromchloriteandtheoptimumprocessconditionsaredescribedinthisarticle.ThemineralofchloritecarriedinShan’xiisroastedandleachedafterpreparingintheexperiment;thenthispapermakessuretheconditionsofleachingforexaltation,andstudiesontherateofleachtoleachtimes,temperature,roastingprocessandsoon，andextractionofV2O5fromchloritecontainingVanadiumisinvestigated.Finally,thispapermakessuretheoptimumtechnologyrecoveringV2O5fromchloritewiththepropertiesofthemineralandtherateofvanadiumconversion.Inthisarticle,therecoveringofV2O5byroastingwithNa2CO3-waterleachingistheoptimumtechnology.Thispaperalsousestheextractandthecounter-extract.Thismethodpollutesslightly,thecraftoperationissimple,andtheproductioncraftisstable,processconditionsisgoodandeasytorealizetheautomaticcontrol.KEYWORDS:Chlorite,Vnadiumpentoxide,Roasting,Leaching,extract,sinkvanadium,polluteslightlyiii目录中文摘要....................................................(ⅰ)英文摘要....................................................(ⅱ)1前言........................................................（1）1.1钒与钒化合物.......................................（1）1.2提钒工艺简述...........................................（1）1.3国内外的研究状况及发展趋势.............................（3）1.4提取五氧化二钒的新技术.................................（3）1.5本课题的选题意义.......................................（5）2实验部分与检测方法.........................................（7）2.1实验试剂...............................................（7）2.2实验仪器及设备..........................................（7）2.3实验方法................................................（8）2.4检测方法..............................................（8）3湿法提钒研究...............................................（12）3.1直接酸浸工艺研究.......................................（14）3.2钠化焙烧－酸浸工艺研究.................................（12）3.3钠化焙烧－水浸工艺研究.................................（19）3.4钠化焙烧－碱浸工艺研究.................................（22）3.5结论.................................................（27）4浸出物萃取与沉钒研究......................................（28）4.1萃取过程...............................................（28）4.2反萃取过程.............................................（29）4.3沉钒及灼烧.............................................（29）iv5结论与展望.................................................（32）5.1结论..................................................（32）5.2不足与展望............................................（32）致谢........................................................（33）参考文献....................................................（34）-1-1前言1.1钒与钒化合物[1]1801年,A.M.DelRio在墨西哥发现了23号元素,1830年,N.G..Sefstrom将其命名为Vanadium,钒。钒是ds区过渡族元素,在地壳中的丰度为136ppm，位于全部已知元素中的第19位。产量最丰富的国家有南非、前苏联、中国和美国。钒是一种重要的战略物资，人类在160年前就已发现钒元素，但直到20世纪初才被广泛应用于工业生产上。纯金属钒呈银灰色，纯度99.9%时，具有良好的可塑性和可锻性。钒的产品种类繁多，既有高纯金属钒、钒铝合金、钒碳化物及钒碳氮化物等冶金产品，也有五氧化二钒、偏钒酸铵、钒酸钾、钒酸钠、氢氧化钒及氯化钒等化工产品。其中，五氧化二钒是钒的重要氧化物，也是金属钒、硫化钒或氮化钒等氧化后的最终产物。钒主要用于钢铁工业，在钢中起脱氧、脱氮作用，从而改善钢的性能，钒的高价氧化物是化学工业和石油工业中的重要催化剂。此外，在电子、玻璃、印刷、电影、照相和陶瓷等工业，钒的化合物亦得到广泛应用。五氧化二钒的半导体性质的发现和其在光学工业中作为抗静电涂层的应用为它的研究开辟了新纪元。近年来，对作为功能材料的V2O5的研究已经受到了广泛的重视，它的溶胶－凝胶制备技术也取得了鼓舞人心的进步。具有层状结构的V2O5凝胶膜显示出有趣的电子、离子、电化学性质，此外，V2O5还具有光电导性质。例如，V2O5可作普通离子吸收基质材料、湿敏传感器、微电池、电致变色显示材料等。可以预见，随着现代高科技的发展，V2O5的应用范围将会逐步扩大，需求量也会逐步增加，因此，开展五氧化二钒提取与制备研究有重要意义。1.2提钒工艺[3]1.2.1酸浸碱溶提钒法利用酸使含钒固废中的钒以VO2+,VO2+的形态浸出，加碱中和，在弱碱性条件下用氧化剂使钒成为五价离子(如VO3-)，并使钒与铁的水合氧化物等杂质共同沉淀，再用酸碱浸制得粗钒，粗钒经碱溶生成五价钒的钠盐，-2-并除去杂质硅，后用铵盐二次沉钒得偏钒酸铵，经焙烧得到高纯V2O5，该工艺已应用低钒钢渣提钒。1.2.2钠化焙烧提钒法钠化焙烧提钒是含钒原料提钒应用较多的工艺，研究也较为透彻，我国陈厚生教授对该工艺技术贡献较大。其基本原理是:以食盐或苏打为添加剂，通过焙烧将多价态的钒转化为水溶性五价钒的钠盐,如Na2O.yV2O5和NaVO3，再对钠化焙烧产物直接水浸，可得到含钒及少量铝杂质的浸取液，然后加入铵盐（酸性铵盐沉淀法)制得偏钒酸铵沉淀，经焙烧得到粗V2O5，再经碱溶、除杂并用铵盐二次沉钒得偏钒酸铵，焙烧后可得到纯度大于98%的V2O5。也可用硫酸浸渍焙烧产物，此时发生反应：2NaVO3+H2SO4=Na2SO4+H2O+V2Os，分离得到粗V2O5，后经碱溶、除杂并用铵盐二次沉钒得偏钒酸铵，经焙烧可得高纯V2O5。该工艺已用于石煤和低钒钢渣提钒。1.2.3直接焙烧提钒法一般包括焙烧、浸出、沉钒、制偏钒酸铵和锻烧几个步骤。焙烧时不加任何添加剂，靠空气中的氧在高温下将低价钒直接转化为酸可溶的V2O5。然后用硫酸将焙烧产物中的V2O5以五价钒离子形态浸出，再对浸出液净化，除去Fe等杂质，并用水解沉淀法或铵盐沉淀法沉淀红钒，再将红钒溶解于热的烧碱水溶液中，控制适当浓度和pH值，使溶液中的钒主要以VO3(OH)2-形态存在，澄清后取上清液采用铵盐沉淀法制偏钒酸铵，再锻烧即得高纯V2O5。该法已用于含钒石煤的提钒。1.2.4钙化焙烧提钒法将石灰、石灰石或其它含钙化合物作溶剂添加到含钒固废中造球、焙烧，使钒氧化成不溶于水的钒的钙盐，如Ca(VO3)2、Ca3(VO4)4、Ca2V2O7，再用酸将其浸出，并控制合理的pH，使之生成VO2+,V10O286-等离子，同时净化浸出液，除去Fe等杂质。然后采用铵盐法沉钒、制偏钒酸铵并锻烧得高纯V2O5。钙化焙烧法已应用于石煤提钒中。1.2.5溶剂萃取提钒法用焙烧、酸浸、碱浸等手段将含钒固废中的钒转变为水溶性或酸溶性的含钒离子团，如HV10O285-、VO3(OH)2-、V2O74-、V4O122-、VO3-、VO2+(溶液pH值不同，离子团也不同)，后用萃取剂(如N-263、7402)萃取，并发生阴或阳离子交换，如:采用N-263在pH=5时萃取[HV10O28]5-，发生反应：-3-[HV10O28]5-+5R3N+CH3C1-（O）——(R3N+CH3)5[HV10O28]5-（O）+5C1-（（O）表示有机相)，由于其它金属离子大都不能进入有机相中，从而实现了钒与金属杂质离子的分离。经萃取的有机溶液，再用反萃剂(如NH4CI、氨水)反萃，使钒再从有机相转入水相，然后调整pH值，使钒以多钒酸铵或偏钒酸铵的形态沉淀，再锻烧沉淀物即得高纯V2O5。由于含钒离子、萃取剂及反萃剂的种类都很多，所以相应提钒工艺也多，但工艺路线大体相近，一般为：制含钒离子-萃取-反萃-沉钒-脱氨得V2O5。此法已成功应用于石煤、低钒钢渣、废钒催化剂提钒。1.2.6离子交换提钒法采用焙烧、酸浸、碱浸等工艺将含钒固废中的钒转化成水溶性的含钒离子，如：VO3-、V4O124-(因溶液pH值不同离子也不同)，再根据物料的不同采用不同的离子交换剂(如717树脂)，