石煤湿法提钒工艺及其溶液化学研究.pdf

Techniques and Solution Chemistry for
Vanadium Extraction from Stone Coal



Candidate Yang Yonglong
Supervisor and Rank Prof. Tian Xueda
College Chemical Engineering College
Program Environmental Engineering
prehensive Utilization of Solid Wastes
Degree Master of Engineering
University Xiangtan University
Date May 20th, 2010
湘潭大学
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I
摘要
石煤是一种重要的含钒矿物,含钒品位(以 V2O5 计)达到 %就具有工业开采价
值。本文采用全湿法提钒工艺对湖南某石煤矿进行了研究,通过对比研究 H2SO4 直接浸
出工艺、微波强化 H2SO4 浸出工艺和助浸剂-H2SO4 浸出工艺,综合各种浸出工艺的优点,
提出了微波强化助浸剂-H2SO4 浸出工艺。
采用硫酸直接浸出的工艺流程从含钒石煤矿中提取钒,V2O5 浸出率 %。该工艺
酸耗量高,浸出率低,浸出过程操作较难控制,但不需要微波设备,投资成本低,工艺
流程简单,该工艺的最佳浸出工艺条件为:矿物磨矿细度小于 mm、H2SO4 用量
40%、液固比 :1、温度 90 ℃、浸出时间 6 h。
采用微波强化浸出的工艺流程提钒,钒浸出率可达 %。微波加热很容易达到理
想的浸出温度,因此浸出反应时间短,有利于缩短生产周期,但是酸耗高,应用微波设
备能耗比较高,并且液固比大,产生的酸浸废水比较多。工艺的最佳浸出条件为:微波
功率 2960 W(参考功率 3000 W)、H2SO4 用量 40%、浸出时间 80 min、液固比 3:1。
助浸剂-H2SO4 浸出工艺的 V2O5 浸出率达到了 %。酸耗量较低,液固比小,采
用常规加热方法,不需要微波设备,但是要防止 HF 酸因浓度过高挥发,污染环境。浸
出工艺条件参数为:H2SO4 用量 30%、液固比 1:1、HF 酸用量 8%、浸出时间 6 h、浸出
温度 90 ℃。
采用正交设计实验法对微波强化助浸剂-H2SO4 浸出工艺进行了研究,主要考查了浸
出过程的影响因素,最佳浸出条件参数:H2SO4 用量 25%、HF 酸用量 7%、微波功率 2960
W、浸出时间 80 min、液固比 1:1,该工艺流程中 V2O5 浸出率最高,达到了 %。
酸浸液经过预处理后进入萃取工段,采用配比为 15%P204 + 5%TBP + 80%磺化煤油
的有机相作萃取剂。用溶剂萃取法从酸浸液中萃取钒,萃取率达 99%;反萃得到的高浓
度钒液采用双氧水氧化,铵盐沉钒,所得 V2O5 产品符合国标(GB 3283-87)98 级标准。
采用热力学计算的方法得到了浸出过程主要化学反应的反应焓值和反应吉布斯自
θθ
由能值,并作出了△ rH T-T 图和△ rG T-T 图,从理论上分析了温度对钒浸出率的影响。
通过研究浸出剂和助浸剂在反应体系中的解离平衡,作出了 lgC-pH 图。研究了矿
物主要组成元素的氧化物在溶液中的溶解平衡和电荷平衡,并分别作出了每种氧化物在
溶液中的溶解度对数图。
浸钒过程中,随着反应的进行,反应控制类型由化学反应控制转变为固膜控制。利
用实验数据计算得出两种控制条件下动力学模型:
化学反应控制动力学模型:1-(1-η)1/