D201离子交换树脂分离钒、磷、硅的应用基础研究

论文摘要

钒是一种稀有高熔点金属,溶于酸或碱。浸出液中的钒常以五价的钒酸根阴离子形式存在,可与树脂上的阴离子交换基团相互交换,而与其它杂质分离。本文采用D201树脂吸附钒、磷、硅,并对其吸附性能和机理进行了研究。研究内容与研究结果如下:单一元素水溶液体系中,D201树脂对钒、磷、硅的交换吸附受pH值、树脂用量、时间、温度因素的影响。pH=1.9-2.1时,树脂对钒的吸附最好,与其在溶液中的赋存状态有关,吸附平衡时间为11h;磷在pH=6.9-7.1时,吸附最好,吸附平衡时间30min;硅则是在pH=11.4-11.6时吸附最好,吸附平衡时间40min。升温对树脂吸附钒、磷有利,低温对吸附硅有利。多元素混合模拟水溶液体系中,磷和硅对树脂吸附钒的影响不大,因此不需要预先除杂。在pH=1.9-2.1时,钒磷和钒硅的分离系数分别为48.33和106.77。实际体系中动态吸附解吸试验表明,吸附时料液流速应≤2BV/h,解吸时流速应控制在2-3BV/h之间,5%NaOH+10%NaCl做解吸剂,能将D201树脂上的钒、磷、硅基本完全解吸。热力学研究表明D201树脂对钒、磷、硅的吸附行为可用Langmuir或Freundlich等温方程描述。D201树脂对钒、磷、硅的吸附过程是自发过程（△G<0）,熵变为正值（△S>0）。D201树脂吸附钒、磷是吸热过程（△H>0）,吸附硅是放热过程（△H<0）。动力学研究表明D201树脂对钒、磷、硅的吸附交换过程符合二级吸附交换动力学过程。动边界模型模拟及搅拌速度、树脂粒径试验表明D201树脂对钒、磷的吸附受微球扩散控制,对硅的吸附受微球扩散和大孔扩散联合控制。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 文献综述
• 1.1 钒冶金
• 1.1.1 钒的性质及化合物
• 1.1.2 钒的资源
• 1.1.3 钒的应用
• 1.1.4 钒的湿法冶金
• 1.2 石煤中钒的提取
• 1.2.1 石煤中钒的赋存状态
• 1.2.2 石煤提钒的传统工艺
• 1.2.3 石煤提钒的新进展
• 1.3 离子交换树脂
• 1.3.1 结构和特点
• 1.3.2 离子交换树脂分类
• 1.3.3 离子交换树脂的作用原理
• 1.3.4 离子交换树脂在湿法冶金中的应用
• 1.3.5 离子交换法提钒研究现状
• 1.4 研究目的及意义
• 第二章 药剂、仪器和研究方法
• 2.1 研究思路及试验流程
• 2.1.1 研究思路
• 2.1.2 试验方案
• 2.2 药剂、设备及仪器
• 2.3 树脂性能及预处理
• 2.3.1 树脂性能
• 2.3.2 D201树脂的预处理
• 2.4 计算方法
• 2.5 钒、磷、硅的分析测定方法
• 2.5.1 亚铁盐直接滴定法测钒
• 2.5.2 磷钼黄比色法测五氧化二磷
• 2.5.3 钼蓝分光光度法测二氧化硅
• 第三章 模拟体系D201树脂对钒、磷、硅的静态吸附行为
• 3.1 钒单一元素水溶液体系
• 3.1.1 pH值对吸附的影响
• 3.1.2 树脂用量对吸附的影响
• 3.1.3 温度对吸附的影响
• 3.1.4 时间对吸附的影响
• 3.1.5 静态饱和吸附量的测定
• 3.1.6 静态解吸与再生
• 3.2 磷单一元素水溶液体系
• 3.2.1 pH值对吸附的影响
• 3.2.2 树脂用量对吸附的影响
• 3.2.3 温度对吸附的影响
• 3.2.4 时间对吸附的影响
• 3.2.5 静态饱和吸附量的测定
• 3.3 硅单一元素水溶液体系
• 3.3.1 pH值对吸附的影响
• 3.3.2 树脂用量对吸附的影响
• 3.3.3 温度对吸附的影响
• 3.3.4 时间对吸附的影响
• 3.3.5 静态饱和吸附量的测定
• 3.4 钒、磷、硅的分离可行性
• 3.5 多元素混合模拟水溶液体系
• 3.5.1 钒磷和钒硅模拟水溶液体系
• 3.5.2 钒硅磷混合模拟水溶液体系
• 3.6 小结
• 第四章 D201树脂对钒、磷、硅吸附性能及机理研究
• 4.1 等温吸附模型和树脂的等温吸附行为
• 4.1.1 等温吸附平衡表达式
• 4.1.2 钒单一元素水溶液体系
• 4.1.3 磷单一元素水溶液体系
• 4.1.4 硅单一元素水溶液体系
• 4.2 离子交换热力学函数的计算
• 4.2.1 吸附自由能的计算
• 4.2.2 吸附焓的计算
• 4.2.3 熵的计算
• 4.3 吸附交换动力学模型及拟合
• 4.3.1 吸附交换动力学模型
• 4.3.2 数据拟合
• 4.4 控制机理的判断
• 4.4.1 离子交换过程研究
• 4.4.2 钒单一元素水溶液体系
• 4.4.3 磷单一元素水溶液体系
• 4.4.4 硅单一元素水溶液体系
• 4.5 小结
• 第五章 实际体系D201树脂对钒的吸附行为
• 5.1 静态吸附试验
• 5.2 动态吸附与解吸试验
• 5.2.1 动态吸附试验
• 5.2.2 动态解吸试验
• 5.3 小结
• 第六章 结论和展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 硕士期间发表论文