石煤中五氧化二钒的提取新工艺研究

论文摘要

钒及其化合物是一种重要的战略物资，有广泛的应用及前景。我国是钒资源大国，其中大量石煤中赋存有储量巨大的V2O5。因此在石煤中提取V2O5的工艺备受关注。从石煤中提取的传统工艺是添加NaCl焙烧，该工艺过程钒回收率不高，且放出大量的Cl2和HCl气体，浪费资源的同时严重污染环境。因此，研究新的提钒工艺对于提高资源利用率、减少环境污染具有重要的意义。在查阅大量文献的基础上，本文针对贵州石煤钒矿的特点，对氧化焙烧–硫酸循环浸泡–调节pH沉钒、添加超强酸焙烧–酸浸–萃取以及添加超强碱焙烧–酸浸–离子交换的工艺进行了系统的研究。确定了三条优化工艺路线。氧化焙烧烧–硫酸循环浸泡的最适工艺条件为：将原矿焙烧脱碳，在质量分数为35％的硫酸中100℃浸泡5h，V2O5的浸出率达88.50％。将酸浸液添加硫酸保持至原浓度循环浸泡矿石。循环五次的平均浸出率可达82.30％，钒水浓度达到38.40g·L–1。将含钒溶液调节pH值沉淀红钒和Fe（OH）3沉淀，沉淀采用碱溶的办法将V2O5转化为可溶钒，然后添加NH4Cl可以得到NH4VO3。沉淀红钒后的酸液继续调节pH值，可以回收溶液中的其他金属离子。超强酸焙烧–浸出的最适条件为将石煤矿磨成80目矿粉后，添加矿重3％的超强酸并加水成球，700℃时焙烧4h，焙烧后矿样按液固比2:1的比例于90℃浸泡在5％的稀硫酸中浸出4h，V2O5的浸出率为86.14％。在浸出液中加石灰调节pH值至2.0，使用P204: TBP:磺化煤油=3:1:16在油水比（O/W）比为1:2的条件下对浸出液中钒进行萃取，V2O5的萃取率为96.65％。以60g·L–1Na2CO3溶液为反萃液，O/W比为2:1，进行反萃后水相中V2O5浓度为21.98g·L–1，反萃率为95.07％。反萃液直接按比例加NH4Cl晶体得NH4VO3沉淀。超强碱焙烧–浸出的最适条件为：石煤矿样粉碎至80目后，添加5％的超强碱加水成球，置于马弗炉中700℃焙烧3h，焙砂按液固比2:1的比例于90℃在4％的稀硫酸中浸出4h，浸出率为87.16％。采用RS–C214型离子交换树脂对钒进行回收，将溶液pH值调节到6.0，在流速为0.5cm·min–1时，树脂对钒的吸附率为97.87％。使用浓度为40g·L–1的Na2CO3溶液作为解吸液，解吸率为98.60％。用NH4Cl对解析液进行处理，可以直接得到NH4VO3。上述三种工艺所得NH4VO3焙烧后，均可得到纯度为98.5％以上的V2O5。所开发工艺与传统工艺相比，具有钒的提取率高、资源回收率高，大大降低了环境污染的优点。在该研究后期，利用提钒得到的NaVO3溶液，使用模板法可以一步获得具有微纳结构的V2O5晶体，符合低碳环保的概念。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 钒及其化合物的性质
• 1.1.1 钒的性质
• 1.1.2 五氧化二钒的性质
• 1.1.3 钒酸盐和多钒酸盐的性质
• 1.2 钒资源的分布与分类
• 1.3 钒及其化合物的应用
• 1.3.1 钒在合金中的应用
• 1.3.2 钒在化学工业中的应用
• 1.3.3 钒在电池工业中的应用
• 1.3.4 钒在医药及其他领域的应用
• 1.4 五氧化二钒提取的工艺现状
• 1.4.1 钒钛磁铁矿中五氧化二钒提取
• 1.4.2 废催化剂中五氧化二钒回收
• 1.4.3 含钒石煤中五氧化二钒的提取工业
• 1.5 本课题研究的意义，目的与内容
• 第2章 石煤钒矿成分分析方法
• 2.1 实验原料
• 2.2 实验试剂及实验设备
• 2.2.1 实验试剂
• 2.2.2 实验设备
• 2.3 矿石中五氧化二钒含量的化学分析方法
• 2.3.1 矿石中五氧化二钒含量的化学分析原理
• 2.3.2 化学分析基本溶液配制
• 2.3.3 矿石中五氧化二钒含量分析步骤
• 2.4 本章小结
• 第3章 石煤中五氧化二钒的浸出工艺研究
• 3.1 石煤中钒的浸出原理和可行性分析
• 3.2 石煤高浓度酸提取工艺
• 3.2.1 未焙烧石煤直接酸浸原理和实验方法
• 3.2.2 焙烧–循环酸浸的湿法提钒工艺研究
• 3.2.3 酸浸液循环提钒工艺研究
• 3.3 添加超强酸焙烧–酸浸提钒工艺
• 3.3.1 添加超强酸焙烧浸泡实验
• 3.3.2 添加超强酸焙烧–酸浸实验条件优化
• 3.4 添加超强碱焙烧提钒实验
• 3.4.1 添加超强碱焙烧浸泡实验
• 3.4.2 添加超强碱焙烧–浸出实验条件优化
• 3.5 本章小结
• 第4章 酸浸液中五氧化二钒的提取与纯化
• 4.1 焙烧–高酸循环浸泡工艺五氧化二钒的回收实验
• 4.1.1 循环酸浸液处理途径的选择
• 4.1.2 沉淀的碱溶
• 4.1.3 偏钒酸铵的沉淀
• 4.1.4 溶液中其他金属离子的回收
• 4.2 超强酸碱焙烧–酸浸液中五氧化二钒的回收
• 4.2.1 溶剂萃取实验
• 4.2.2 离子交换吸附实验
• 4.3 本章小结
• 第5章 五氧化二钒微纳结构材料合成
• 5.1 纳米材料合成目的及意义
• 5.2 药品与试剂
• 5.3 仪器与设备
• 5.4 实验方法
• 5.5 结果与讨论
• 5.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 附录 A 攻读学位期间发表学术论文目录
• 致谢