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《昆明理工大学》 2010年
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V-S-H_2O系E-pH图及V_2O_3溶解动力学研究

周雪娇  
【摘要】:钒是一种重要的合金元素,具有许多优良性能,广泛应用于钢铁工业、化工、电池以及医药等领域。随着钒生产及应用领域的逐渐扩大,钒二次资源的开发以及钒污染日渐受到人们的关注。钒是一种多价态元素,能生成+2、+3、+4、+5氧化态化合物,其中+4、+5价钒具有较强的毒性。调查发现,钒的毒性除与总钒含量外,还与钒的化合特性和赋存形态有关。钒在水溶液中的赋存形态主要取决于溶液的pH值、电势E等,这些都可以很方便的在E-pH图上显示出来。此外,钒系E-pH图还可以用于分析湿法提钒工艺条件的选择,预测钒金属的腐蚀性能,指导含钒废水处理中离子交换树脂的选择。 本论文在全面综述钒研究进展及电位-pH图应用的基础上,绘制了V-S-H20系以及升温条件下V-H2O系E-pH图,分析了其热力学性质。同时本文还探讨了钒二次资源中一种主要附存状态—三氧化二钒的溶解动力学行为。 V-H2O以及V-S-H2O系的热力学分析采用较为权威的数据(其中涵盖了诸多物种的吉布斯自由能)。室温条件下(25℃)V(Ⅲ),V(Ⅳ)和V(Ⅴ)的活度-pH图及V-H2O和V-S-H2O系电位-pH图表明:在自然界水中,低浓度的钒主要以单核离子形式存在,而在污染较为严重的含钒水中则可能存在多核钒酸盐的稳定优势区;SO42-和HSO4-离子可以显著扩大V3+,VO2+以及VO2+离子的稳定区域,形成VSO4+,VOSO4(aq)和VO2SO4-,并且其优势区随着钒活度的减小而增加;随着硫活度的降低,SO42-和HSO4-离子对钒区域的影响减小甚至消失,可溶钒物种转变为固相。 升温条件下V-H2O系E-pH图显示:在不同的活度(100,10-2,10-4和10-6)条件下,钒水系电位-pH图显示腐蚀区在整个酸度范围内随着可溶钒物种活度的减小而增加;25℃及150℃条件下,五氧化二钒消失的临界值分别为10-3.17和10-3.51。在不同温度(25,50,75,100,125,150℃;活度=1)条件下,钒水系E-pH图表明随着温度的提高钒氧化物稳定区增加,而钒的稳定区基本不受温度影响。在这种较低的温度条件下,钒表现出较好的抗腐蚀性能。钒的腐蚀-免蚀-钝化图(活度=10-6)则表明在低的电势条件下,钒将不会被腐蚀。钒的腐蚀区及钒的稳定性基本不受温度的影响。在这种条件下,钒的钝化/免蚀性能一般,可能是活度较低时五氧化二钒消失的缘故。 同时,本文还研究了V2O3溶解动力学,探讨了搅拌转速、温度、氧气分压、硫酸浓度以及矿物粒度对其溶解速率的影响。研究表明:当搅拌转速大于800 r/min时,外扩散已不再成为限制步骤;V203溶解速率随着温度和氧气分压的增大以及粒度的减小显著增加,而酸浓度对其基本没有影响。V203溶解过程受表面化学反应控制,反应的活化能为43.68 kJ/mol。
【学位授予单位】:昆明理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:TG146.413

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