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氧化铝生产流程中钒的提取研究

赵卓  
【摘要】: 钒是一种重要的合金元素,但其可供有价提取的资源较为不足。我国每年有1-5万吨钒进入氧化铝生产流程,这是一种重要的钒资源,且氧化铝流程中钒的存在对氧化铝产品质量有较大影响。因此,把钒从氧化铝流程中提取出来是十分必要的。 从氧化铝生产流程提取钒的方法很多,而在工业上应用的唯一方法为结晶法,但此法回收率低,且只适用于钒含量高的母液,对于国内钒含量普遍较低的母液结晶法无法实现。因此,开发新的氧化铝流程高效提钒技术势在必行。 本论文首先研究了钒对氧化铝流程的关键工序—溶出及分解过程的影响规律,结果表明流程中的钒对溶出过程基本无影响,而对分解过程影响较大,可造成产品纯度的下降和粒度的细化,从而明确了钒是一种对氧化铝流程危害较大的杂质。 在确定拜耳法种分母液作为氧化铝流程中提钒原料的基础上,通过分析讨论提出了本论文的技术路线:母液沉钒-含钒沉淀浸出-离子交换-二次沉钒-偏钒酸铵焙烧,并对各工艺过程进行了系统深入的研究。 通过对母液沉钒过程的热力学分析,发现了钒离子与母液中其它离子反应的热力学规律,并以此为指导,针对传统工艺沉钒后所得的含钒沉淀渣中V2O5含量较低的问题,提出了沉淀渣循环用于母液沉钒的新工艺,使沉淀渣中V2O5含量提高至2%以上,实现了母液的高效沉钒。 含钒沉淀浸出过程的热力学分析结果表明,此沉淀渣适宜采用Na2CO3溶液在低温条件下浸出;通过对此过程的动力学研究,发现其控制步骤为固膜扩散控制;在热力学和动力学理论研究的基础上,针对直接采用Na2CO3溶液进行浸出时浸出率不高的问题,提出了浸出时通入CO2气体的改进工艺,使浸出率由80%提高到90%以上,并通过考察Na2CO3浓度、CO2通气量、温度、液固比及浸出时间等因素对浸出效果的影响,确定了适宜的浸出工艺条件。 树脂吸附钒阴离子过程的动力学研究结果表明,201×7树脂对浸出液中钒离子的吸附效果较好,吸附率可达87%以上,201×7树脂吸附钒离子过程符合动边界模型,其控制步骤为颗粒扩散控制;吸附过程实验研究结果表明,采用201×7树脂吸附浸出液中的钒离子可获得较好的吸附效果,吸附率达95%左右;解吸过程实验研究结果表明,采用1mol/LNaCl+1mol/L NH4Cl的解吸体系进行解吸可取得较好的效果,解吸率可达97%以上;通过考察浸出液流速、吸附温度和吸附pH值等因素对吸附过程的影响及解吸体系、解吸剂浓度、解吸温度和解吸剂流速对解吸过程的影响,确定了合理的离子交换工艺条件。 二次沉钒过程实验研究结果表明,解吸后的溶液加入NH4Cl进行沉钒,可达到较好的效果,沉率可达98%;根据二次沉钒过程反应的特点,推导出了此过程的动力学方程,并结合在考察解吸液浓度、pH值、加氯化铵系数和温度的影响规律时的实验结果,确定了动力学方程的各项参数,其反应速率常数为9.16×10-5mol/L·s,反应级数为0.932,同时也确定了二次沉钒过程的适宜工艺条件;对于偏钒酸铵焙烧过程,主要通过实验考察了焙烧温度及焙烧时间的影响情况,确定了合适的焙烧工艺条件,并制得达到GB3283-1987标准对冶金99级V2O5产品品质要求的产品,实现了钒的回收。 通过本论文的研究,首次在技术上实现了利用除结晶法外的其它方法从氧化铝流程中回收钒,并具有高效且可处理钒含量低的母液的优势。以本论文研究得出的拜耳法种分母液中提取V2O5的技术路线为基础,有可能开发出从拜耳法种分母液提取V2O5的工业化技术,如果能够在氧化铝厂推广应用,不仅可消除钒对氧化铝生产流程的危害,提高产品质量,而且可产生较好的经济效益,形成新的产品,有效缓解氧化铝厂产品单一,抗击市场风险能力低的问题。


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