提高釩渣制取五氧化二釩浸出率的實驗及機理研究.pdf

1、釩作為一種重要的有價金屬,在國民生產(chǎn)中發(fā)揮著積極重要的作用。釩渣提釩是釩生產(chǎn)的主要來源之一,也是釩鈦磁鐵礦綜合利用的一個重要方面。我國是一個釩的工業(yè)生產(chǎn)大國,向來十分重視釩渣提釩的相關(guān)技術(shù)研究。目前,釩渣提釩的相關(guān)技術(shù)已相對成熟,但在部分環(huán)節(jié)仍有值得完善的空間。
　　基于釩渣提釩工藝及焙燒過程理論的研究現(xiàn)狀,本論文針對釩渣氧化焙燒過程以及焙燒渣的浸出過程,進行相關(guān)的實驗及理論研究,旨在從研究內(nèi)容和方法上逐步完善釩渣提釩的研究工作,

2、對揭示焙燒及浸出過程的相關(guān)機理作一點補充,從而為釩渣提釩技術(shù)的生產(chǎn)實踐提供理論指導(dǎo)。具體而言,本論文主要的研究內(nèi)容及結(jié)果如下:
　　(1)氧化焙燒過程熱力學(xué)分析
　　對釩渣的鈉化焙燒過程進行了熱力學(xué)分析,考慮反應(yīng)時所參與氣體的分壓,計算得出焙燒溫度范圍內(nèi)(300K-1200K)各主要反應(yīng)的吉布斯自由能與溫度的關(guān)系式,繪制了釩渣鈉化焙燒過程的綜合ΔG-T關(guān)系圖,考察了在碳酸鈉存在條件下,釩渣焙燒過程氧化鈉化反應(yīng)進行的先后順序,

3、首先是金屬鐵的氧化,接著橄欖石相的氧化并分解,繼而是尖晶石的氧化,最后是釩酸鹽的生成以及一些副反應(yīng)的發(fā)生。研究結(jié)果還得出,釩渣的氧化過程主要分為兩個階段:第一階段,從345℃到600℃,主要是釩渣中金屬鐵以及鐵橄欖石的氧化;第二階段,從600℃至925℃,主要是釩渣中含釩尖晶石的氧化。此外,研究還得出,低溫下焙燒易導(dǎo)致釩青銅的生成。
　　(2)堿性添加劑在焙燒過程中的作用
　　以碳酸鈉作為添加劑,采用多種手段對釩渣焙燒過程堿

4、性添加劑的作用機理進行分析。在焙燒過程中,碳酸鈉一般直接參與反應(yīng),并未先分解后再進行反應(yīng);碳酸鈉與釩渣的反應(yīng)溫度大致從600℃開始,添加劑的存在可以加速釩渣的氧化過程,并使釩酸鹽的生成溫度降低70℃左右;釩渣中的硅酸鹽成分會與釩氧化物競爭和碳酸鈉發(fā)生反應(yīng),間接影響釩的提取效率;碳酸鈉的加入量較少時,將可能會導(dǎo)致水不溶性釩酸鹽甚至釩青銅的產(chǎn)生,充足的堿性添加劑是生成釩酸鈉的必要條件;而碳酸鈉加入量過多時,將產(chǎn)生更多的低熔點物質(zhì),焙燒渣顆粒

5、易粘結(jié)成塊,呈多孔“蜂窩”狀結(jié)構(gòu),不利于釩的提取。
　　(3)焙燒過程釩的氧化
　　采用 FactSage熱力學(xué)軟件對含釩尖晶石的氧化過程進行了計算,結(jié)果表明,尖晶石FeV2O4在不同的焙燒溫度下氧化過程不一,氧化溫度在500℃和600℃時,FeV2O4首先氧化成 V3O5,進一步氧化為 VO2,接著生成 Fe(VO3)2,最終分解為V2O5和Fe2O3;而氧化溫度在700℃和800℃時,FeV2O4直接氧化為VO2,繼而生

6、成Fe(VO3)2。Fe2SiO4較FeV2O4先發(fā)生氧化,并與碳酸鈉反應(yīng)生成硅酸鈉鹽,FeV2O4發(fā)生氧化后,先與碳酸鈉反應(yīng)生成了(Na2O)2(V2O5),繼而轉(zhuǎn)化為(Na2O)(V2O5),在800℃時,焙燒渣中發(fā)現(xiàn)了部分液相。
　　(4)釩渣的焙燒及浸出過程實驗研究
　　通過單因素控制變量法,對釩渣的碳酸鈉焙燒過程、焙燒渣的水浸過程以及碳酸銨浸出過程進行了研究,考察了各主要因素對釩浸出率的影響、釩渣在焙燒與浸出前后的

7、物相變化。研究得出,碳酸鈉加入量以及焙燒溫度對釩浸出率的影響較大,合適的焙燒工藝參數(shù)為:碳酸鈉加入量19％、焙燒溫度800℃、焙燒時間90~120min。特別地,本研究還提出了一種合適添加劑粒徑的確定方法,理想的添加劑粒徑為(3-1)的釩渣粒徑;合適的水浸工藝參數(shù)為:浸出溫度90℃、浸出時間30min、浸出液固比8.0mL/g,釩浸出率接近90％,浸出后殘渣中含釩1.17％左右,含釩物相主要為釩酸鎂等;合適的碳酸銨工藝參數(shù)為:浸出溫度6