郭雙華

(揚(yáng)州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 化學(xué)工程學(xué)院，江蘇 揚(yáng)州 225127)

釩鈦磁鐵礦冶煉過程中產(chǎn)生大量廢渣，其中釩含量較高，可作為提取釩的主要原料。國(guó)內(nèi)外從含釩廢渣中提取釩，主要采用高溫鈉化氧化焙燒—水浸—銨鹽沉釩工藝[1-2]。該工藝簡(jiǎn)單，但釩回收效率不高，在鈉化氧化焙燒過程中，鈉鹽還會(huì)分解釋放出 HCl,Cl2,SO2,SO3等有害氣體，對(duì)環(huán)境有一定程度污染，而且設(shè)備腐蝕較嚴(yán)重，生產(chǎn)成本較高。為此，科研人員又相繼研發(fā)出了鈣化焙燒—酸浸[3]、鈣化焙燒—堿浸[4]、直接酸浸[5]等工藝。前期的探索試驗(yàn)中，對(duì)比研究了這幾種工藝處理鐵釩渣提取釩的效果，結(jié)果表明，鈣化焙燒—酸浸工藝提釩效果最好，具有廢氣中不含有害氣體，焙燒后浸出渣不含鈉鹽，富含鈣，有利于綜合利用等優(yōu)點(diǎn)[6-8]。因此，試驗(yàn)采用鈣化焙燒—酸浸工藝從某釩鐵渣中提取釩，確定了最優(yōu)工藝參數(shù)，以期為該類型含釩物料的有效利用提供技術(shù)參考。

1 試驗(yàn)原料及設(shè)備

1.1 試驗(yàn)原料

試驗(yàn)原料為某企業(yè)提釩過程中產(chǎn)生的工業(yè)鐵釩渣，其中含有鈣、鎂、硅及釩等，釩主要以低價(jià)形式存在?；瘜W(xué)分析結(jié)果見表1。

表1 釩鐵渣化學(xué)分析結(jié)果 %

1.2 試驗(yàn)設(shè)備及試劑

主要設(shè)備：箱式電阻爐，造球機(jī)，電動(dòng)攪拌機(jī)，鼓風(fēng)干燥箱，真空過濾機(jī)。

主要試劑：濃硫酸，氧化鈣，均為分析純。

2 試驗(yàn)方法及原理

2.1 試驗(yàn)方法

將原料烘干、磨細(xì)至-74 μm占90%，配入一定量氧化鈣和水，采用造球機(jī)制成粒徑為8～10 mm的小球，烘干；稱取一定量小球裝入剛玉坩堝中，通過箱式電阻爐在設(shè)定溫度下焙燒一定時(shí)間，自然冷卻后將小球磨細(xì)至-74 μm占70%，加一定量水、酸混合，電動(dòng)攪拌；待反應(yīng)完成后過濾，分析濾餅中釩質(zhì)量分?jǐn)?shù)，計(jì)算釩浸出率。

2.2 試驗(yàn)原理

焙燒過程中，鐵釩渣中的低價(jià)釩被氧化成V2O5，V2O5與CaO反應(yīng)生成可溶于硫酸的釩酸鈣[9]，用硫酸浸出可使釩酸鈣轉(zhuǎn)入溶液，實(shí)現(xiàn)釩的浸出[10]；同時(shí)，鐵釩渣中的鐵等金屬元素部分被氧化，一同進(jìn)入浸出液中。含釩酸鹽的溶液通過除雜、富集、中和、沉釩和煅燒等工序得到五氧化二釩產(chǎn)品[11]。主要化學(xué)反應(yīng)如下：

3 試驗(yàn)結(jié)果與討論

3.1 鐵釩渣的焙燒

硫酸浸出條件：硫酸質(zhì)量濃度80 g/L，浸出時(shí)間2 h，液固體積質(zhì)量比2∶1，浸出溫度90 ℃。

3.1.1氧化鈣用量對(duì)釩浸出率的影響

在造球粒徑8～10 mm、焙燒溫度900 ℃、焙燒時(shí)間1 h條件下，氧化鈣用量(相對(duì)于釩鐵渣質(zhì)量)對(duì)釩浸出率的影響試驗(yàn)結(jié)果如圖1所示。

圖1 氧化鈣用量對(duì)釩浸出率的影響

由圖1看出，氧化鈣用量對(duì)釩浸出率影響較大：隨氧化鈣用量增加，釩浸出率明顯提高；氧化鈣用量為鐵釩渣質(zhì)量12%時(shí)，釩浸出率達(dá)80%以上，繼續(xù)增加氧化鈣用量，釩浸出率變化不大。綜合考慮，確定適宜的氧化鈣用量為鐵釩渣質(zhì)量的14%。

3.1.2焙燒溫度對(duì)釩浸出率的影響

在造球粒徑8～10 mm、氧化鈣用量14%、焙燒時(shí)間1 h條件下，焙燒溫度對(duì)釩浸出率的影響試驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。

圖2 焙燒溫度對(duì)釩浸出率的影響

由圖2看出：隨焙燒溫度升高，釩浸出率提高；焙燒溫度高于850 ℃后，釩浸出率提高幅度較小。綜合考慮，確定適宜的焙燒溫度為900 ℃。

3.1.3焙燒時(shí)間對(duì)釩浸出率的影響

在造球粒徑8～10 mm、氧化鈣用量14%、焙燒溫度900 ℃條件下，焙燒時(shí)間對(duì)釩浸出率的影響試驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。

圖3 焙燒時(shí)間對(duì)釩浸出率的影響

由圖3看出：隨焙燒時(shí)間延長(zhǎng)，釩浸出率逐漸提高；焙燒時(shí)間為1.5 h時(shí)，釩浸出率為87.14%；繼續(xù)延長(zhǎng)焙燒時(shí)間，釩浸出率提高不明顯。因此，確定適宜焙燒時(shí)間為1.5 h。

3.2 鐵釩渣中釩的酸浸

焙燒條件：造球粒徑8～10 mm，氧化鈣用量14%，焙燒溫度900 ℃，焙燒時(shí)間1.5 h，焙燒產(chǎn)物磨細(xì)至-74 μm占70%。

3.2.1硫酸質(zhì)量濃度對(duì)釩浸出率的影響

在浸出時(shí)間2 h、液固體積質(zhì)量比2∶1、浸出溫度90 ℃條件下。硫酸質(zhì)量濃度對(duì)釩浸出率的影響試驗(yàn)結(jié)果如圖4所示。

圖4 硫酸質(zhì)量濃度對(duì)釩浸出率的影響

由圖4看出：隨硫酸質(zhì)量濃度增大，釩浸出率提高；硫酸質(zhì)量濃度為120 g/L時(shí)，釩浸出率達(dá)93.12%；繼續(xù)增大硫酸質(zhì)量濃度，釩浸出率提高不明顯。所以，確定適宜的硫酸質(zhì)量濃度為120 g/L。

3.2.2浸出時(shí)間對(duì)釩浸出率的影響

在硫酸質(zhì)量濃度120 g/L、液固體積質(zhì)量比2∶1，浸出溫度90 ℃條件下，浸出時(shí)間對(duì)釩浸出率的影響試驗(yàn)結(jié)果如圖5所示。 可以看出：隨浸出時(shí)間延長(zhǎng)，釩浸出率提高；浸出4 h時(shí)，釩浸出率達(dá)95.27%；繼續(xù)浸出，釩浸出率提高幅度不大。綜合考慮，確定適宜的浸出時(shí)間為4 h。

圖5 浸出時(shí)間對(duì)釩浸出率的影響

3.2.3浸出溫度對(duì)釩浸出率的影響

在硫酸質(zhì)量濃度120 g/L、液固體積質(zhì)量比2∶1、浸出時(shí)間4 h條件下，浸出溫度對(duì)釩浸出率的影響試驗(yàn)結(jié)果如圖6所示。

圖6 浸出溫度對(duì)釩浸出率的影響

由圖6看出：溫度越高，對(duì)釩浸出越有利；溫度為95 ℃時(shí)，釩浸出率為96.24%；繼續(xù)升高溫度，釩浸出率提高不明顯。因此，確定適宜的浸出溫度為95 ℃。

4 結(jié)論

采用鈣化焙燒—硫酸浸出工藝可以從鐵釩渣中浸出釩。適宜條件下，釩浸出率在95%以上。此工藝流程簡(jiǎn)短，操作方便，重現(xiàn)性好，釩浸出效果好。

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