從高濃度的硫酸溶液中萃取釩的研究

釩鈦磁鐵礦和石煤礦是國內釩提取的兩種重要資源,目前石煤提釩企業逐年增加,石煤提釩產量占釩的總產量的45%左右。石煤提釩的主流工藝是“硫酸浸出→中和料液酸度→還原料液→P204萃取→硫酸反萃→反萃液氧化→沉釩”。該工藝由于需要對硫酸浸出液中的游離酸中和造成酸的消耗量增大,除此之外該工藝還需對硫酸浸出液還原以及反萃液氧化,這些工序增加了生產成本。為了使硫酸浸出液中的游離酸能循環使用,節約生產成本,本文提出了不調節硫酸溶液酸度,采用HBL101在高酸條件下直接萃取釩,萃余液返回浸出石煤礦的新工藝。 實驗研究了萃取劑HBL101濃度、料液酸度、料液氧化還原電位、相比、溫度等對石煤高酸度的硫酸浸出液中釩的萃取率影響。結果顯示在硫酸浸出液酸度為1.5mol/L時,V(V)的單級萃取率可達到98%；在該酸度條件下萃取劑對V(V)有較好的選擇性,基本不萃取Al、Fe、 Mg等雜質金屬離子。 通過等相比法測定了10%HBL101+磺化煤油的飽和容量,其飽和容量(釩)達15.1g/L。繪制了10%HBL101+磺化煤油的萃取和反萃等溫曲線。模擬了該體系的三級逆流萃取實驗,試驗表明在相比為1/2、時間為10min、溫度為35℃的條件下,釩的萃取率達到99.8%,其他雜質基本不萃取。同時進行了萃取和反萃最佳條件的綜合驗證實驗,結果表明反萃液調節pH后可直接沉釩,無需氧化過程,且實驗得到的五氧化二釩產品純度達到98.6%。 研究了萃取劑HBL101在高酸溶液中提V(V)的萃取機理。通過飽和量法、等摩爾系列法、斜率法三種方法實驗,結果表明HBL101與高酸溶液中的釩萃合比為1：1；通過X射線單晶衍射和紅外發射光譜推導出萃合物的結構式為： 此外,進行了萃取→反萃循環實驗,結果表明：隨著循環實驗的進行,萃取劑HBL101萃取的能力下降；采用單因素實驗尋找其萃取能力下降的原因,得出萃取實驗溫度高于45℃將對萃取劑的穩定性產生影響；高酸條件下HBL101中少部分反式異構體會發生貝克曼重排反應生成酰胺,而酰胺易水解生成碳鏈較短的有機胺；少部分較短碳鏈的有機胺溶于水溶液與強氧化性的釩陽離子和Fe(Ⅲ)發生氧化還原反應,從而使萃取劑降解,以致其萃取能力下降。水溶液中的鋁(Ⅲ)對萃取劑的穩定性無影響。 本工藝流程短,避免了P2O4萃取工藝中的酸度調節,還原等步驟,同時萃余液中的游離酸未被消耗可循環使用,若能解決萃取劑降解的問題,該工藝將具有廣闊的工業運用前景。