摘要：以湖南某地的含釩石煤礦為實驗原料,以無水碳酸鈉作為焙燒過程的添加劑,研究了石煤空白焙燒和碳酸鈉混合焙燒的差異,在此基礎上對焙燒料進行浸出,浸出劑選用稀的碳酸鈉溶液,浸出液采用季銨鹽N263作為萃取劑直接從浸出液中提取釩,形成了石煤空白焙燒—碳酸鈉浸出——N263溶劑萃取—氫氧化鈉反萃—銨鹽沉釩—煅燒的新工藝。實驗表明,該工藝具有流程短,污染少、對環境友好,成本低等優點,具有很好的發展前景。 論文的主要研究內容和結論如下： (1)石煤釩礦的焙燒 主要考察了焙燒方式、焙燒時間、焙燒溫度以及焙燒過程添加碳酸鈉對釩浸出率的影響。實驗結果表明,在同樣的水浸條件下,加入碳酸鈉混合焙燒的焙燒料的釩浸出效果要比空白焙燒時好。水浸時,釩的浸出率由空白焙燒時的33%提高至53%。實驗得到的最佳的焙燒條件為：焙燒溫度800℃,焙燒時間2h,焙燒添加劑碳酸鈉的加入量為礦量的2%。 (2)石煤焙燒料的浸出 實驗考察碳酸鈉作為浸出劑浸出時的碳酸鈉用量、浸出溫度、浸出時間、液固比等對釩浸出的影響。研究結果表明,采用碳酸鈉浸出的較合適的浸出條件為浸出時間30min,浸出溫度85℃,浸出液固比為2/1-3/1,碳酸鈉用量為焙砂量的3%；在此條件下浸出時釩的浸出率為63%。對比NaOH和Na2CO3浸出實驗,發現NaOH浸出時釩的浸出率略有提高,由60.35%上升至63.15%；但是浸出液中雜質的含量大大上升,其中Si的濃度由37.1mg/L上升至98.64mg/L。 (3)從浸出液中直接萃取釩 通過飽和容量法測定了一系列不同N263濃度的有機相的萃釩飽和容量,繪制了萃取等溫線。當有機相組成為0.919mol/LN263+20%仲辛醇+30%磺化煤油,料液V2O5濃度為4.205g/L, pH12.6時,測得有機相中V2O5飽和容量為34.67g/L。確定了碳酸根型季銨鹽N263從堿性溶液中萃取釩的機理是有機相中的碳酸根交換水相中的釩酸根陰離子,主要的反應方程如下： V2O74-(aq)+2(R3RN)2CO3(org)-(R3RrN)4V2O7(org)+2CO32(aq) HVO42-(aq)+(R3R'N)2CO3(org)=(R3R'N)2HVO4(org)+CO32-(aq) 對萃取過程的主要萃取反應進行了熱力學分析,結果表明：在該條件下的萃取反應是一個微放熱反應,從熱力學方面考慮提高反應溫度會對萃取反應產生不利影響。在石煤焙砂碳酸鈉浸出液中的V205濃度為5.3825g/L,CO32-的濃度為0.111mol/L,萃取溫度為31℃,萃取時間為5min,萃取有機相的組成為0.919mol/L(50%)+20%仲辛醇+30%磺化煤油時,按相比1/1,采取3級逆流萃取,萃余液中V2O5的濃度降至0.02g/L以下,釩的萃取率可達到99.7%以上。 反萃以NaOH溶液作為反萃劑,在負載有機相V2O5濃度為27.18g/L, NaOH溶液的濃度為3mol/L,反萃相比O/A=2/1,反萃時間5min,溫度為30℃時,采用7級逆流反萃,反萃液中的V2O5濃度約為50g/L,卸載有機相中的V205濃度在0.3g/L以下,釩的反萃率在99.5%以上。沉釩洗滌后的白色偏釩酸銨晶體在80℃下烘干后,于500℃置于馬弗爐中煅燒2h,得到紅色粉狀五氧化二釩產品,經化學分析得到含量為99.1%的V2O5產品。