从高浓度的硫酸溶液中萃取钒的研究

钒钛磁铁矿和石煤矿是国内钒提取的两种重要资源,目前石煤提钒企业逐年增加,石煤提钒产量占钒的总产量的45%左右。石煤提钒的主流工艺是“硫酸浸出→中和料液酸度→还原料液→P204萃取→硫酸反萃→反萃液氧化→沉钒”。该工艺由于需要对硫酸浸出液中的游离酸中和造成酸的消耗量增大,除此之外该工艺还需对硫酸浸出液还原以及反萃液氧化,这些工序增加了生产成本。为了使硫酸浸出液中的游离酸能循环使用,节约生产成本,本文提出了不调节硫酸溶液酸度,采用HBL101在高酸条件下直接萃取钒,萃余液返回浸出石煤矿的新工艺。 实验研究了萃取剂HBL101浓度、料液酸度、料液氧化还原电位、相比、温度等对石煤高酸度的硫酸浸出液中钒的萃取率影响。结果显示在硫酸浸出液酸度为1.5mol/L时,V(V)的单级萃取率可达到98%；在该酸度条件下萃取剂对V(V)有较好的选择性,基本不萃取Al、Fe、 Mg等杂质金属离子。 通过等相比法测定了10%HBL101+磺化煤油的饱和容量,其饱和容量(钒)达15.1g/L。绘制了10%HBL101+磺化煤油的萃取和反萃等温曲线。模拟了该体系的三级逆流萃取实验,试验表明在相比为1/2、时间为10min、温度为35℃的条件下,钒的萃取率达到99.8%,其他杂质基本不萃取。同时进行了萃取和反萃最佳条件的综合验证实验,结果表明反萃液调节pH后可直接沉钒,无需氧化过程,且实验得到的五氧化二钒产品纯度达到98.6%。 研究了萃取剂HBL101在高酸溶液中提V(V)的萃取机理。通过饱和量法、等摩尔系列法、斜率法三种方法实验,结果表明HBL101与高酸溶液中的钒萃合比为1：1；通过X射线单晶衍射和红外发射光谱推导出萃合物的结构式为： 此外,进行了萃取→反萃循环实验,结果表明：随着循环实验的进行,萃取剂HBL101萃取的能力下降；采用单因素实验寻找其萃取能力下降的原因,得出萃取实验温度高于45℃将对萃取剂的稳定性产生影响；高酸条件下HBL101中少部分反式异构体会发生贝克曼重排反应生成酰胺,而酰胺易水解生成碳链较短的有机胺；少部分较短碳链的有机胺溶于水溶液与强氧化性的钒阳离子和Fe(Ⅲ)发生氧化还原反应,从而使萃取剂降解,以致其萃取能力下降。水溶液中的铝(Ⅲ)对萃取剂的稳定性无影响。 本工艺流程短,避免了P2O4萃取工艺中的酸度调节,还原等步骤,同时萃余液中的游离酸未被消耗可循环使用,若能解决萃取剂降解的问题,该工艺将具有广阔的工业运用前景。