酸性氯化物体系钒、铬、铁萃取分离基础研究
攀西红格地区大宗特色高铬型钒钛磁铁矿为铁、钒、钛、铬等典型多金属共伴生矿产资源,开发利用意义重大。现有的提取工艺难于对我国高铬型钒钛磁铁矿实现高效综合利用和清洁生产,存在有价金属(钒、铬和钛)的回收率低、能耗高和环境污染等问题。本研究团队提出一条新型提取工艺,包括选择性还原高铬型钒钛磁铁矿精矿,磁选分离后得到磁性的铁精粉,非磁性的含钒铬钛渣用盐酸酸浸得到含钒、铬等的浸出液,而钛保留于固相中成为富钛渣,从而有可能提高该矿产资源中铁、钒、铬和钛的综合利用率。该新工艺中的盐酸浸出液为含钒和铬等的酸性氯化物溶液,其特点是酸度高、杂质多和含铁浓度高,从该氯化物溶液中选择性分离与回收钒、铬和铁是该新工艺的关键工序之一,目前针对酸性氯化物溶液中钒、铬、铁与钙、镁、铝、锰、钛、硅分离工艺的研究尚未见报道。本论文系统的研究了从酸浸液中进行有价元素钒、铬、铁与杂质的选择性分离,为酸性氯化物体系中钒、铁、铬资源的高效分离利用提供了一条新的途径,取得的主要研究成果如下:1)酸性氯化物溶液中优先提取钒、铬的研究。研究结果表明采用优化的D2EHPA作萃取剂时,经过两级萃取钒的萃取率虽达97.1%,但铁的萃取率为9.8%,铬的萃取率为7.9%,分离效果尚不够理想。同时,对萃取钒后的萃余液进行铁与铬分离研究发现,萃取法(研究了不同种类的萃取剂、不同的萃取条件、不同的还原剂、添加掩蔽剂)、水解法和磷酸盐沉淀法均未能达到铬的选择性提取实现铁、铬分离的目的。2)酸性氯化物溶液中优先萃取铁的研究。通过上述研究证实在大量铁存在的情况下,钒和铬的回收困难,所以需要先进行铁的分离以便后续钒、铬的回收。为了强化萃取过程,研发了一种新型协同萃取铁体系TBP-MIBK,该体系具有萃取铁的容量大、萃取分相良好、分离效果好等优点。首先对该协萃体系萃取行为进行研究,在优化的萃取条件下,铁的一级萃取率达86.7%,钒和铬几乎不被萃取;其次对该协萃体系反萃行为进行研究,在优化的反萃条件下,铁的一级反萃率达91.6%;最后用热力学计算软件和光谱表征对TBP-MIBK协同萃取剂萃取高酸性体系中铁的机理进行研究,MIBK的增溶作用使TBP-MIBK混合萃取剂的萃取能力比单一萃取剂大幅度提高。3)酸性氯化物溶液中选择性萃取钒的研究。针对萃取铁后的萃余液中钒的有效萃取分离,为了强化萃取过程,研发了一种新型协同萃取钒体系Aliquat 336-TBP,该体系具有萃取动力学快速、分离效果好、钒反萃容易等优点。首先对该协萃体系萃取行为进行研究,在优化的萃取条件下,钒的三级萃取率达90.2%,铬几乎不被萃取;其次对该协萃体系反萃行为进行研究,在优化的反萃条件下,钒的一级反萃率达92.4%;最后用热力学计算软件和光谱表征对Aliquat336-TBP协同萃取剂萃取高酸性体系中钒的机理进行研究,Aliquat 336的增溶作用使Aliquat 336-TBP混合萃取剂的萃取能力比单一萃取剂大幅度提高。4)酸性氯化物溶液中高效萃取铬的研究。针对铁的萃取去除和钒的回收后的萃余液中铬的高效萃取,为了强化萃取过程,研发了一种新型协同萃取铬体系D2EHPA-异辛醇,该体系具有萃取铬能力强、萃取分相良好、铬反萃较容易等优点。首先对该协萃体系萃取行为进行研究,研究了不同的工艺参数对铬的萃取的影响,确定了优化的萃取条件;其次对该协萃体系反萃行为进行研究,研究了不同的工艺参数对铬的反萃的影响,确定了优化的反萃条件;最后用热力学计算软件和光谱表征对D2EHPA-异辛醇协同萃取剂萃取酸性氯化物体系中铬的机理进行研究,由于异辛醇使D2EHPA的二聚分子环打开,为萃取反应提供了更多的萃取位,所以使D2EHPA-异辛醇混合萃取剂的萃取能力比单一萃取剂大幅度提高。5)酸性氯化物溶液中选择性提取铬的研究。经过铁的萃取去除和钒的回收,实际高铬型钒钛磁铁矿的酸浸液中还含有钙、镁、铝、锰、钛、硅等杂质。D2EHPA-异辛醇协同萃取体系虽然可以实现铬的高效萃取,但是不能实现铬的选择性分离。为了实现酸性氯化物体系中铬与杂质的分离,采用添加可以与三价铬络合的硝酸根离子,使三价铬的离子形态与杂质的离子形态不同,用Cyanex 923作萃取剂达到铬选择性分离的目的。首先对Cyanex 923的萃取行为进行研究,研究了不同的工艺参数对铬萃取的影响,确定了优化的萃取条件;其次对Cyanex 923的反萃行为进行研究,研究了不同的反萃剂对铬反萃的影响,确定了优化的反萃条件。结果表明钙、镁、铝、钛、锰、硅杂质元素均不影响铬的萃取,同时可以实现铬的高效反萃。
