《化学工程毕业设计（论文）矿石提钒研究.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《化学工程毕业设计（论文）矿石提钒研究.doc（49页珍藏版）》请在三一办公上搜索。
1、四川大学本科毕业论文题 目 矿石提钒研究 学 院 化学工程学院 专 业 化学工程与工艺 学生姓名 学 号 年级 指导教师 教务处制表二一年六月一日目录摘要3第1章 综述51.1钒矿的分布及我国钒资源现状51.1.1 钒矿的分布51.1.2 中国钒资源现状51.2钒的理化性质及重要化合物61.3钒及其化合物的用途71.3.1钒和钒合金的用途71.3.2钒氧化物的用途81.3.3 钒酸盐的用途101.3.4钒在其他方面的用途111.4钒的提取121.4.1钒原料制取121.4.2钒原料提钒141.4.3钒溶液净化除杂质151.4.4五氧化二钒制取16第2章 实验部分182.2萃取原理182.3实验
2、原料及药品192.3.1实验原料192.3.2实验试剂及仪器192.3.3实验示意图202.4实验步骤和分析方法212.4.1萃取实验步骤212.4.2分析方法212.5 萃取实验结果21第3章 实验结果分析233.1 pH对浸出率的影响233.2硅钙物质的量比对沉钒率的影响对萃取率的影响243.3钙硅摩尔比对脱硅的影响243.4萃取实验的稳定性253.5实验小结25参考文献26附录127附录228致 谢29外文文献翻译及原文30矿石提钒研究（化学工程学院）学生： 指导教师： 摘要：传统的提钒方法为钠化焙烧和钙化焙烧，首先经过焙烧，然后经过浸取、净化除杂和沉钒等步骤来制取V2O5。钠化焙烧过程
3、中会产生大量的HCl、Cl2等有毒气体；钙化焙烧法的优点是焙烧时不易结块，无有害气体逸出，工艺简单、成本低，但是提取率比较低，而且耗能也比较高。本文以用焙烧、酸浸、碱浸等手段将含钒固废中的钒转变为碱性溶性的含钒离子团为研究对象，通过开展系统的实验研究，讨论 Aliquat336萃取浸出钒离子的机理，提高钒的萃取效率，并确定最佳反应条件。关键词：钒矿 Aliquat336 脱硅 萃取率Study on Extraction of VanadiumMajor: Chemical engineering and technologyStudent: Abdukerem Supervisor: Pro
4、f.Liu Daijun&Abstract: At present the way of roasting with calcium or natrium salt is widely used in extracting vanadium. The advantage of this method is hard to agglomeration, simply technology and low cost. However, the disadvantage of this method is a great lot of toxic gases such as Cl2、SO2、HCl
5、are produced and high energy cost.The paper use the roasting, acid and alkali extraction means solid waste containing vanadium will change as the alkaline solubility vanadium containing vanadium ion group as the research object ,Through the experimental study of System, discuss Aliquat336 extraction
6、 leaching mechanism of vanadium ions and the optimum reaction conditions.Keywords: vanadium Aliquat336 desiliconisation Extraction rate第1章 综述1.1钒矿的分布及我国钒资源现状1.1.1 钒矿的分布世界钒储量约15980万t。其中南非占46%，独联体占23.6%，美国占13.1%，中国占11.6%，其它国家总和不足6%。由于钒往往作为副产品或共生产品回收，故当前公开发表的已探明世界钒矿储量并不完全可以反映实际资源状况。但是在当前技术条件下，世界上能够从磁铁矿
7、资源中大量回收钒的国家只有俄罗斯、南非和中国等少数几个，这些国家是全球钒供应的主要来源1。钒主要赋存在磁铁矿、磷酸盐岩、含铀砂岩和粉砂岩矿床中，还有大量的钒赋存于铝土矿和含碳物质中（如石油、煤、油页岩和焦油砂中）。全球钒资源的98%来自于钒钛磁铁矿。钒钛磁铁矿的储量很大，主要集中在少数几个国家和地区，如俄罗斯、中国、南非等。此外，新西兰、澳大利亚、挪威、芬兰、美国、加拿大等国家也有少量钒钛磁铁矿。除钒钛磁铁矿外，其它含钒资源主要是磷岩矿、含铀砂岩和粉砂岩矿等，这些矿床的总量分别都超过6000万t。此外，铝土矿、含碳质原油、煤、油页岩及沥青砂等矿物中都含有少量的钒。1.1.2 中国钒资源现状中国
8、钒资源极其丰富，是全球钒资源储量大国。全国10多个省市（区）都有钒矿物，但主要集中在四川攀枝花地区和河北承德地区，尤其是攀枝花地区的钒资源相当丰富，已探明的钒钛磁铁矿储量近100亿t，五氧化二钒储量为1578万t，约占全国储量的55%，世界储量的11%。另外在河北承德地区，高铁品位钒钛磁铁矿(铁含量大于30%，V2O5含量大于0.7%)已探明储量2.6亿t，其中保有储量2.2亿t；低铁品位钒钛磁铁矿(铁含量大于10%，V2O5含量大于0.13%)已详细勘查确定的储量为29.6亿t，总共约占全国储量的40%。中国丰富的钒资源对经济发展的保证程度比较高。特别是近年来随着大量地质储量表外低品位钒钛磁
9、铁矿的开发利用，可回收利用的钒资源量还在逐渐增加。另外中国还拥有丰富的石煤钒资钒矿资源总储量相当，2000年出版的世界有色金属矿情认为，至1996年中国除钒钛磁铁矿矿床外，还有将近2亿tV2O5的石煤钒资源。随着中国微合金钢市场的不断上升，微合金钢对钒资源消费量的不断扩大，国内那些原本不被看好的低含钒量的煤钒石资源越来越被人们重视。在我国湘、鄂、浙、赣、桂、川、陕、黔诸省区富产含碳页岩(石煤),探明储量为618.8亿吨,其含V2O5品位多在0.3%1.0%之间,其中(V2O5)0.5%的石煤中V2O5储量为7 707.5万吨,是我国钒钛磁铁矿中V2O5储量的2.7倍。因此,从石煤中提钒成为了我
10、国利用钒资源的一个重要发展方向2。目前我国的V2O5年产量达2.01万吨，居世界第四位。国内钒产品的生产厂家主要为攀枝花新钢钒和承德钒钛，两者在世界上分别列第二和第五3,4,5。攀钢是全球三大钒产品生产商之一，攀钢年产钒钛磁铁矿1200万吨，2005年承德钒钛公司氧化钒产量为5701 t。在国内钒产品行业中,目前承德钒钛和新钢钒两家公司处于绝对的地位,钒产品产量占到国内的90%以上。1.2钒的理化性质及重要化合物钒是元素周期表第四周期B族元素，元素符号V，原子序数23，原子量为50.9415，熔点为1887，沸点3377，密度6.11，致密钒为钢灰色，具有良好的可塑性和可煅性。钒原子的外电子层
11、构型为，有3、-2、-1和+1+5共8种价态，其中+5价的化合物最稳定。常见化合物有五氧化二钒、卤化物、铵盐、钠盐、含氧酸盐等。钒和钒化合物具有一定毒性，其中尤以+5价化合物毒性最大。表1-1 重要钒化合物的性质化合物名称化学式基本性质五氧化二钒橙黄色晶体，密度3.35，熔点670，两性氧化物，以酸性为为主三氧化二钒灰黑色粉末，密度4.84，熔点2070，碱性偏钒酸铵白色或浅黄色晶体，密度2.3，200时分解，生成和,微溶于水偏钒酸钠白色晶体，易溶于水，在水中生成聚合物四价钒酸钠白色晶体，密度3.06，可溶于水和稀硫酸五氟化钒白色晶体，密度2.5，熔点19.5，沸点48.3，强氧化剂和氟化剂三
12、氯氧钒黄色液体，密度1.8，熔点-78.9，沸点127.2，能溶解等1.3钒及其化合物的用途 1.3.1钒和钒合金的用途 钒用作钢铁添加剂提高钢的韧性和耐热性，其90以上用于大口径钢管用的高强度钢(输油管、海底输送含硫天然气管道、造船、建筑钢筋、桥梁等)、高速工具钢(汽车曲轴、连接杆、驾驶盘的锻造部件等)、金属模等，其次用于钛合金(含钒的质量分数为4一12用作空气压缩机和框架部件等)、v3Ga超导材料、化工催化剂等6,7。 金属钒用作铁、铝、镑、钢等合金添加剂，喷气机和火箭等的耐热材料，溅射靶，真空管蒸镀tV3Ga等合金系超导材料。金属钒及合金作为液体金属冷却快中了反应堆的结构材料，钒钛合金作
13、为燃料的包套材料。 钒基合金特别是加铬和钛的钒基合金(含钒的质量分数为85)用于聚变反应堆的容器材料，钒合金受辐射的影响比其它合金小得多，能很好地抵抗冷却剂的腐蚀，并在高温状态下保持其强度，每座反应堆可能用高达500t的钒基合金。1.3.1.1 在钢铁工业方面的用途钒在钢中起脱氧、脱氯作用，可改善钢的性能。绝大部分钒用作钢铁的添加剂，以生产南强度低合金钢、高速钢、工具钢、不锈钢及永久磁铁等。钒在钢中的消耗比例见表1-2。钒主要用于钢铁工业，多以钒铁合金的形式加入到钢中如美国有85的钒用于钢铁工业。含钒钢具有强度高，韧性、耐磨性、耐腐蚀性好广泛用于机器制造、汽车、航空航天、铁路、桥梁等部门。钒在
14、钢中的主要作用是：钒同钢中的碳和氮起作用，生成小而硬的难熔金属碳化物和氮化物，这些化合物起细化剂和沉淀强化剂的作用，增加钢的强度、韧性和耐磨性。其机理如下：细化钢的组织和晶粒。提高晶粒的粗化温度，从而降低过热敏感性并提高钢的韧性和强度；当在高温溶入奥氏体时，增加钠的淬透性、相反，如以碳化物存在时，都会降低钢的淬透性；增加淬火钢的回火稳定性，并产生二次硬化效应。在碳素钢中加人少量的钒，能提高钢的延展性和耐热性。在调制钢中通过形成钒的碳化物(V4C3)和氮化物(VN)，在热处理作用下可使用晶粒细化和弥散硬化。由于氮的加人改善了钢的脆断性，改善了钢的可焊性。高强度低合金钢(HSLA钢)：钢中含有质量
15、分数为0.05的钒，与铌(质量分数为0.04)钼或铬(质量分数为0.10.2)结合，可制作壁厚为1825mm的大管道，也可作桥梁结构钢。主要优点足可以减轻质量。在钢轨钢中、钢中钒(质量分数为0.1一02)和氮或铬配合，可改善钢的脆断性并可用作螺丝扳手切屑、冲模、压模等的加工工具。在耐热钢中，钢中含有质景分数为10一175铬、质结分数为27镍、质量分数为2钼、质量分数为0.1一0.7钒，可用作驱动装置的构件、燃气轮机和动力机构件等。表1-2 钒在钢中的消耗比例（全球）高强度钢碳钢合金钢工具钢其他3330221321.3.1.2有色及稀有金属合金l 钒钛台金世界上有7一10的钒是用于有色金属方面钒
16、和钛组成最重要的合金是Ti 6A14V。它在室温下的稳定性好，具有很高的抗疲劳性能，用作铸造合金和锻造合金、在飞机骨架结构中用作支架和紧固件，并用在发动机的压缩涡轮盘和叶片上，应用范围还在继续扩大，特别是用在动力机械装置、造船和核反应核工业上。目前使用的含钒钛合金有：Ti5Mo5V8Cr3A1(TB2)、Ti35Al10Mo8V1Fe(TB3)、Ti4A17Mo10V2Fe2Zr(TB4)、Ti5A14V(TC3)、Ti6A14V(TC4)等。钒在钛合金中是一种强的p稳定剂，因而能改善钛合金的结晶结构，提高高温稳定性、耐热性、冷加工性，通过热处理钒能强化钛合金出相转变为相，这种转交或通过在缓慢
17、冷却速度下成核作用和晶粒增大，或通过有快速冷却速率下的马氏体的消失来实现的。l 钴和镍基合金铀和镍基合金是磁性合金，可作为软磁、高磁性材料使用；是高温合金非结构材料、耐腐蚀材料。l 铌钽合金铌钽合金耐高温性好。掺入钒提高抗氧化能力，用于航天飞机和人造卫星及导弹。含(Nb)30的NbV合金具有良好的超导性能。 1.3.2钒氧化物的用途1.3.2.1 V2O3的用途V2O3可作为冶炼钒合金的原料，同时可作为对加氢、脱氧反应的催化剂。它的应用前景还有如下方面。 (1)热短路限流电阻、非熔断性保护器等。V2O3中掺杂进一定量的铬时，该材料将会发生与金属绝缘体转变过程相反的相变。随温度升高发生从金腐相到
18、绝缘体相的转变。当掺入铬的质量分数约为0.5时、其相变点约为100 C，这种特殊的转变显然在实际应用中具有重大价值，例如它可用来制作非熔断性保护器等限流元件。 (2)用V2O3制成用于低温技术中的无触点继电器等开关器件。这主要是由于V2O3的电阻率突变特性相低温相交点。 (3)滤色镜。(4）可变反射镜或透镜。 (5)大功率PTC陶瓷热敏电阻 1.3.2.2 VO2的用途VO2在工业上可作为制造钒铁的原料、VO2薄膜的独特性质主要表现在它的相变件质上相变时的光学、电学性质变化尤其引人注目。它的应用前景有如下方面。(1)太阳能控制材料。由于VO2在MST转变时发生的光学透射串突变性质，它在高温下透
19、过率极低，而低温下透过很高。根据这个特性可以将这种材料制成控制室温的建筑用窗、墙、楼顶涂层，得到冬暖夏凉的效果。有人已经用掺入W、Mo的方法达到了相变温度为20一25的水平。 (2)(红外)辐射测热计、热敏电阻，VO2薄膜电阻率随温度变化率达到2。 (3)热致开关。如热敏继电路。 (4)可变反射镜。将VO2薄膜制成反射镜，利用相变时光学反射率也发生突变的性质改变薄膜某一点的温度，就可以改变该点的反射率。 (5) VO2红外脉冲激光保护膜。利用激光辐射可激发相交的特点，用VO2薄膜制成红外脉冲激光保护膜，以防止红外脉冲激光致盲武器对人眼、红外敏感器件的破坏。在军事上应用具有很大的意义。 (6)晶
20、体管电路和石英振荡器等稳定化的恒温槽。利用VO2薄膜的临界温度热敏电阻制成。 (7)透明的导电材料。 (8)光盘材料。VO2的相变是可逆的，其薄膜形态的相变可以反复在金属态和非金属态之间进行，所以可以利用这个特性将VO2薄膜制成光学数据存储材料，达到可读、可写、可涂擦的效果。 (9)其他方面的应用。如全息存储材料、电致变色显示材料、滤色镜、抗静电涂层和线性电阻材料、高灵敏度温度传感器、可调微波开关装置、红外光调制材料等。81.3.2.3 V2O5的用途V2O5是最重要的钒氧化物，工业上用量最大。工业V2O5的生产，含钒矿石、钒渣、含碳的油灰渣等提取，制得粉状或片状V2O5。它大量作为制取钒合金
21、的原料，少量作为催化剂。在20世纪以前，人们就已经知道了V2O5的存在，20世纪40年代前 V2O5的胶体形态就已广为人知，其棍状胶体更是被普遍用于流体动力学研究。约在20世纪80年代前，V2O5的半导体性质的发现和其在光学工业中作为抗静电涂层的应用为它的研究开辟了新纪元。近年来，对作为功能材料的V2O5的研究已经受到了广泛的重视，它的溶胶凝胶制备技术也取得了鼓舞人心的进步。具有层状结构的V2O5凝胶膜显示出有趣的电子、离子、电化学性质此外，V2O5还具有光电导性质。根据这些性质开展的应用研究也取得了长足的进步，例如，V2O5可作普通离子吸收基质材料、湿敏传感器、微电他、电致变色显示材料、智能
22、窗、滤色片、热辐射检测材料或光学记亿材料等。V2O5的应用前景有如下方面。 (1)(红外)辐射测热计、热敏电阻。由于过渡金属氧化物的电阻温度系数TCR较高，因此这类氧化物是较好的热敏电阻材料。为丁便于应用，氧化物的熔点越低越好，除了V2O5，很难找到其他更低熔点的过渡金属氧化物。V2O5是较理想的一种热敏电阻材料，它的电阻率随温度变化率较高，一般达25”。 (2)离子吸收基质材料(V2O5mH20)。例如利用它的离子吸收特性可将V2O5制成锂电极的阴极材料。也可用它的离子吸收特性制成电致变色显示材料的阴根。 (3)抗静电涂层。由于V2O5nH20膜的电导比非水化的V2O5电导要高1000倍，因
23、此适合于制作抗静电涂层。(4)用作湿敏材料。(因为V2O5.H2O电阻率对湿度敏感)。 (5)透明导电材料。利用V2O5薄膜既透明又导电的性质，例如可制成电冰箱除霜材料、汽车玻璃、窗户玻璃的除霜材料等。 (6)化学传感器。如V2O5/ZrO碳氢气体传感器，碳氢气体与V2O5相遇将部分还原为VO2，使电阻发生变化、而且电阻率随感量发生线性变化，响应时间小于2s。当碳氢气体消失V2O5又回到原状，因此V2O5/ZrO是较好的碳氢气体检漏材料。再如，A12O3ZnO2V2O5对NO2类气体敏感，可制成NO2气敏传感器。 (7)非线性或线性电阻材料。将VO2或vV2O5与一些其他材料混合而成。 (8)
24、高温液态二极管、滤包镜等。81.3.3 钒酸盐的用途 钒酸盐可用作化学试剂、催化剂、媒染剂以及作为制造五氧化二钒或钒铁的原料等。其中钒化合物作为催化剂使用的有：V2O5、V203、偏钒酸铵(NH4V03)、偏钒酸钠(NaVO3)、偏钒酸钾(KVO3)、多钒酸铁、三氯氧钒(VOCl3)、多钒酸铁钠2(NH4)20Na2O5V2O515H2O、草酸氧钒V0(C204)、甲酸氧钒VO(HCOO)2、磷酸氧钒和钙、锌等的钒酸盐等。 钒氧化物作为硫酸、石油裂化、有机合成及煤气脱疏中的催化刑，在以氧化硅为载体，碱金属盐为肋催化剂的条件下，具有高活性。偏钒酸铵用作催化剂、陶瓷着色剂、显影剂、防腐蚀剂、干燥剂
25、使用效果好。 钒酸盐颜料不仅有色彩与装饰作用、它有提高涂膜强度、防腐、耐光、耐候等特殊性能如示温涂料可指示表面温度。其中钒铋黄颜料的研究开发应用在国外相当活跃，令人瞩目。如钒酸铋黄颜料、钒铝酸铋黄颜料、钒酸铋示温颜料等。钒酸钴为绿至蓝色，钒酸锰为黄绿色，钒酸镍为黄绿至深紫色。钒酸铵颜料用于黑色皮革和墨水的染料。以铕活化的钒酸钇，用于彩色电视的显象管制造方面。 钒酸盐在玻璃和搪瓷工业应用方面：可利用其制成各种有色玻璃，带半导体性能的玻璃、吸收紫外线辐射的玻璃、瓷徐涂层的彩色珐琅等。 钒酸盐在照相和电影业中用于显影剂、感光剂及着色剂。1.3.4钒在其他方面的用途l 电子工业方面 (1)超导体。含钒
26、的超导体有V3Ga，V3Si等，V3Ga是一种A15型金属间化合物，是目前已经实用化的金属间化合物类超导体。它的临界温度Tc148K，制备方法有扩散法、化学气相沉积法、原位法等。主要用于制作超导强磁体线圈(利用其超导状态的大电流）。缺点是力学性能差，不易加工。通常用铜，银包覆后拉拢成丝，使用时冷却。此外还有TiSrVO高温超导体，临界温度Tc132K。 (2)在电子管中用作X射线滤波器等； (3)含钒大容量小型电池，由五氧化二钒和石墨制成的锂钒小型电池，用作炮弹引信电源等，并具有可反复充电、寿命长等优点，最大容量可达25kwh，也可用于家庭将低价的夜间电能充电供白天使用。钒电池与其他二次电油(
27、如铅酸、铬镍、钠硫、锌溴电池等)相比，具有以下优势：1)能量以电解液的形式储存；2)功率由电堆大小决定；3)充放电时不包含复杂的固相变化；4)深放电达100也对电池纪元无危害；5)储存寿命长；6)可以通过增加储液罐来增大容量；7)各个单体电池处于相同的带电状态；8)充电状态可以连续监测；9)可以快速充电。澳大利亚频纳科勒PINNACLE)采矿公司购买氧化还原电池世界专利技术后将成为生产钒电池的工业公司。据澳大利亚稀有金属公司采矿部称氧化还原电池技术投入商业生产，有可能使全世界对钒的需求量提高2倍甚至3倍。日本有两家公司得到澳大利亚钒氧化还原电池发明人的许可生产世界上最先进的钒氧化还原电池这两个
28、厂预计1999年投产，一家波大利亚公司最近得到许可在全世界开发和销售电气车辆用的钒氧化还原电池，泰国一家公司成功地建造一套利用钒氧化还原电池来储存电能的太阳能屋。9l 农业方面促进农作物生长发育，增产增加植物的固氮作用，提高氮含量，钒盐施入土壤或喷洒植株或处理种子(豌豆，大麦等)，由于钒的作用，使植物中磷和钾含量增高。l 生物学方面上个世纪发现丁某些植物中含有钒。如一种毒的蘑菇(内毒覃）。某些海洋生物，如海胆、海鞘、管海参的血液中含有10的钒。据推测，钒在这里起着同于血红蛋白中铁的作用。另一些科学家认为，在这种情况下钒的作用类似于叶绿素中的镁的作用，换句话说。管海参血液中的钒是参与消化过程而不
29、是参与呼吸过程。在阿根廷曾试验往牛和猪的饲料中加入钒化合物，由此动物的食欲可改善，体重也迅速增加。此外还知道“黑曲霉”只有在钒盐存在下才能正常生长。上述事实说明，钒在生命过程中起着一定作用。但有待于进一步研究cl 其他方面钒的合金在镶牙和首饰中使用钒还用于医学钒兴奋剂、照相显影剂、敏化剂、底片和印片的染料等方面。81.4钒的提取钒冶金过程包括钒原料制取、从钒渣中提钒、钒液净化和钒化合物制取、金属钒和钒铁生产等步骤，钒冶金原则流程如图1-1。1.4.1钒原料制取生产钒的原料有两种，一种是由选矿产出的精矿，如由钒钛磁铁矿、钒铅矿、钒云母、钾钒矿等选出的精矿；一种是钒渣，如由吹炼含钒铁水产出的渣，含
30、钒石煤、石油燃烧产出的烟尘等。l 铁水吹炼提取钒渣含钒铁水是当今世界上制取五氧化二钒的主要原料，占提钒原料的5060。炼铁原料主要为钒钛磁铁矿，高炉熔炼时钒和铁一起还原进入铁水。吹炼铁水，钒被氧化进入吹炼渣。氧化反应为：4/3V+O2=2/3V2O3根据吹炼的主体设备分为雾化炉吹炼、空气侧吹转炉吹炼、顶吹或底吹转炉吹炼和摇包吹炼等工艺。雾化炉吹炼法是中国首先研究的方法。含钒铁水经中间罐底部水口穿过雾化器，被从雾化器喷空射出的高速气流击碎成粒度小于2mm的液滴，液滴在雾化室和半钢罐中降落时，与气流中的氧接触发生氧化还原反应形成粗钒渣。粗钒渣经破碎磁选分离获得精钒渣。吹炼时控制吹炼温度134013
31、70，钒氧化率达90，产渣率达4，钒渣含约18。空气侧吹转炉吹炼法是由转炉侧面风嘴喷入空气或富氧空气冲击搅拌含钒铁水，使其中的硅、钛、钒等氧化而生成钒渣。同时产出的半钢作为炼钢原料再进行氧化顶吹炼钢。因此该方法又称为双联法。吹炼时控制顶吹温度1397，钒氧化率8090，钒渣含1620。三氧化二钒钒钛磁铁矿钒精矿和含钒物料炼铁吹炼钒渣钒渣氧化钠化培烧酸浸出碱浸出氧化钙培烧矿浆树脂浸出水浸钒碱浸钒含钒溶液净化含钒净化液水解沉淀铵盐沉淀钙盐沉淀铁盐沉淀熔化氧化钒熔片偏钒酸铵粗金属钒还原还原精炼纯金属钒钒酸钙钒酸铁偏钒酸铵热分解五氧化二钒图11钒提出冶金流程图摇包吹炼法是在容量为5060t的摇包内吹炼
32、钒渣，高压氧气由设立在顶部的氧枪供顶吹或底吹转炉吹炼法是将高压纯氧或富氧空气由转炉底部或顶部经水冷氧气喷枪喷入铁水溶池，强烈搅拌铁水，使钒等氧化形成钒渣。吹炼温度一般为1397（底吹）和13501420（底吹），钒氧化率90，钒渣含1314（底吹）和1619（顶吹）。10l 含钒石煤提取钒含钒石煤是一种重要钒资源，中国含钒石煤资源丰富，达61808亿吨，一般含0.30.2，主要钒矿务为钒钙石，含钒碳质岩先用于烧锅炉或流态化床发电，燃烧时钒富集在烟碳中，含最高的达到65。5l 从石油和沥青矿中回收钒一些石油含有0.020.06，有的沥青矿含钒0.080.8。他们在燃烧时富集在锅炉灰尘或沥青焦中，
33、有的锅炉灰尘中含约35。l 从钒伴生矿物提钒伴生钒矿物主要有钒铀矿（含约1V）、钒铅矿（含6.02V）、钒磷铁矿（含0.150.35V）、铝土矿（通常含0.1V）,在处理它们时钒作为副产物予以回收。1.4.2钒原料提钒处理钒渣等钒原料的工艺方法由培烧和酸浸两种。1.4.2.1焙烧l 氧化钠化培烧使含钒原料和、和等钠盐在回转窑、竖炉、平窑、多膛炉、反射炉、流态化床中于8001200温度下进行氧化钠化培烧，使钒转变为可溶性的钒酸钠，如钒渣和反应:钒铁精矿和培烧反应：含钒磷铁矿和食盐回转窑培烧反应：l 氧化钙化培烧使含钒原料和石灰或石灰乳在900930下进行氧化钙化培烧，钒转化为易溶于酸的钒酸钙，再
34、通过碳酸化浸出或碱浸出，使钒转入水溶液与非水溶性杂志分离。钙化培烧法的优点是焙烧时不易结块，无有害气体逸出，工艺简单、成本低。111.4.2.2浸出钒从含钒培烧熟料浸出钒有水浸出、酸浸出、碱浸出和碳酸化浸出四种方法。用水浸出时，钒酸钠进入水溶液，浸出多用湿球磨法和淋滤法，酸浸出多采用硫酸。有三种酸浸出方法：含钒物料不经培烧直接加酸浸出，如钒铀矿浸出；含钒物料经培烧熟化后用酸浸出；含钒培烧熟料先水浸，再用酸浸出。除钒渣外酸浸还用于从钾钒铀矿、钒铅矿、磷酸盐矿、含钒灰烬，废钒催化剂等含钒物料中提取钒。反应为：碱浸出常用的浸出剂有、等。碳酸法浸出主要用于含钙高的钒原料或经过氧化钙化培烧后的含钒熟料。
35、碱液主要为碳酸钠、碳酸氢钠、碳酸铵或碳酸氢铵的水溶液。浸出反应为：1.4.3钒溶液净化除杂质为了获得纯度高的，各种浸出法得到的含钒液必须再净化处理。含钒浸出液中的悬浮物通过澄清除去，再用碱调节溶液pH值除去铁、锰，加除去铬、硅，加钙镁沉淀掉,对高碱度溶液还采用电渗析法脱钠并综合回收碱。初步除去杂质的溶液再采用沉淀法、萃取法、电解法和吸附法（离子交换、色谱法）进一步净化，工业上应用的净化法主要是萃取法、沉淀法和离子交换法。l 沉淀法有铵盐沉淀、水解沉淀和钙盐或铁盐沉淀三种方法。（1）铵盐沉淀 往钒溶液中加入为氯化铵、硫酸铵、氢氧化铵等，使生成聚合状态的钒酸铵沉淀。根据沉淀溶液终了的酸碱度不同又分
36、为酸性、弱酸性和弱碱性铵盐沉淀三种方法，当pH在23时，生成橘黄色的多钒酸铵沉淀，此法设备简单、成本低，在世界上广为采用；当pH为46时，钒生成钒酸钠沉淀；pH89生成偏钒酸铵沉淀。（2）水解沉淀 往钒溶液中加酸，使pH达到1.53，加热搅拌析出红色钒酸钠沉淀。此沉淀物俗称“红钒饼”。（3）钙盐或铁盐沉淀法 含钒较低的碱性溶液可用、石灰或石灰乳使以正钒酸钙,pH为10.811、焦钒酸钙（,pH2.89.3）或偏钒酸钙沉淀；含钒低的酸性溶液则用亚铁或高铁盐使钒以钒酸铁形式沉淀出来。l 溶剂萃取法适用于含有多种有价元素的酸浸液和钒浓度低的溶液。是制备高纯度钒化合物的方法。工业上常用萃取剂有二乙基己
37、基磷酸（）、磷酸三丁酯（）和胺类萃取剂。叔胺的萃取机理为：负载有机相用或溶液反萃取，所得钒酸钠溶液用于进一步制备。l 离子交换法适用于从碱性溶液和矿浆中提钒，常用于处理废水等低钒溶液。常用离子交换树脂有强碱性季铵型阳离子交换树脂，如IR400、IR401等，负载树脂用稀硫酸、等溶液解吸，用于进一步提取。1.4.4五氧化二钒制取以上所得各种净化后的钒料，或直接转化为钒酸铵，或先用溶解，再转化成钒酸铵，最后煅烧钒酸铵，制取。（一）钒酸铵沉淀利用铵离子与十二钒酸根离子的结合力大于钠离子，溶液中加入铵盐（硫酸铵、氯化铵或氨），可以使钒酸钠变成钒酸铵沉淀：对于钒酸钠溶液则有反应：（二）钒酸铵热分解在45
38、0550下煅烧偏钒酸铵或多钒酸铵，他们便分解生成，热分解要在空气中进行，并不断搅拌保证完全氧化。所得产品为金黄色或砖红色粉末，纯度99%,中国标准为GB328387。 第2章 实验部分2.1萃取原理2.1.1基本原理用焙烧、酸浸、碱浸等手段将含钒固废中的钒转变为水溶性或酸溶性的含钒离子溶液中钒主要以VO3-、V4O124-离子的形态存在。由于钒的浸出率不高，最后还要采取萃取的方法来使钒的浓度能够得到富集。所以，浸出液中加入一定量的氢氧化钠来调节溶液的pH，使其达到最好的萃取效果。本次实验选用季铵型萃取剂Aliquat336（氯化三烷基甲胺）CH3N+(CH3)3Cl-进行萃取。有机相以煤油为稀
39、释剂。由于萃取剂是表面活性物质，易产生乳化，故需加入相调节剂。本实验选择正丁醇作为相调节剂。有机相中正丁醇浓度约2%。萃取时相体积比有机相/水相1/3。有机相中的Aliquat336浓度为16%。2.2.2实验方法将抽滤好的浸出液转入烧杯中，然后用一定浓度的氢氧化钠调节含钒溶液的 pH的值，最后与配好的有机相混合后转入分液漏斗中摇匀，静置分层进行萃取。有机相以煤油为稀释剂，正丁醇浓度约2%，Aliquat336的浓度为16%，萃取时相体积比有机相/水相1/32.3实验原料及药品2.3.1实验试剂及仪器实验所需试剂见表2.2表2.2萃取实验所需试剂实验试剂化学式品级Aliquat336CH3N+
40、(CH3)3Cl-AR正丁醇CH3CH2CH2CH2OHAR钒浸出液氢氧化钠NaOHAR氯化钠NaClAR硫酸亚铁铵(NH4)2Fe(SO4)2AR钒试剂C14H11NO4AR亚硝酸钠NaNO3AR高锰酸钾KMnO4AR硫酸H2SO4AR硫酸亚铁FeSO4AR尿素CO(NH2)2AR实验所需主要仪器见表2.3表2.3 萃取实验主要仪器仪器型号生产厂家混合槽HH2金坛市杰瑞尔仪器有限公司电子天平AL204梅特勒托利多仪器有限公司电动搅拌器JT1金坛市金城国胜实验仪器厂2.3.3实验示意图萃取相混合槽图2.3是萃取过程中的示意图，将浸出液和萃取剂加入混合槽中，搅拌和充分的混合后，进行萃取。澄清槽2
41、.4实验步骤和分析方法2.4.1萃取实验步骤(1)量取一定体积静置过一段时间后的钒液，置于塑料烧杯中，称取一定质量的氧化钙置于塑料烧杯，将烧杯放于水浴锅中加热。注意烧杯用保鲜膜密封，以防止水分过度蒸发。(2)反应完毕后，用真空抽滤机对反应后的混合物进行抽滤，将抽滤好的浸出液转入烧杯中，然后用一定浓度的氢氧化钠调节含钒溶液的 pH的值，最后与配好的有机相混合后转入分液漏斗中摇匀，静置分层进行萃取。有机相以煤油为稀释剂，正丁醇浓度约2%，Aliquat336的浓度为16%，萃取时相体积比有机相/水相1/3。用硫酸亚铁铵法来分析滤液中钒的含量，用硅钼蓝法来分析滤液硅的含量，计算钒的损失率和滤液中硅的
42、含量。2.4.2分析方法萃取实验主要分析钒的萃取率，分析钒采用硫酸亚铁铵容量法。其具体步骤如下：（1）量取Vml浸取液置于250ml锥形瓶中，加入1+1硫酸25ml，用水稀释至100ml左右，加入3ml硫酸亚铁溶液（10），进行冷却。（2）冷却至室温后，用3高锰酸钾溶液滴成稳定的红色，放置3分钟，加入10%尿素10ml，滴加2亚硝酸钠至红色恰消失，过量12滴，放置3分钟，加入苯代邻氨基苯甲酸3滴，以硫酸亚铁铵标准溶液滴定至亮绿色。计算公式为：N：硫酸亚铁铵标准溶液浓度，NV1：滴定时所消耗的硫酸亚铁铵标准溶液体积，mlV2：浸出滤液总体积，mlV3：分析量取滤液体积，ml3.53M：浸取所用矿
43、中V2O5质量，g90.95：V2O5的克分子量硅的分析方法采用硅钼蓝分光光度法，具体方法如下：（1）标准曲线的绘制：取1ml钒酸钠标液，分取0.00，0.50，1.00，2.00，3.00，4.00，5.00，6.00，7.00，8.00ml二氧化硅标准溶液于100ml容量瓶中，用水补加至15ml，加10ml硫酸（0.25mol/L），4ml硫酸钠(2%)溶液，4ml氯化钠(1%)溶液，混合均匀，静置5分钟。加入5ml钼酸铵(5%)溶液，混合均匀，室温静置20min，然后加20ml硫酸草酸溶液,混合均匀,立即加入10ml硫酸亚铁铵(6%)溶液,稀释至刻度,放置30min，以试剂空白为参比，用
44、分光光度计进行分析，测其吸光度，以二氧化硅量为横坐标，吸光度为纵坐标绘制工作曲线。绘制出来的标准曲线见图3.5，其线性关系达到要求，线性方程为：y=4.1491x+0.0012，R2=1（2）硅测定量取xml待测液于100ml容量瓶中。加10ml硫酸（0.25mol/L），4ml硫酸钠(2%)溶液，4ml氯化钠(1%)溶液，混合均匀，静置5分钟。加入5ml钼酸铵(5%)溶液，混合均匀，室温静置20min，然后加20ml硫酸草酸溶液,混合均匀,立即加入10ml硫酸亚铁铵(6%)溶液,稀释至刻度,放置30min，以试剂空白为参比，用分光光度计进行分析，测其吸光度。通过与标准曲线对照，得出硅含量。注
45、意事项：溶液的酸度对加入钼酸铵后溶液能否显色有着至关重要的作用，通过实验发现，生成硅钼黄的最佳酸度为0.10.25N，酸度过大或过小都会使硅钼黄不显色，从而无法分析硅含量。2.5 萃取实验结果常压条件下影响浸出液中萃取钒的因素有：PH值，滤液体积（硅的物质的量），硅钙物质的量比，温度。表2.4 萃取实验结果PH萃取率141%124.5%1117.8%970%滤液体积（硅的物质的量）CaO硅钙物质的量比沉钒率50ml（0.025mol）0.025mol1:128.3%50ml（0.025mol）0.05mol1:231.2%50ml（0.025mol）0.075mol1:326.2%50ml（0.025mol）0.1mol1:419.1%第3章 实验结果分析3.1 PH对萃取率的影响PH萃取率970%11
