石煤中釩硅資源綜合利用的理論與新技術(shù)研究.pdf

1、石煤是我國(guó)一種重要的含釩資源，目前從石煤中提釩普遍使用酸浸工藝，但該工藝存在設(shè)備腐蝕大、浸出液中雜質(zhì)種類(lèi)多、浸出劑不能循環(huán)使用等缺點(diǎn)。石煤堿浸提釩工藝釩浸出率高、設(shè)備腐蝕小、浸出液中雜質(zhì)種類(lèi)少、對(duì)環(huán)境友好，但該工藝浸出劑價(jià)格昂貴、成本高，因此難以得到廣泛應(yīng)用。為了降低生產(chǎn)成本、增加附產(chǎn)值、提高石煤堿浸工藝的競(jìng)爭(zhēng)力，本文主要研究石煤堿浸提釩工藝過(guò)程中硅資源的提取和浸出劑的循環(huán)使用技術(shù)，旨在實(shí)現(xiàn)石煤中有價(jià)元素釩高效提取的同時(shí)將石煤堿浸液中的

2、硅制備成具有商業(yè)價(jià)值的高比表面積白炭黑產(chǎn)品，并使浸出劑得到循環(huán)使用，最終形成石煤中釩硅資源綜合利用新技術(shù)。在系統(tǒng)工藝研究的基礎(chǔ)上，本文從石煤堿浸液體系的溶液化學(xué)性質(zhì)出發(fā)，研究了實(shí)現(xiàn)石煤中釩硅資源綜合利用的二大關(guān)鍵環(huán)節(jié):即堿性溶液中釩、硅的分離問(wèn)題和堿性溶液中釩的提取問(wèn)題。主要成果如下:
　　(1)堿性溶液中碳分法釩硅分離的理論與技術(shù)
　　碳分法可以實(shí)現(xiàn)石煤提釩堿浸液中釩、硅的良好分離。往石煤提釩堿浸液中充入CO2氣體，一方面

3、充入的CO2氣體將與強(qiáng)堿性介質(zhì)NaOH溶液發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成Na2CO3或NaHCO3，體系pH值降低，生成的Na2CO3或NaHCO3可經(jīng)過(guò)后續(xù)苛化處理制備N(xiāo)aOH，從而為浸出劑的循環(huán)使用奠定基礎(chǔ);另一方面，隨著體系pH值的降低，溶液中硅的過(guò)飽和度增大，當(dāng)體系呈中性或弱堿性時(shí)，溶液中的硅將以沉淀形式析出而此時(shí)釩在溶液中保留，從而實(shí)現(xiàn)了堿浸液中的釩、硅分離。
　　石煤堿浸液碳分過(guò)程熱力學(xué)研究表明，硅從溶液中析出的主要原因是由于溶液中

4、硅過(guò)飽和度升高而產(chǎn)生的自發(fā)析出。碳分過(guò)程動(dòng)力學(xué)研究表明， CO2的吸收受液膜擴(kuò)散控制。
　　(2)高品質(zhì)白炭黑的制備
　　從石煤提釩堿浸液中制備白炭黑的主要影響因素為反應(yīng)溫度和終點(diǎn)pH值，此外，適量表面活性劑的加入和二次碳分工藝均可提高白炭黑產(chǎn)品比表面積。
　　在石煤堿浸液的碳分法脫硅過(guò)程中，溶液中釩的存在不影響硅沉淀的生成。碳分脫硅渣中的釩是以V4O124-物理吸附的形式存在的，稀硫酸對(duì)脫硅渣中釩的脫除效果好。碳分法

5、制備高純度、高比表面積白炭黑的技術(shù)關(guān)鍵在于對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行酸洗處理，酸洗處理不僅可使產(chǎn)品得到凈化還可改變其孔結(jié)構(gòu)、提高比表面積。采用碳分法脫硅-酸洗處理脫硅渣工藝可以從石煤堿浸液中制備出了比表面積大于500m2/g的高品質(zhì)白炭黑產(chǎn)品。
　　(3)堿性溶液中釩的萃取行為與技術(shù)
　　本文比較了堿性溶液中釩酸鈣沉淀法和萃取法兩種釩富集方法。在釩酸鈉與碳酸鈉共存的體系中，Ca(OH)2對(duì)溶液中的釩酸根離子和碳酸根離子均有良好的沉淀效果。熱

6、力學(xué)計(jì)算表明，碳酸鈣沉淀將優(yōu)先生成。實(shí)現(xiàn)碳酸鈣與釩酸鈣分步沉淀的關(guān)鍵在于控制反應(yīng)溫度和Ca(OH)2用量。N263對(duì)于弱堿性環(huán)境下釩的萃取效果好，采用N263為萃取劑，可從石煤碳分母液中高效回收釩。由于釩酸鈣沉淀法提釩工藝流程相對(duì)較復(fù)雜、且對(duì)操作要求高，因此為了最大限度的提高釩提取效率，應(yīng)優(yōu)先考慮萃取法提釩工藝。
　　(4)石煤中釩硅資源綜合利用新技術(shù)
　　根據(jù)試驗(yàn)研究結(jié)果，形成了以控制焙燒、強(qiáng)化堿浸、碳分脫硅、萃取富集釩、

7、釩產(chǎn)品制備、白炭黑產(chǎn)品制備、苛化回收浸出劑為特征的石煤中釩硅資源綜合利用新技術(shù)工藝流程。實(shí)驗(yàn)室小試結(jié)果表明，全流程可獲得高于75％的V2O5總回收率;每生產(chǎn)1t V2O5產(chǎn)品，可副產(chǎn)9t以上比表面積大于500 m2/g的高品質(zhì)白炭黑;全流程75％左右的浸出劑可以得到循環(huán)使用。浸出劑的循環(huán)使用以及堿浸液中硅資源的高效利用大大降低了石煤堿浸提釩工藝的生產(chǎn)成本，增加了工藝副產(chǎn)值，且堿浸提釩工藝環(huán)境污染小，使得堿浸提釩工藝較酸浸提釩工藝更具競(jìng)爭(zhēng)