钒铬渣中变价元素价态分布规律及钒、铬在渣金间分配行为的研究

发布时间：2020-07-30 17:49

【摘要】：红格钒钛磁铁矿是一种伴生有钒、铬、铁、钛等资源的多金属矿。由于现有技术尚不足以同时充分提取多种有价金属,红格南矿区的高铬型钒钛磁铁矿一直处于限制开发的状态。依托现有两步法提钒流程,可将铬元素氧化进入钒渣,再在后续的湿法提钒过程中进行钒、铬分离,达到同时回收钒、铬的目的。鉴于目前少有针对含钒、铬铁水氧化过程以及高铬型钒渣(钒铬渣)物理化学性质的研究,钒、铬元素同时提取回收的基础理论研究亟待加强。本文以FeOx-Si O2-MnO-Ti O2-VOx-CrOx-MgO渣系为研究对象,通过建立渣中变价元素的价态计算热力学模型,并结合X射线光电子能谱(XPS)研究V、Cr、Fe的主要价态及其影响因素。理论计算表明钒铬渣中钒的主要价态为+3、+4价,铬的主要价态为+3价,铁的主要价态为+2价;XPS结果表明,钒的主要价态为+3、+5价,铬的主要价态为+3价,铁的主要价态为+2、+3价。氧势是对V、Cr、Fe价态影响最明显的因素,随着氧势的增加V、Cr、Fe的价态均增加;而渣中V2O3、Cr2O3含量的变化不会对V、Cr、Fe的价态产生明显的影响。工业提钒条件下的2log()OP经计算约在-13~-10 atm之间,此时钒以+3价为主,其次是+5价;铬以+2价为主;铁以+2价为主,其次是+3价。本文建立了基于共存理论的铬、钒在渣金间平衡分配的热力学模型。同时,为了避免铁水中碳元素对实验结果的影响,采用固体纯铁和钒铬渣平衡的间接实验方法进行了平衡实验。理论和实验结果均表明:w(FeO)增加有利于LCr、LV增加;w(Si O2)增加会导致LCr、LV降低;w(Cr2O3)、w(V2O3)增加会分别导致LCr增加和LV增加;温度低于1653 K的时候Cr、V的分配比保持在较高水平。log(LCr)、log(LV)的值均在2~3.2之间。因此,提高渣中FeO含量,控制渣中的w(Cr2O3)在5~6%且w(V2O3)在9%~11%之间,降低的Si O2含量;同时,氧化过程中的反应温度不高于1653 K,将有利于增大提钒铬过程Cr、V的分配比。
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TF841.3;TF791
【图文】：

n≤9)表示的同族氧化物。在 V2O4和 V2O5之间，9、V5O9、V6O11和 V6O13等多种中间态氧化物。工5，其中 V2O5尤为重要。钒具有优良的力学性质和的应用于冶金领域。钒作为合金元素可以细化合度，从而提高钢的硬度、强度、韧性等性能。同化剂、染色剂、超级电容器的电极材料。周期表上钒的相临元素，与钒的性质相似。铬可能态。不同价态铬盐的水溶液可呈现不同的颜色，呈黄色。单质铬具有极高的熔点，质地坚硬，作为时提高钢的耐热性和强度，用于制造飞机引擎及常镀铬在金属表面上用以防锈。[1, 2]铬化合物具有毒的六价铬离子。若铬渣露天堆放，受雨雪淋浸水或进入河流、湖泊中，污染水环境，以多种形存场必须采取铺地防渗和加设棚罩。

图 2.2 目前的钒钛磁铁矿提钒的工艺; B: 铁水; C: 高炉渣; D: 钛精矿; E: 钒渣; F:半钢; G:钢水2 Current technique route of recovery of vanadium in V-Ti matrate; B: Hot metal; C: BF slag; D: Titanium concentrate; E: VSemi-steel; G:Molten steel; a: Beneficiation矿中各种有价资源的回收程度不高。攀钢炼铁产2含量达 20%~29%，目前仍以每年 300 万吨的速度。但由于高炉渣成分结构极其复杂，目前的酸处化-低温选择性氯化技术、高温碳化-选择性分离碳二次污染物、杂质去除难、成本高、效益低下、模推广。[7]由于上述问题未得到解决,只能将含钛积又带来了占用场地和环境污染的问题。将其用，则会浪费其中宝贵的钛资源。目前，在整个攀钢40%左右，铬基本未回收。

图 2.3 CaO-SiO2-VOx体系不同价态钒的检测思路Fig. 2.3 Chemical analysis of V with differert valence states in CaO-SiO2-VOxsystem渣样在铂坩埚中用氢氟酸-乙酸混合溶液溶解去除 CaO、SiO2杂质。此时价态的钒化合物依然以固体形式存在。用热盐酸溶液保持 V原有价态不变变为 V2+、 V3+、V4+、V5+的离子态存在。从中取样，使用甲酰基苯胲溶V5+，形成深紫色络合物，使用分光光度法测定其含量。溶液中的 V3+使用法测定。取该溶液加入 FeCl2，将 V4+、V5+全部还原为 V3+，此时 V3+的无法使用示波极谱分析法分析，使用重铬酸钾电位滴定获得溶液中 V3+的 V4+的浓度可由总钒含量-三价钒含量-五价钒含量得到。对于二价钒，在加入过量的高锰酸钾，将所有的钒氧化到+5 价，过量的高锰酸钾使用脲钠溶液还原去除。五价钒的含量使用硫酸亚铁铵进行氧化还原滴定，指代邻氨基苯甲酸，得总钒含量，则二价钒含量减去 V3+、V4+、V5+便可以文献[15]提出：在使用盐酸溶液转浸 V 离子的过程中由于离子转化浸出过，会影响分析结果的准确性。

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本文编号：2775878