转炉钒渣湿法浸出过程强化研究

发布时间：2020-11-03 22:25

　　 钒是具有战略意义的一种稀有金属元素,有“工业味精”之称。由于钒具有众多优异的物理性能和化学性能,在钢铁工业、航空航天、军事,化工及电池等领域起着不可代替的作用。我国钒资源以钒钛磁铁矿为主。目前,采用高炉氧化吹炼转炉法获得的钒渣作为冶炼和制取钒合金和金属钒的主要原料,广泛用于提钒工业。钠化焙烧-水浸工艺是作为一种较成熟的并具有很多优点的提钒工艺,在很长一段时间为曾是国内外主要的提钒工艺。在钒渣焙烧的过程中,加入适量的钠盐(Na Cl、Na2CO3等)作为添加剂,在回转窑中进行高温氧化焙烧,使钒渣中低价态的钒转换成为水溶性的高价钒(V)酸盐,然后采用水浸工艺进行浸出。然而,钠化焙烧过程往往会氧化不彻底,导致钒渣中仍存在部分低价钒无法浸出而进入尾渣,降低了钒资源综合利用率。焙烧过程又涉及焙烧物区域温度不均,形成温度梯度,矿物表面高温区在长时间的高温下容易长大和烧结,这样局部焙烧温度过高会导致玻璃相的生成,而含钒物相被玻璃相包裹,导致钒浸出率降低。针对以上问题,本文以钠化转炉钒渣为原料,在湿法浸出过程中对低价钒进行催化氧化,达到低成本、无污染、高效提钒的目的。具体催化氧化方法有以下两种:①空气强化转炉钒渣湿法浸出实验。实验采用蒽醌磺酸钠(ADA)和栲胶作载氧体实现氧的传递,强化低价钒的氧化行为。通过X射线衍射、扫描电镜、紫外光谱以及紫外可见漫反射光谱等检测方法,分析了转炉钒渣浸出反应前后物相变化行为,探索了反应过程机理,证实了其可行性。结果表明,采用ADA和栲胶作载氧体,能将转炉钒渣中的低价钒氧化成可溶的高价钒,实现空气催化氧化高效浸钒。此时,钒浸出率由89.47%分别提高到92.84%和93.64%,且催化剂对体系后续工艺没有不良影响,转炉钒渣中的尾渣含钒量由1.1%分别降至0.52%和0.47%。②电场强化转炉钒渣湿法浸出实验。实验采用外加电场的方法对钠化钒渣的湿法浸出过程进行了强化。研究了电流密度、反应温度、反应时间、固液比等因素对钒浸出率的影响,并对该过程的电能利用率进行计算,综合分析得出最优工艺条件。实验结果表明:当电流密度为1000 A/m2、液固比为4:1 ml/g、温度为80℃、时间为40min时,钒浸出率可达93.67%,与同等条件不加电场时相比提高4%;钒渣中钒含量由7.15%降到0.98%。实验通过X射线衍射、扫描电镜、紫外光谱以及紫外可见漫反射光谱等检测方法,分析了电场强化浸出反应前后物相变化行为,探索了电场强化过程机理。
【学位单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2015
【中图分类】：TF841.3
【文章目录】：
中文摘要
英文摘要
1 绪论
    1.1 钒
        1.1.1 钒的简史
        1.1.2 钒资源的概括
        1.1.3 钒的性质
        1.1.4 钒及其化合物的应用
    1.2 钒工业
        1.2.1 各种钒资源提钒概括
        1.2.2 钒钛磁铁矿提钒流程
        1.2.3 钒渣的生成
    1.3 钒渣提钒工艺现状
        1.3.1 钙化焙烧—酸浸工艺
        1.3.2 钠化焙烧—水浸工艺
        1.3.3 含钒液沉钒
    1.4 本课题研究目的及意义
    1.5 本课题研究内容
2 实验部分
    2.1 实验原料
        2.1.1 钒渣
        2.1.2 化学试剂
    2.2 实验仪器
    2.3 实验方法
        2.3.1 水浸实验步骤
        2.3.2 钒的测定及计算
    2.4 表征手段
        2.4.1 X射线衍射物相结构分析（XRD）
        2.4.2 X射线荧光光谱法（XRF）
        2.4.3 扫描电子显微镜物相分析（SEM）
        2.4.4 紫外可见分光光度计（UV-vis）
        2.4.5 紫外可见漫反射光谱仪（UV-vis DRS）
3 钒浸出行为研究
    3.1 钒渣中钒的形态分布
    3.2 溶液中钒的形态分布
        3.2.1 钒的同多酸化学
        3.2.2 钒的杂多酸化学
    3.3 钒渣浸出动力学
4 空气强化转炉钒渣湿法浸出行为
    4.1 引言
    4.2 实验部分
    4.3 结果与讨论
        4.3.1 不同添加剂对钒浸取率的影响研究
        4.3.2 栲胶用量对钒浸取率的影响
        4.3.3 ADA用量对钒浸取率的影响
    4.4 实验原理
        4.4.1 ADA催化氧化原理
        4.4.2 栲胶催化氧化原理
    4.5 本章小结
5 电场强化转炉钒渣湿法浸出行为
    5.1 引言
    5.2 实验部分
    5.3 实验结果与讨论
        5.3.1 电流密度对钒浸出率的影响
        5.3.2 反应温度对钒浸出率的影响
        5.3.3 反应时间对钒浸出率的影响
        5.3.4 固液比对钒浸出率的影响
        5.3.5 浸出液及残渣的性质分析
    5.4 实验原理
    5.5 本章小结
6 结论与展望
    6.1 结论
    6.2 展望
致谢
参考文献
附录 A. 作者在攻读硕士学位期间所取得的科研成果：

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本文编号：2869190