高濃度鈉化釩液水解沉釩制備五氧化二釩的研究殷兆遷

高濃度鈉化釩液水解沉釩制備五氧化二釩的研究殷兆遷攀鋼集團(tuán)研究院有限公司釩鈦資源綜合利用國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室2014年10月24日提綱一、前言二、試驗(yàn)原理三、試驗(yàn)條件及試驗(yàn)方法四、試驗(yàn)結(jié)果與討論五、結(jié)論前言前言前言前言沉釩試驗(yàn)原理釩的水解沉淀就是往含釩酸鈉的浸出液中加酸(硫酸或鹽酸)，調(diào)節(jié)溶液的pH到一定值，在加熱和不斷攪拌下，即析出紅色釩沉淀。過濾后得到的濾餅一般稱為紅餅。釩的水解沉淀過程受溶液的性質(zhì)、濃度、酸度、溫度、雜質(zhì)等因素的影響。釩在溶液中的存在狀態(tài)也受溶液濃度和酸度等的影響。釩酸根離子VO3-水解依下列方式進(jìn)行：4Na3(VO3)3＋2H2SO4＝6NaH(V2O6)＋3Na2SO4；12NaH(V2O6)＋H2SO4＝6H2O＋Na2SO4＋2Na5(HV12O33)；Na5(HV12O33)＋H+→NaH4(HV12O33)；(NaH4(HV12O33)＋H+→H5(HV12O33)。水解產(chǎn)物是NaH4(HV12O33)和H5(HV12O33)的混合物。

試驗(yàn)原理圖2-1釩在不同pH值和含釩溶液中釩的聚合狀態(tài)（25℃）釩濃度小于10-4mol?L-1，在各種pH條件下它均以單核存在。從堿性和弱堿性釩溶液中結(jié)晶析出的是正釩酸鹽和焦釩酸鹽；溶液接近中性時(shí)，從溶液中結(jié)晶析出的是四聚體或三聚體的偏釩酸鹽；弱酸性和酸性溶液中結(jié)晶析出的是多聚釩酸鹽。試驗(yàn)條件及試驗(yàn)方法實(shí)驗(yàn)室的設(shè)備：焙燒用箱式電爐：SRT-4-13及Φ-CHOY；烘箱：電熱鼓風(fēng)箱101-3型；pH計(jì)：HANNAHI9025C型酸度計(jì)；攪拌器：DJ1C增力磁力攪拌器；真空泵：SHB-Ⅲ循環(huán)水式多用真空泵；水浴鍋：HH-S數(shù)顯恒溫水浴鍋等。TVNa2OSiCrFeCaP58.1591.383.270.0100.0620.012表1-1工業(yè)生產(chǎn)的高濃度鈉化釩液化學(xué)成分試驗(yàn)條件及試驗(yàn)方法試驗(yàn)結(jié)果與討論-實(shí)驗(yàn)室研究編號(hào)Si/g.L-1除硅率/%釩收率/%攀宏浸出液1.38氯化鈣除硅1.2841.5<96%除硅劑A除硅0.0199.5>99%表4-1不同除硅劑除硅效果對(duì)比表

TV/%SiO2/%CaO/%Al氧化物/%氯化鈣除硅殘?jiān)?2540

硫酸鋁除硅殘?jiān)?.941

23.45表4-2不同除硅劑除硅殘?jiān)瘜W(xué)成分對(duì)比表除硅試驗(yàn)研究試驗(yàn)條件：水溫95℃，攪拌60min，pH=10.0，含SiO20.3g.L-1釩液。硫酸鋁的除硅效果明顯好于氯化鈣的除硅效果；從表4-2中除硅殘?jiān)腡V含量的高低，硫酸鋁造成的釩損遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于氯化鈣造成的釩損。除硅條件試驗(yàn)高濃度鈉化釩液除硅研究得到了最佳工藝參數(shù)：除硅劑A與釩液中硅化學(xué)反應(yīng)摩爾比為1、溫度為95℃、pH值10.0、反應(yīng)時(shí)間為60min。水解沉釩工藝研究對(duì)水解沉釩而言，影響紅餅質(zhì)量的條件主要有釩濃度、溫度、pH三個(gè)因素。鈉化釩液中釩濃度越高，釩液中鉻的含量也越高。從圖2-5、2-6可知，隨著釩濃度的增加，釩收率逐漸增加，在釩濃度為58g/L時(shí)，釩收率已經(jīng)可以達(dá)到90%，但產(chǎn)品中雜質(zhì)鉻的含量已經(jīng)達(dá)到0.28%，因此最佳釩濃度為50g/L。釩鋁合金用五氧化二釩實(shí)驗(yàn)室研究酸度過高，沉淀出的紅餅會(huì)溶解，不僅降低釩收率，而且在水解的過程中會(huì)形成五氧化二釩膠體，導(dǎo)致溶液的粘度增加，從而使得固液分離非常困難。試驗(yàn)條件為：釩濃度為58g/L，溫度為90℃，轉(zhuǎn)速為300r/min。從圖2-7、2-8可知，隨著pH值的增加，釩收率逐漸增加，當(dāng)pH值為2.5時(shí)，釩收率已經(jīng)達(dá)到99.1%，此時(shí)產(chǎn)品中鉻含量為0.06%，因此最佳pH為2.5。溫度不僅對(duì)釩水解沉淀的速度有影響，而且對(duì)紅餅中鉻的含量也有很大影響。溫度每增加10℃，釩的水解沉淀速度可提高數(shù)倍。圖2-9和2-10可知，隨著溫度的增加，釩收率逐漸增加，在溫度為97℃時(shí)，釩收率達(dá)到了99.2%,但是產(chǎn)品中鉻含量較高，達(dá)到了0.09%。綜合釩收率與鉻雜質(zhì)以上因素，較佳的溫度選擇為90℃。試驗(yàn)條件為：釩濃度為58g/L,pH值為2.5，轉(zhuǎn)速為300r/min。紅餅除鈉技術(shù)將得到的紅餅加入到除鈉劑中，得到無鈉純度較高的五氧化二釩，具體成分見表2-3。從表2-3

可知，經(jīng)除鈉后的五氧化二釩純度達(dá)到了99.5%，Na、Fe、Al、Si、K、Mn均為0.01%，Cr的含量為0.06%，五氧化二釩的質(zhì)量達(dá)到了化工應(yīng)用的要求。結(jié)論1、通過高濃度鈉化釩液水解制備五氧化二釩的工藝是可行的，制備出的五氧化二釩的純度達(dá)到了99.5%，達(dá)到了化工應(yīng)用的要求。2、通過高濃度鈉化釩液除硅研究得到了最佳工藝參數(shù)：除硅劑