【摘要】：釩頁巖屬于低品位含釩資源,頁巖中釩大部分以V(III)形式穩(wěn)定賦存于白云母等硅酸鹽礦物晶格中,提取難度極大。反應(yīng)效率低和分離困難一直是制約頁巖提釩發(fā)展的技術(shù)瓶頸。本研究采用硫酸焙燒強化含釩白云母的解離反應(yīng),針對浸出液高鋁多雜質(zhì)的特點,聯(lián)合結(jié)晶和協(xié)同萃取兩種方法優(yōu)化浸出液中釩的分離過程,提出了頁巖硫酸焙燒-協(xié)同萃取的提釩工藝,實現(xiàn)了頁巖釩的高效提取,同時對硫酸焙燒和協(xié)同萃取的機理進行深入分析,主要研究內(nèi)容和結(jié)論如下:(1)硫酸焙燒條件確定及硫酸焙燒反應(yīng)機理通過單因素試驗確定了合適的硫酸焙燒工藝為:硫酸用量50 wt.%、水添加量30 wt.%、焙燒溫度200°C、焙燒時間90 min,硫酸焙燒樣加熱浸出后釩浸出率達(dá)到90.1%。采用SEM-EDS和XRD研究了釩頁巖在硫酸焙燒過程中的微觀形貌與物相變化,結(jié)果表明,硫酸焙燒樣呈蜂窩狀結(jié)構(gòu),白云母晶體結(jié)構(gòu)被破壞,釩擺脫晶格束縛轉(zhuǎn)化為游離態(tài),白云母中K、Al轉(zhuǎn)化為KAl(SO4)2、Al2(SO4)3。結(jié)合FT-IR分析硫酸焙燒反應(yīng)歷程包括:硫酸擴散、濃酸介質(zhì)形成、白云母脫羥基、金屬離子硫酸化與釩物相轉(zhuǎn)化�；谖捶磻�(yīng)核收縮模型,以頁巖中釩化學(xué)物相轉(zhuǎn)化率為評判指標(biāo)分析硫酸焙燒反應(yīng)動力學(xué),在120°C-140°C時,硫酸焙燒反應(yīng)為化學(xué)反應(yīng)控制,焙燒溫度升高至160°C-220°C時,控制步驟轉(zhuǎn)變?yōu)閮?nèi)擴散控制。(2)不同浸出方式下釩頁巖硫酸焙燒樣的浸出規(guī)律以水為浸出劑,分別采用常溫浸出和加熱浸出兩種方式,考查了浸出時間、液固比等主要因素對V、Al、K、Fe浸出率的影響。結(jié)果表明,常溫浸出速率較慢,在浸出初期,低液固比能有利于V、Al、K的浸出,浸出后期,高液固比有利于V、Al、K浸出,Fe的浸出率隨著液固比的增加而增加;加熱浸出速率極快,可溶性硫酸鹽及游離態(tài)V在酸性溶液體系中迅速被浸出,使礦物顆粒裂解并形成擴散通道,促進浸出劑與顆粒內(nèi)部未反應(yīng)硅酸鹽在高溫溶液中發(fā)生二次反應(yīng),V浸出率提升至90.1%,但大量雜質(zhì)Al、K、Fe同時被浸出。沉釩產(chǎn)生的氨氮廢水作為浸出劑,焙燒樣中V也能被有效浸出。(3)浸出液結(jié)晶-協(xié)同萃取聯(lián)合分離富集釩及協(xié)同萃取機理冷卻結(jié)晶法可促使Al遷移進入固相KAl(SO_4)_2·12H_2O或NH_4Al(SO_4)_2·12H_2O中而被選擇性分離。除鋁前后釩的萃取過程對比分析表明,結(jié)晶除鋁使萃取級數(shù)減少并抑制了Al的共萃,強化了V(IV)的萃取過程,同時提出了共萃系數(shù)k用于定量分析雜質(zhì)鋁共萃對釩萃取過程的影響。在分析D2EHPA和PC88A萃取性能的基礎(chǔ)上,對D2EHPA-PC88A復(fù)合萃取體系的萃取性能研究表明,復(fù)合體系對萃取V(IV)具有協(xié)同效應(yīng),屬于協(xié)同萃取體系,強化了V(IV)的萃取分離富集過程。采用FT-IR分析萃取前后萃取劑官能團變化規(guī)律,確定了協(xié)同萃取為陽離子交換和配位反應(yīng)共同作用。從萃取劑分子結(jié)構(gòu)角度揭示了協(xié)同萃取強釩分離富集的機理,一方面,D2EHPA和PC88A間能形成比同種萃取劑之間更為穩(wěn)定的氫鍵,促進D2EHPA中H~+的解離和與VO~(2+)的交換反應(yīng);另一方面,由于PC88A中P=O具有較強的配位能力,PC88A取代萃合物中的配位分子D2EHPA或直接參與配位能生成更為穩(wěn)定的配合物,進而強化釩的萃取過程。根據(jù)釩頁巖硫酸焙燒浸出液中高鋁多雜質(zhì)的特點,提出了結(jié)晶-協(xié)同萃取聯(lián)合分離富集釩的方法。通過結(jié)晶除鋁控制Al的共萃并利用復(fù)合體系的協(xié)同效應(yīng)雙重強化釩的凈化富集過程,實現(xiàn)了浸出液中釩的分離富集。在上述研究的基礎(chǔ)上提出了頁巖硫酸焙燒-協(xié)同萃取的提釩工藝,云母型頁巖經(jīng)硫酸焙燒、加熱浸出、冷卻結(jié)晶、協(xié)同萃取、銨鹽沉釩后,總回收率達(dá)到83.8%,產(chǎn)品V_2O_5純度達(dá)到99.12%,實現(xiàn)了頁巖釩的高效提取。
【學(xué)位授予單位】：武漢科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TF841.3

【相似文獻】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 張平偉,朱屯;鈷鎳協(xié)同萃取體系[J];化工冶金;1997年03期

2 吳斌;王開毅;張祥麟;;用兩相滴定法研究PMBP與P_(350)對Co(Ⅱ)、Ni(Ⅱ)的協(xié)同萃取機理[J];中南礦冶學(xué)院學(xué)報;1987年04期

3 羅明潤;程立;宋樂新;張定榮;;PMBP與1,10—菲繞啉對烯土離子的協(xié)同萃取[J];安徽師大學(xué)報(自然科學(xué)版);1987年04期

4 陳與德,徐成偉,錢君賢,李新泰;2-噻吩酰基三氟丙酮與1,10-鄰偶氮菲對UO_2~(2+)、Th~(4+)、Ce~(3+)的協(xié)同萃取[J];鈾礦冶;1988年04期

5 王星堂,孫都成;石油亞砜與P507協(xié)同萃取稀土元素的性能與機理研究[J];稀土;1988年03期

6 錢博,張進勝,趙忠順,魏省瑜,高玲香;1-苯基-3-甲基-4-三氟乙�；吝蛲�-5和1、10菲繞啉對鑭系元素的協(xié)同萃取[J];稀土;1988年05期

7 柳云騏 ,羅明潤 ,曹子卿 ,張鳳美;硫氰酸根離子對協(xié)萃機理的影響(HPMBP 和 TOA 協(xié)同萃取鐠(Ⅲ)和釹(Ⅲ))[J];安徽師大學(xué)報(自然科學(xué)版);1988年03期

8 馬根祥,李德謙;伯胺N_(1923)與中性磷萃取劑對Zn(Ⅱ)的協(xié)同萃取[J];無機化學(xué)學(xué)報;1989年04期

9 高宏成,黃學(xué)寧,彭啟秀;協(xié)同萃取動力學(xué)研究[J];北京大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);1989年02期

10 沈鳳韻,賽吉拉乎,范利民;〈銪(Ⅲ)/HNO_3/HTTA N_(7402)}〉及〈釓(Ⅲ)/HNO_3/HTTA N_(7402)}〉協(xié)同萃取的體系[J];北京科技大學(xué)學(xué)報;1989年02期

相關(guān)會議論文 前5條

1 吳慧珍;錢鳴蓉;汪建妹;楊桂玲;章虎;李祖光;;超聲微波協(xié)同萃取結(jié)合固-液-固分散萃取法測定鐵皮石斛中的擬除蟲菊酯類殺蟲劑[A];中國化學(xué)會第二屆全國質(zhì)譜分析學(xué)術(shù)報告會會議摘要集[C];2015年

2 衛(wèi)靜莉;翟懷健;肖俊;;超聲波—生物酶協(xié)同萃取柿葉黃酮類化合物工藝研究[A];2012年中國藥學(xué)大會暨第十二屆中國藥師周論文集[C];2012年

3 ;CW-2000超聲-微波協(xié)同萃取/反應(yīng)儀 榮獲BCEIA 2007金獎[A];國產(chǎn)科學(xué)儀器應(yīng)用、創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)化學(xué)術(shù)研討會論文集（二）[C];2007年

4 賈瓊;吳杰;孔祥飛;;磷酸三丁酯與新型胺類萃取劑萃取Zn(Ⅱ)、Cd(Ⅱ)[A];中國化學(xué)會第二十五屆學(xué)術(shù)年會論文摘要集（下冊）[C];2006年

5 趙君梅;劉會洲;;季銨(磷)型離子液體和中性膦萃取劑對硝酸稀土的協(xié)同萃取研究[A];中國化學(xué)會第30屆學(xué)術(shù)年會摘要集-第十一分會：應(yīng)用化學(xué)[C];2016年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前3條

1 師啟華;釩頁巖硫酸焙燒—協(xié)同萃取提釩工藝及機理研究[D];武漢科技大學(xué);2018年

2 孫啟;有機酸/羥肟協(xié)同萃取復(fù)雜體系中銅鎳鈷鋅鎘及機理研究[D];北京有色金屬研究總院;2017年

3 張豐云;P507+P204-LA+H_3cit-HCl絡(luò)合體系協(xié)同萃取分離輕稀土元素的研究[D];東北大學(xué);2015年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 吳杰;過渡金屬元素的協(xié)同萃取及苯酚的固相微萃取[D];吉林大學(xué);2007年

2 王樹輝;微波—超聲協(xié)同萃取技術(shù)在有機物分析檢測中的應(yīng)用研究[D];西南大學(xué);2015年

3 辛?xí)猿?超聲—微波協(xié)同萃取檳榔籽油及其性質(zhì)研究[D];海南大學(xué);2012年

4 楊嵐欽;鄰苯二甲酸酯和多氯聯(lián)苯類化合物的超聲微波協(xié)同萃取色譜分析[D];江蘇大學(xué);2010年

5 范樹娟;稀土元素與稀有金屬鎵銦的溶劑萃取研究[D];吉林大學(xué);2012年

6 況王強;季膦型離子液體[P66614][Cl]與中性有機膦萃取劑DEHEHP對稀土的協(xié)同萃取研究[D];遼寧大學(xué);2017年

7 孫盈;含鉬廢水中鉬的溶劑萃取分離研究[D];吉林大學(xué);2009年

8 鄧海霞;赤泥鹽酸浸出液中鈧的萃取試驗研究[D];太原理工大學(xué);2011年

9 邱胤軒;Versatic10/Mextra1984H萃取分離廢水中的銅鎳鈷鋅鎘的研究[D];北京有色金屬研究總院;2014年

10 李亮;TOPO與高位阻β-二酮對氨性溶液中鋅的萃取研究[D];中南大學(xué);2011年

，

本文編號：2646821