發(fā)布時間：2020-06-15 06:55

【摘要】：針對釩渣現(xiàn)有鈉化焙燒提釩主流工藝釩資源提取率低、鉻不能提取、廢水廢氣及含鉻廢渣污染嚴(yán)重等問題,中國科學(xué)院過程工程研究所開發(fā)了釩渣亞熔鹽法釩鉻共提清潔生產(chǎn)工藝,可在低溫以及近常壓條件下實現(xiàn)釩渣中釩鉻的高效同步提取,為解決我國36億噸高鉻型釩鈦磁鐵礦的利用提供了有效解決方案。釩渣經(jīng)亞熔鹽反應(yīng)后獲得的高堿性溶液中釩鉻的有效分離是工藝的核心關(guān)鍵環(huán)節(jié),但目前的釩鉻分離方法多適用于酸性及中性條件,亟需開發(fā)堿介質(zhì)中釩鉻高效清潔分離方法。本文以NaOH體系中釩鉻的高效分離為目標(biāo),在對體系溶解度系統(tǒng)研究的基礎(chǔ)上提出低堿區(qū)冷卻結(jié)晶釩酸鈉,高堿區(qū)蒸發(fā)結(jié)晶鉻酸鈉的釩鉻分離新方法,并對結(jié)晶分離過程的熱力學(xué)基礎(chǔ)、動力學(xué)調(diào)控規(guī)律、工藝參數(shù)的確定以及產(chǎn)物深度提純等進(jìn)行了系統(tǒng)研究,為釩渣亞熔鹽法釩鉻共提清潔生產(chǎn)工藝提供了堅實的理論支撐和應(yīng)用指導(dǎo)。論文取得如下創(chuàng)新性成果:1.建立了 NaOH堿介質(zhì)中釩鉻高效結(jié)晶分離的新方法。通過測定40℃和80℃條件下四元水鹽體系NaOH-Na3VO4-Na2CrO4-H2O溶解度相圖,基于釩鉻溶解度隨溫度及堿濃度變化規(guī)律的差異,結(jié)合堿介質(zhì)中雜質(zhì)組元CO32-和SiO2對釩鉻溶解度的影響,提出鈣化除雜后低堿區(qū)冷卻結(jié)晶分離釩酸鈉,繼而高堿區(qū)蒸發(fā)結(jié)晶分離鉻酸鈉的釩鉻分離新方法。2.獲得了完整的釩酸鈉結(jié)晶過程介穩(wěn)區(qū)及其成核生長規(guī)律。通過考察溫度、堿濃度、轉(zhuǎn)速以及降溫速率等參數(shù)對介穩(wěn)區(qū)寬度的影響,獲得相應(yīng)條件下介穩(wěn)區(qū)寬度及調(diào)控規(guī)律,為堿介質(zhì)中釩鉻相分離方法設(shè)計提供了重要依據(jù);通過測定釩酸鈉在NaOH溶液中的結(jié)晶誘導(dǎo)期,確定釩酸鈉結(jié)晶為單核成核機(jī)理,其生長模式隨堿濃度升高由連續(xù)生長向生長傳遞型生長轉(zhuǎn)變;以經(jīng)典粒數(shù)衡算方程為基礎(chǔ),使用間歇動態(tài)法對釩酸鈉冷卻結(jié)晶過程的動力學(xué)行為進(jìn)行考察,通過矩量變換法處理并計算釩酸鈉結(jié)晶動力學(xué)方程,確定了其固液兩相間結(jié)晶過程傳遞行為特性。3.實現(xiàn)了 NaOH體系中釩酸鈉和鉻酸鈉的高效結(jié)晶分離。通過考察各工藝參數(shù)對釩酸鈉結(jié)晶的影響,得到釩酸鈉結(jié)晶工藝條件為:NaOH濃度300 g·L-1左右,攪拌轉(zhuǎn)速160rpm,從80℃冷卻至40℃結(jié)晶,降溫速率1℃·min-1左右,保溫時間105 min,此條件下釩酸鈉結(jié)晶率大于54%,晶體純度大于93%,所得產(chǎn)物為Na3VO4·3H2O,平均粒度388.21 μm。通過蒸發(fā)結(jié)晶至NaOH濃度600～700 g·L-1可實現(xiàn)鉻酸鈉的分離,鉻酸鈉結(jié)晶率可超過52%,晶體純度大于95%,所獲得晶體為Na2CrO4。4.在高堿度條件下實現(xiàn)了釩鉻的高效萃取分離,獲得高純釩酸鈉產(chǎn)品。針對含有少量Na2CrO4雜質(zhì)的釩酸鈉,使用萃取劑Aliquat 336以及改性劑TBP實現(xiàn)了鉻的萃取分離,考察六價鉻液液萃取動力學(xué)、熱力學(xué)及相關(guān)機(jī)理,實現(xiàn)了對初始液相pH為13.63的微量鉻雜質(zhì)超過75%的單級萃取率以及釩的零萃取,分離效果顯著,使用NaOH或HNO3可實現(xiàn)高達(dá)100%的反萃效率。
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院過程工程研究所)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TF841.3;TF791
【圖文】：

鈉化焙燒提釩工藝興起于上世紀(jì)７０年代，是南非海維爾德公司、南非瓦梅特科逡逑公司、河鋼承鋼集團(tuán)公司和攀枝花鋼鐵集團(tuán)公司等國內(nèi)外大多數(shù)大型釩生產(chǎn)廠家采用逡逑的主流提釩工藝，流程如

１逡逑ＶｊＯｓ逡逑圖１．２鈣化焙燒提鑰ａ：藝流程圖逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋１．２邋Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ邋ｄｉａｇｒａｍ邋ｏｆ邋ｃａｌｃｉｕｍ邋ｒｏａｓｔｉｎｇ邋ｍｅｔｈｏｄ邋ｆｏｒ邋ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ邋ｖａｎａｄｉｕｍ邋ｓｌａｇ逡逑然而，鈣化焙燒技術(shù)同樣受制于焙燒過程中氣同反應(yīng)傳質(zhì)障礙，釩轉(zhuǎn)化率仍不足逡逑＇邐９０邋％，鉻不能被提取。同時，釩渣中的磷在氧化焙燒過程中轉(zhuǎn)化為Ｃａ３（Ｐ０４）２，在硫逡逑７逡逑

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本文編號：2714058