釩為國家戰(zhàn)略性金屬資源,因其優(yōu)異的力學(xué)、化學(xué)、電化學(xué)、催化等特性被廣泛應(yīng)用于鋼鐵、化工、國防、電子、顏料等行業(yè)。當(dāng)前國內(nèi)外主流提釩技術(shù)是以鈉化焙燒形式從釩渣中提取釩,盡管技術(shù)成熟、應(yīng)用廣泛,鈉化焙燒存在資源綜合利用率低、能耗高、環(huán)境友好度差等弊端。亞熔鹽法釩渣處理技術(shù)可很好地破解上述問題,實(shí)現(xiàn)了釩渣中釩鉻組分的高效同步回收,并通過介質(zhì)內(nèi)循環(huán)和綜合處理技術(shù)實(shí)現(xiàn)了“三廢”接近零排放。然而由于在這些技術(shù)中是以較高溫度和高濃度的堿性溶液為反應(yīng)介質(zhì),介質(zhì)腐蝕性強(qiáng),設(shè)備一次性投資和后續(xù)防腐投資較大,限制了技術(shù)的進(jìn)一步推廣應(yīng)用。為解決上述問題,本文提出了 NaOH溶液中釩渣電化學(xué)氧化分解同步提取釩鉻的新方法,并對釩渣電化學(xué)氧化過程的熱力學(xué)可行性、微觀及宏觀機(jī)理、電解工藝參數(shù)確定、整體工藝流程模擬、清潔生產(chǎn)指數(shù)評價(jià)等進(jìn)行了系統(tǒng)研究,主要研究進(jìn)展如下:(1)本文提出了較低溫度和較低濃度的NaOH亞熔鹽介質(zhì)中電化學(xué)與活性氧耦合氧化釩渣同步提取釩鉻的新方法,熱力學(xué)計(jì)算表明釩渣中FeO、V2O3、Cr2O3等低價(jià)態(tài)金屬氧化物可經(jīng)直接電化學(xué)氧化、介質(zhì)溶氧氧化和活性氧氧化等形式轉(zhuǎn)化為釩酸根、鉻酸根、氧化鐵或鐵酸根離子;(2)NaOH溶液中釩渣電化學(xué)氧化微觀及宏觀過程進(jìn)行研究表明在低電勢條件下,釩渣中低價(jià)態(tài)金屬氧化物可直接在陽極表面失去電子被氧化,隨電勢升高,氫氧根會經(jīng)“2e-”轉(zhuǎn)化為可穩(wěn)定存在的活性氧組分或微米級氧氣氣泡,并對低價(jià)態(tài)金屬氧化物產(chǎn)生有效氧化,其中對釩而言,直接電化學(xué)氧化和間接電化學(xué)氧化比例約為1:3,對鉻而言,比例約為3:7;(3)綜合采用正交試驗(yàn)和單因素試驗(yàn)方法考察了釩渣中釩鉻電化學(xué)氧化溶出的主要影響因素,并確定了最佳電解條件,在120℃,40wt.%NaOH溶液中,液固比設(shè)定為10:1,攪拌速率設(shè)定為750rpm,陽極電流密度設(shè)定為750A/m2,礦物粒度200目,反應(yīng)6h后釩鉻溶出率分別可達(dá)93.71%和87.52%;在此基礎(chǔ)上提出了微孔布?xì)庋趸偷碗妶鲭娊庀嘟Y(jié)合的方法來解決純電解方法中存在的槽電壓高、電耗高等問題,通過組合式氧化,釩鉻氧化溶出率分別達(dá)92.44%和85.92%,反應(yīng)時(shí)間由6h縮短為4 h;(4)追蹤了反應(yīng)過程中反應(yīng)渣中物相結(jié)構(gòu)及形貌變化,發(fā)現(xiàn)釩渣的電化學(xué)氧化過程受其結(jié)構(gòu)影響,反應(yīng)前期硅質(zhì)包裹層與NaOH作用被分解,此時(shí)少量釩鉻尖晶石被氧化,溶出過程受界面化學(xué)反應(yīng)控制,隨反應(yīng)進(jìn)行,大量氧化鐵附著于顆粒外部,形成多孔固體產(chǎn)物層,加大了反應(yīng)組分的擴(kuò)散阻力,使釩溶出過程逐漸轉(zhuǎn)化為界面化學(xué)反應(yīng)和固體產(chǎn)物層內(nèi)擴(kuò)散共同控制;(5)提出了 NaOH溶液中釩渣電解工藝原則流程圖,并采用METSim和HSC對工藝物料和能耗情況進(jìn)行衡算。計(jì)算結(jié)果表明新工藝與現(xiàn)有亞熔鹽法釩渣處理技術(shù)相比,在實(shí)現(xiàn)類似或更佳的反應(yīng)效果的前提下,實(shí)現(xiàn)了原輔材料和能耗需求的極大降低,工藝清潔生產(chǎn)指數(shù)達(dá)96.49,屬于清潔生產(chǎn)先進(jìn)水平,顯示出更佳的應(yīng)用前景。
【學(xué)位單位】：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)位年份】：2017
【中圖分類】：TF841.3;TF791
【部分圖文】：

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∏炕彡模危幔希妊僑堊謂櫓侍逑抵蟹霸懵紙餿攘ρВ]3?由圖２．４及２．５可看出，低溫條件下，Ｓｉ0２傾向于與堿反應(yīng)形成硅酸根并釋放出逡逑熱量？，隨反應(yīng)溫度提升，硅酸根與溶液中鈉離子結(jié)合能力加強(qiáng)，以硅酸鹽形態(tài)析出，逡逑宏觀表現(xiàn)為Ｓｉ0２與ＮａＯＨ介質(zhì)反應(yīng)直接形成硅酸鹽。且對比反應(yīng)２．２４－２．２８方程式可逡逑看出，堿濃度提升對反應(yīng)２．２７更為有利，由此推斷，在高溫高濃度堿溶液中，ＳｉＯｚ更逡逑傾向于形成Ｎａ４Ｓｉ0４。上述論斷同樣可被ＳｉＯｚ－ＮａＯＨ體系Ｅ－ｐＨ圖（圖２．６）證實(shí)。逡逑ｈ邐邐邋２．０．邐邐邐邐逡逑ＩＪ－逡逑１＂邋邐１．０－逡逑＞邋邐逡逑ｕｉ邐邐邐邋＞邋０．５邋－邋ＳｉＯ．邐？邋Ｎｉ．Ｏ邋３ＳｉＯ：邐Ｎ？．ＳｉＯ，邐２Ｎａ．Ｏ邋ＳｉＯ．逡逑＾邋0．邐Ｓｌ０：邐ＳＯ；邋0Ｈ邐Ｕｊ逡逑５邐００邋０．０－逡逑ｗ邋邋邐邋５邐？？？－？？？？？逡逑邐邋ｕ邋－０５－逡逑邐逡逑邐邐Ｌ＾（Ａ）邐－ｉ＇逡逑８邐，０邐．２邐１４邐１６邐－２０＇邐；0邐Ｔｌ邐Ｍ邐．６逡逑ＰＨ邐ｐＨ逡逑２．０邋邐ｎ邐邋２．０邋－ｉ邐邐邐邐逡逑１３－邐ＩＪ－逡逑１．０－邐１．０邋？逡逑邐邋邋３ＳＯ？逡逑＞邐邐？邋？邋邐＿邐＞邋０５＇邋Ｓ＊°：邐＾＾０邋３ＳＯ：邐Ｎ＾ＳＫ），邐２Ｎ＾Ｏ邋ＳＫ）：逡逑0．0－邋ｓ＊°：邐ｂｉ邋0．0－逡逑ＵＪ邋＊０．５邋－邋＿邋？邋邋邐邋ＵＪ邋－０．５邋－邐＇邋■邋？逡逑邐一邋？逡逑－１．０－邐－１．０－逡逑－ＩＪ－邐邋邋邋邋－Ｍ－逡逑Ｓ

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2816999