釩是一種重要的戰(zhàn)略儲備資源,我國的釩生產(chǎn)在世界占有舉足輕重的地位。釩渣的氧化焙燒法提釩是我國應(yīng)用最廣也是最成熟的提釩技術(shù)。但是從工業(yè)生態(tài)的角度審視這條工藝,發(fā)現(xiàn)其存在著大量的釩渣物理熱浪費。目前的報道中還未有發(fā)現(xiàn)對出爐釩渣熱量的回收利用。因此從節(jié)能減排的觀點出發(fā),本研究試想構(gòu)建一條利用這部分熱量來直接提釩的新工藝,從而減少了氧化焙燒工序,縮短整個提釩工藝鏈。 本文在前人對釩渣焙燒法提釩研究基礎(chǔ)上,采用多種現(xiàn)代測試技術(shù),結(jié)合理論和實驗研究,對熔融態(tài)釩渣直接氧化提釩以及相應(yīng)的濕法浸出過程中相關(guān)的理論問題進行了細致系統(tǒng)的研究。在鈣化提釩基礎(chǔ)上,提出含釩鐵水提釩同時脫磷—高鈣高磷釩渣熟料碳酸化浸出的新思路,既能解決目前半鋼脫磷困難的問題,磷進入釩渣后又不影響提釩。通過研究理順了釩渣提釩和半鋼冶煉的關(guān)系,具體的研究內(nèi)容如下： 首先對現(xiàn)行轉(zhuǎn)爐普通釩渣的基本物性—熔點和粘度進行研究,研究其高溫的特性,為后面的理論分析和實驗研究打下基礎(chǔ)。在以CaO和Na2CO3分別作為添加劑的前提下,對熔融態(tài)釩渣氧化鈉化/鈣化過程進行熱力學(xué)計算與分析,研究整個火法過程中可能發(fā)生的主要提釩反應(yīng)以及其它副反應(yīng)進行的可能性和趨勢,提出了釩酸鹽的形成機理。分析熔渣在氧氣作用下的氧化行為,提出熔融態(tài)釩渣的氧化過程是整個提釩反應(yīng)的限制性環(huán)節(jié)。 采用Na2CO3作為添加劑,在實驗室的尺度上對熔融態(tài)釩渣直接氧化提釩進行研究�；鸱▽嶒炛袑︹c化熟料中釩酸鈉形成影響最大的是Na2CO3的加入量和釩渣的氧化率,XRD分析結(jié)果以及熟料的水浸實驗得到最優(yōu)的Na2CO3的加入量為釩渣質(zhì)量的25%。XRD、SEM/EDS分析結(jié)果證實了熟料中釩酸鈉的形成。引入X射線光電子能譜(XPS)對不同氧化程度的熟料中釩價態(tài)進行分析,結(jié)合水浸實驗分析氧化率與提釩率的關(guān)系,得出每蠔釩渣充分氧化需要0.375m3氧氣,熟料中釩的充分氧化是釩水浸出率高的必要條件。利用單因素分析法對可能影響熟料水浸率的各個因素進行研究。得出一組最優(yōu)的浸出參數(shù)：浸出溫度95℃,浸出時間2min,液固比3：1mL/g,攪拌速度150r/min,此時釩的水浸率能達到85%以上。 以CaO作為添加劑,對熔融態(tài)釩渣直接氧化提釩進行熔融鈣化實驗研究。參考熔融鈉化法的研究結(jié)果,對釩渣進行充分氧化,得到鈣化熟料中釩氧化率大于88%。XRD、SEM/EDS分析結(jié)果證實了熟料中釩酸鈣的形成和富集。火法實驗中,CaO的加入量對釩渣熟料中含釩物相和其它物相的形成影響最大,CaO加入量過少時,主要含釩物相為MnV2O6,增加CaO的含量,MnV2O6被CaV2O6所取代,隨著CaO的繼續(xù)增加CaV2O6又陸續(xù)部分轉(zhuǎn)變成Ca2V2O7. Ca3V2O8,過量的CaO還會和渣中的Si02和Ti02反應(yīng)。對熔融態(tài)釩渣鈣化熟料進行酸浸實驗研究,得出熟料的最優(yōu)酸浸工藝條件：熟料粒度-96μm,硫酸濃度10%,液固比5：1mL/g,浸出溫度90℃,浸出時間30min,攪拌速度200r/min,此時釩的酸浸率能達到90%以上。鈣化釩渣熟料的酸浸過程可以用未反應(yīng)收縮核模型來描述,浸出過程受固膜擴散控制,反應(yīng)的表觀活化能為8.216kJ/mol。 根據(jù)共存理論建立釩渣活度計算模型,研究了提釩同時脫磷加入的CaO對含釩鐵水提釩及脫磷帶來的影響。渣-金平衡驗證實驗表明共存理論更適合預(yù)測渣-金間釩的分配行為,提釩率和脫磷率之間存在線性關(guān)系。模型對轉(zhuǎn)爐釩渣的計算結(jié)果表明：堿度的升高增大磷和釩在渣-金間的分配比,其中對磷的增大更加明顯,意味著不考慮降溫的條件下,如果在提釩過程加入石灰石或石灰造渣對提釩影響較小；此外,堿度的升高會對渣中其它組分的影響表現(xiàn)為使FeO、MnO的活度和活度系數(shù)上升,SiO2、TiO2的活度和活度系數(shù)下升,這都將有利于含釩鐵水的提釩與脫磷。 針對高鈣高磷釩渣熟料酸浸液除磷困難的問題,本文提出高鈣高磷釩渣熟料碳酸化浸出提釩,研究結(jié)果表明：采用四種浸出劑Na2CO3、NaHCO3、(NH4)2CO3和NH4HCO3得到磷浸出率均在11%以下,浸出液中Fe、Mn、Ti、Ca等雜質(zhì)均為微量或痕量；其中Na2CO3和NaHCO3的釩浸出率較高(82%),而(NH4)2CO3和NH4HCO3作浸出劑時釩浸出率較低(約30%)；碳酸化浸出能夠達到釩和磷的選擇性浸出的目的。含釩碳酸浸出液經(jīng)過除磷、酸性銨鹽沉釩和煅燒脫氨得到V205產(chǎn)品,純度98.5%。
【學(xué)位單位】：北京科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2015
【中圖分類】：TF841.3
【部分圖文】：

它們都難溶于水，25°C時溶解度分別為0.0022、0.0035和0.0120 mol/L。銳酸韓的重要性質(zhì)是能溶可于酸溶液和堿溶液中，圖2-4描述了三種軌酸韓在不同溫度和pH下的相對溶解率。從圖2-4中可以看出當pH< 1.35時，三種銀酸韓在2(rC和6(rC時都幾乎溶解；pH=1.35?2.5之間，由于V2O5的水解導(dǎo)致軌酸韓溶解率的降低；pH=2.5~4.0時，Ca2V207和CasVzOs都有較高的溶解率。im-i I II“ L+CaO \ 1405noo- \， 1200 \^1200- ? - \ L?w" - ‘ ?|iioo~ ，； I1.00： |"1900" ； \： 1 \800^ ? \‘ 4 丨 _JS_kT\‘ I t 1 ？\J ... J 1 , gCaO 10 ifi 30 40 k 80 90 VaO*YaOs content (wt.%)圖 2-3 CaO-ViOs 系相圖》71-6-

V4+、V3+、V2+，其化學(xué)行為很活撥，形成相鄰價態(tài)的電對，電位差約為1.25V，這也是銀電池研發(fā)的基礎(chǔ)。軌電池的原理圖如圖2-5所示，銀電池無固相變化，是將不同價態(tài)的機離子溶液分別作為正極和負極的活性物質(zhì)，分別儲存在各自的電解液儲罐中，通過外接粟把電解液粟入電池堆體內(nèi)，使其在不同的儲液罐和半電池的閉合回路中循環(huán)流動，采用離子交換膜作為電池組的隔膜，電解質(zhì)溶液平行流過電極表面并發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，通過雙電極板收集和傳導(dǎo)電流，使儲存在溶液中的化學(xué)能轉(zhuǎn)換成電能。這個可逆的反應(yīng)過程使機電池可順利完成充電、放電和再充電[23]。電解液成本高是制約軌電池總成本的最主要因素[24]。由于主要離子濃度會受成分和溫度的影響，無論是V2O5溶于硫酸制備還是電解液還是通過優(yōu)化V0S04溶解度制備都比較困難。電解液要嚴格儲存在與空氣隔絕的容器中

李新生[41]等研究了攀鋼轉(zhuǎn)爐釩漁的物相，SEM、XRD圖和EDS分析結(jié)果如圖2-9和表2-9所示。圖2-9(b)顯示攀鋼飢澄主要物相為軌鐵、釩猛尖晶石相，橄欖石相以及輝石相。圖2-9(a)中的區(qū)域為軌鐵尖晶石富集的區(qū)域。-16-
【引證文獻】

相關(guān)博士學(xué)位論文 前2條

1 劉仕元;釩渣中有價元素Fe、Mn、V、Cr和Ti選擇性氯化及高值化基礎(chǔ)研究[D];北京科技大學(xué);2019年

2 盧翔;電爐渣熱態(tài)改質(zhì)對其鐵組分回收與膠凝活性影響的研究[D];北京科技大學(xué);2017年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前3條

1 王麗萍;純鎂微弧氧化—殼聚糖/海藻酸鈉載銅膜層細胞相容性及抑菌性研究[D];佳木斯大學(xué);2017年

2 田曉根;釩渣提釩焙燒過程相平衡及結(jié)構(gòu)變化[D];山東理工大學(xué);2017年

3 王康;釩渣鈉化焙燒過程中釩原子環(huán)境演變規(guī)律及碳酸銨浸出提釩研究[D];重慶大學(xué);2017年

本文編號：2843850