2023年返修_also4除去钒浸出液中硅的试验研究11.docx

学号：1424340108 本科毕业论文 AlSO4除去钒浸出液中硅的试验研究 Study of using AlSO4 to Dislodge silicon from Vanadium Leaching Solution 姓 名： 姜 凯 鑫 专 业： 冶金工程 指导教师姓名： 成 宝 海 指导教师职称： 讲 师 2023年5月 摘 要 研究了从含钒浸出液中别离硅的有效方法，考察了沉淀剂种类、沉淀剂用量，浸出液 pH 值、反响时间、沉淀温度和静置时间对除硅和钒损失的影响。结果说明，在弱碱性条件下，铝盐对含钒液除硅有良好的效果，除硅率到达 99.12%，钒损失率小于 1.21%。该工艺过程简单，钒硅别离效果好。 关键词：含钒浸出液 镁盐 除硅 Abstract The effective method of separating silicon from vanadium containing leaching solution was studied. The effects of the type of precipitant, the amount of precipitant, the pH value of the leaching solution, the reaction time, the precipitation temperature and the static time on the loss of silicon and vanadium were investigated. The results show that under the condition of weak alkali, aluminum salt has good effect on removing silicon from vanadium containing liquid, and the loss rate of vanadium is less than 1.21% except 99.12% of silicon. The process is simple, and the separation effect of vanadium and silicon is good. Keywords: Vanadium containing leaching solution Magnesium salt Desilication 目 录 摘 要 I Abstract II 第一章 绪 论 1 1.1 引言 1 1.2 金属钒简介 1 1.2.1 金属钒的历史与资源分布 1 1.2.2 金属钒的物化性质 2 1.2.3 金属钒的反响及其化合物 3 1.2.4 金属钒的应用领域 3 1.2.5 金属钒的的危害与防护 4 1.2 钒浸出液除硅的研究内容 5 1.3 国内钒产业的开展建议 5 1.4 研究背景 5 1.5 实验意义 6 第二章 实验方法 9 2.1 实验仪器及用品 9 2.1.1 原料 9 2.1.2 试剂及仪器设备 9 2.2 实验方法 9 钒液中硅的测定 9 .2 浸取液中钒的测定 10 2.2.3 浸出液的除硅处理 12 第三章 结果讨论 13 3.1 沉淀剂对除硅率和钒损失率的影响 13 3.2 pH值对浸出率和钒损失率的影响 13 3.3 铝盐用量对钒损失率的影响 14 3.4 反响时间对除硅的影响： 15 3.5 温度对钒损失率的影响 15 3.6 静置时间对钒损失率的影响 16 第四章 结 论 17 致 谢 18 参考文献 19 原创性声明 20 版权使用授权书 20 第一章 绪 论 1.1 引言 钒是一种重要的战略资源，被广泛运用在很多行业。但是钒不能形成纯度很高的富集矿，其中掺杂着很多杂质，比方硅、铁、磷等。含钒溶液的净化除杂是十分重要的一个步骤，通过净化除杂可以有效地将杂质除去，并且使含钒液的浓度大幅度提高，为制备高纯度V2O5打下良好的根底。其中，对制备高纯度钒影响最大的杂质是硅，钒渣在水浸过程中，大量硅等杂质以阴离子形态进入浸出液，给后续钒的别离富集及沉钒率造成严重影响，并导致产品硅含量普遍超标。 目前工业上含钒液的净化除硅过程均采用静置沉淀法，该法存在除硅率低、静置时间长等特点。目前产业化的钒渣提钒工艺主要有钠化焙烧-水浸提钒和钙化焙烧-酸浸提钒两种，国内外钒厂大多采用钠化焙烧-水浸提钒工艺从钒渣生产氧化钒产品。上述提钒工艺技术虽不相同，但大都包括焙烧、浸出、别离净化、沉淀、煅烧等工序，含钒溶液在进行下一工序前都需要净化处理。本研究针对工业现状，在保证高钒回收率的前提下，对钒液中硅离子的去除进行了试验研究，筛选了适宜的除硅剂，确定了适宜的除硅工艺条件，以实现钒与硅有效别离。 1.2 金属钒简介 1.2.1 金属钒的历史与资源分布 1882年，英国列·克鲁佐特钢铁公司用含钒1.1%的炼钢炉渣制得钒的磷酸盐，年产量约60t。用户是生产苯胺黑的染料厂。 在19世纪末20世纪初，俄罗斯开始利用碳复原法复原铁和钒氧化物，首次制备出钒铁合金(含V35%～40%)。1902～1903年俄罗斯进行了铝热法制取钒铁的试验。 1927年，美国的马尔登和赖奇用金属钙复原五氧化二钒(V2O5)，第一次制得了含钒99.3%～99.8%的可锻性金属钒。 19世纪末，研究还发现了钒在钢中能显著改善钢材的机械性能，从而使钒在工业上才得到广泛应用。至20世纪初，人们开始大量开采钒矿。 到目前为止，世界上生产钒的矿石主要以钒钛磁铁矿为主，在俄罗斯、南非、中国、澳大利亚及美国等国家都有丰富的钒钛磁铁矿资源，此外在钒铀矿、铝土矿、磷岩矿、碳质页岩、石油燃烧灰渣、废催化剂等均可作为回收钒的资源。 钒的踪迹遍布全世界。在地壳中，钒的含量并不少，平均在两万个原子中，就有一个钒原子，比铜、锡、锌、镍的含量都多，但钒的分布太分散了，几乎没有含量较多的矿床。在海水中，在海胆等海洋生物体内，在磁铁矿中，在多种沥青矿物和煤灰中，在落到地球的陨石和太阳的光谱线中，人们都发现了钒的踪影。钒是地球上广泛分布的微量元素，其含量约占地壳构成的0.02%，获取相对容易。 世界上的钒储量有98%产于钒钛磁铁矿。除钒钛磁铁矿外、钒资源还局部赋存于磷块岩矿，含铀砂岩，粉砂岩，铝土矿，含碳质的原油、煤、油页岩及沥青砂中。 世界钒钛磁铁矿的储量很大，并且集中在少数几个国家和地区，包括：独联体、美国、中国、南非、挪威、瑞典、芬兰、加拿大、澳大利亚，并且集中分布在南非洲、北美洲等地区。根据1988年美国矿业局统计资料说明，世界钒储量根底为1.6亿吨（以钒计）。按目前的开采量计算，世界现探明的钒资源可供开采150年。从储量根底看，南非占46%，独联体占23.6%，美国占13.1%，中国占11.6%，其它国家的总和缺乏6%。 [4]  在南非，钒通常在钒磁铁矿的矿层中产生。这些矿层的平均品位为1.5%。据估计，南非钒储量约为1250万吨，世界第一。 矿物有钒酸钾铀矿、褐铅矿和绿硫钒矿、石煤矿等。中国是钒资源比较丰富的国家，钒储量为2055万吨（以V2O5计）主要赋存钒钛磁铁矿中，且集中分布在四川的攀枝花市、河北承德市。攀枝花钒储量为1295万吨，占中国钒储量的63%。 1.2.2 金属钒的物化性质 钒是一种银灰色的金属。熔点1890±10℃，属于高熔点稀有金属之列。它的沸点3380℃，纯钒质坚硬，无磁性，具有延展性，但是假设含有少量的杂质，尤其是氮，氧，氢等，能显著降低其可塑性。 表 1-1 金属钒的物理性质 性质 参数 原子体积（立方厘米/摩尔） 相对原子质量 莫氏硬度 7 声音在其中的传播速率（m/s） 4560 密度（g/cm3） 熔点 1890±10℃ 沸点 3000℃ 原子序数 23 质子数 23 中子数 37 电子数 23 钒的性质和钽以及铌相似，英国化学家罗斯科研究了它的性质，确定它与钽和铌相似，这为它们三个在元素周期表中共建一个分族建立了根底。钒属于中等活泼的金属，化合价+2、+3、+4和+5。其中以5价态为最稳定，其次是4价态，五价钒的化合物具有氧化性能，低价钒那么具有复原性。钒的价态越低复原性越强。电离能为6.74电子伏特，具有耐盐酸和硫酸的本领，并且在耐气、耐盐、耐水腐蚀的性能要比大多数不锈钢好。钒空气中不被氧化，可溶于氢氟酸、硝酸和王水。 表 1-2 金属钒的化学性质 性质 参数 所属周期 4 所属族数 VB 电子层分布 2-8-11-2 电子层 2-8-11-2 价电子排布 K-L-M-N 氧化态 V+3, V+4, V+5 ,V-3, V-1, V0, V+1, V+2 外围电子层排布 3d3 4s2 核电荷数 23 1.2.3 金属钒的反响及其化合物 高温下，金属钒很容易与氧和氮作用。当金属钒在空气中加热时，钒氧化成棕黑色的三氧化二钒、深蓝色的四氧化二钒，并最终成为桔黄色的五氧化二钒： 钒在氮气中加热至900~1300℃会生成氮化钒。钒与碳在高温下可生成碳化钒，但碳化反响必须在真空中进行。当钒在真空下或惰性气氛中与硅、硼、磷、砷一同加热时，可形成相应的硅化物、硼化物、磷化物和砷化物。不同价态的钒离子有不同的颜色：（VO2）+颜色为浅黄色或深绿色，（VO）2+颜色为蓝色，V3+为绿色，V2+为紫色。 我们平常说的钒盐是指这几种：含有V4+的，含有(VO3)-的（偏钒酸盐），含有(VO4)3-的（正钒酸盐），他们包括：偏钒酸铵、偏钒酸钠、偏钒酸钾、正钒酸钠、焦钒酸钠；四价盐：硫酸氧钒、草酸氧钒；四氯化钒等卤化钒类；三氯氧钒等卤氧化钒类。 钒的盐类的颜色真是五光十色，有绿的、红的、黑的、黄的，绿的碧如翡翠，黑的犹如浓墨。如二价钒盐常呈紫色；三价钒盐呈绿色，四价钒盐呈浅蓝色，四价钒的碱性衍生物常是棕色或黑色，而五氧化二钒那么是红色的。这些色彩缤纷的钒的化合物，被制成鲜艳的颜料：把它们加到玻璃中，制成彩色玻璃，也可以用来制造各种墨水。 1.2.4 金属钒的应用领域 在钢中参加百分之几的钒，就能使钢的弹性、强度大增 ，抗磨损和抗爆裂性极好，既耐高温又抗奇寒，难怪在汽车、航空、铁路、电子技术、国防工业等部门，到处可见到钒的踪迹。此外，钒的氧化物已成为化学工业中最正确催化剂之一，有“化学面包〞之 称。主要用于制造高速切削钢及其他合金钢和催化剂。把钒掺进钢里，可以制成钒钢。钒钢比普通钢结构更紧密，韧性、弹性与机械强度更高。钒钢制的穿甲弹，能够射穿40厘米厚的钢板。但是，在钢铁工业上，并不是把纯的金属钒加到钢铁中制成钒钢，而是直接采用含钒的铁矿炼成钒钢。 钒具有众多优异的物理性能和化学性能，因而钒的用途十分广泛，有金属“维生素〞之称。最初的钒大多应用于钢铁，通过细化钢的组织和晶粒，提高晶粒粗化温度，从而起到增加钢的强度、韧性和耐磨性。后来，人们逐渐又发现了钒在钛合金中的优异改良作用，并应用到航空航天领域，从而使得航空航天工业取得了突破性的进展。随着科学技术水平的飞跃开展，人类对新材料的要求日益提高。钒在非钢铁领域的应用越来越广泛，其范围涵盖了航空航天、化学、电池、颜料、玻璃、光学、医药等众多领域。 钒“现代工业的味精〞，是开