外场强化亚熔盐法钒铬共提应用基础研究

作     者：伍康华 

作者单位：天津大学 

学位级别：硕士

导师姓名：张懿;杜浩

授予年度：2019年

学科分类：080602[工学-钢铁冶金] 080603[工学-有色金属冶金] 08[工学] 0806[工学-冶金工程] 

主      题：高铬钒渣 亚熔盐 微气泡 氧压浸出 钒铬共提 介质循环 

摘      要：我国攀西地区拥有丰富的高铬型钒钛磁铁矿资源,储量达36亿吨,其中铬的储量达600万吨,资源综合利用价值极高。钒钛磁铁矿经转炉吹炼含钒铬铁水可得到高铬钒渣,是重要的钒铬提取原料。传统钒渣焙烧提钒工艺钒转化率不足80%,铬无法提取,而且产生大量高盐氨氮废水,有害窑气和高钠含铬尾渣,三废末端治理难度大,严重制约了钒产业的绿色可持续发展。为破解钒铬清洁共提这一难题,中国科学院过程工程研究所开发了钒渣亚熔盐法钒铬高效共提清洁生产技术,可同步实现钒铬的高效提取分离,并源头避免三废的产生,是提钒技术的绿色升级。为进一步实现亚熔盐技术在高铬钒渣中的应用,本论文提出外场强化亚熔盐技术,通过外场作用强化氧气溶解和传质,促进活性氧(ROS)的生成,实现了温和条件下高铬钒渣中钒铬的高效同步氧化浸出,为亚熔盐钒铬清洁生产技术的产业化应用和推广提供了理论和技术支撑。论文取得如下创新性成果:(1)提出了微气泡强化亚熔盐介质分解钒渣钒铬共提新方法。通过设计和改进微气泡产生装置,掌握了有利于氧气传质和ROS生成的最优设备桨型结构,并在此条件下对高铬钒渣中钒铬浸出规律进行系统研究,获得了高铬钒渣氧化浸出的最优工艺条件:Na OH浓度50 wt.%,反应温度140 C(常压),钒和铬的提取率分别达到87.48%和73.00%,实现了温和条件下高铬钒渣钒铬有效同步氧化提取,为微气泡强化技术的工业化应用提供了有力支撑。(2)系统研究了氧压及各反应参数对压力场强化亚熔盐介质分解高铬钒渣钒铬共提的影响,首次在温和条件(200 C,50 wt.%Na OH)实现高铬钒渣中钒铬高效共提,钒和铬的浸出率分别达到98.3%和93.3%。动力学研究结果表明,钒铬的浸出过程符合未反应收缩核模型,且受内扩散控制,钒和铬的表观活化能分别为27.58 k J/mol和36.74 k J/mol。(3)深入研究了亚熔盐条件下铬酸钠与钒渣中低价金属氧化物的反应原理,通过强化低温条件下(≤120 C)氧气与钒渣中低价氧化物的反应,调控循环介质中铬酸钠还原产物的物相结构,抑制铬酸钠转化生成稳定反尖晶石相反应过程,解决了循环反应过程铬难浸出的难题,钒和铬的转化率分别达95%和90%以上。该研究结果可为高铬钒渣亚熔盐浸出的工业应用提供技术支撑。