含钒钢渣碱性水热氧化法提钒应用基础研究

作     者：万俊峰 

作者单位：天津大学 

学位级别：硕士

导师姓名：张懿

授予年度：2020年

学科分类：083002[工学-环境工程] 0830[工学-环境科学与工程（可授工学、理学、农学学位）] 080603[工学-有色金属冶金] 08[工学] 0806[工学-冶金工程] 

主      题：含钒钢渣 碱性水热氧化法 动力学研究 机理研究 工艺对比 

摘      要：含钒钢渣作为钢铁行业的典型大宗固废,由于钒品位相对较高,可作为二次提钒资源以实现高附加值利用。但是含钒钢渣的钙铁含量高,钒赋存和嵌布状态复杂,导致钒的提取难度非常大。目前针对含钒钢渣的提钒方法存在能耗高,污染严重,难以大规模应用的问题。本论文通过深入研究含钒钢渣的微观矿相结构及钒的赋存嵌布规律,提出一种高效清洁的碱性水热氧化提钒新方法,不仅可实现钒的选择性提取,而且无废水和有害气体排放,提钒尾渣钠含量低,易于综合利用。论文取得如下创新性成果:(1)深入研究了含钒钢渣的矿相结构及钒的赋存嵌布规律,发现含钒钢渣中约90.50%的钒以高价态(+4和+5价)的形式存在;9.39%的钒是三价钒。高价钒主要赋存于硅酸三钙混合相(Ca(Si O,PO,VO))中,三价钒存在于铁尖晶石中。热力学研究表明,碱性水热法可实现含钒钢渣中钒的浸出提取。(2)系统研究了含钒钢渣的碱性水热提钒工艺,考察关键因素对浸出效果的影响规律,在最佳工艺条件下钒的浸出率可达68.4%。动力学研究表明,含钒钢渣的碱性水热过程受内扩散步骤与界面反应共同控制,其中内扩散步骤占主导因素,水热过程的表观反应活化能为26.67 k J/mol。(3)针对含钒钢渣中钒的价态分布特征,提出碱性水热氧化提钒新方法。系统研究了不同反应条件对钒浸出率的影响规律,获得其最佳工艺条件为:反应温度200℃,Na OH浓度50 wt%,氧气分压0.2 MPa,搅拌速度500 rpm,液固比4:1,钒浸出率可达88.1%,与碱性水热相比钒浸出率提升19.7%。动力学研究表明,碱性水热氧化过程受内扩散步骤控制,表观活化能为20.46 k J/mol。(4)深入研究了两种碱性水热方法的反应机理,并对两种工艺进行比较。发现碱性水热氧化可溶出三价钒,显著提升钒的浸出率。此外,碱性水热氧化法生产成本低,可通过调控尾渣矿相结构以控制其含钠量,是一种高效、清洁的含钒钢渣提钒方法,具有广阔的应用前景。