钛白废酸直接浸出含钒钢渣提钒技术的基础研究

作     者：李婷婷 

作者单位：东北大学 

学位级别：硕士

导师姓名：张廷安;张伟光

授予年度：2021年

学科分类：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 钛白废酸 浸出热力学 浸出动力学 

摘      要：钒钛磁铁矿富含钒和钛,是我国重要的战略资源,其在提钒制钛过程中,会产生两种工业废弃物,即钛白废酸和含钒钢渣。以钛白废酸浸出含钒钢渣提钒,可高效回收含钒钢渣中的钒资源,含钒钢渣又可中和废酸,以废治废的同时,也产生了巨大的经济效益。本文以攀西地区钒钛磁铁矿提钒制钛过程中产生的含钒钢渣和钛白废酸为原料,研究了钛白废酸浸出含钒钢渣过程的热力学原理,并进行了正交、加压、常压实验,分析了浸出过程的动力学规律,主要研究内容和实验结果如下。(1)通过对含钒钢渣进行物相分析可知,含钒钢渣的主要物相为硅酸二钙、硅酸三钙和铁酸二钙,钒主要以易溶于酸的V(Ⅳ)和V(Ⅴ)形式弥散分布于各个物相。对浸出过程进行热力学分析可知,钒在水溶液中以V3+、VO2+、VO2+形式存在,从理论上证明,含钒钢渣可无焙烧,直接用钛白废酸直接酸浸提钒;(2)正交实验确定了影响因子的大小顺序为:初始酸度液固比时间转速温度。加压条件对钒浸出有一定促进作用,但仍需较高的初始酸度才可实现钒的高效浸出,常压条件更有利于工业实践。最优工艺条件为:初始酸度300 g·L-1,液固比9:1,时间60 min,转速150r·min-1、温度343K。在该工艺条件下,钒浸出率为92.61%,浸出液中钒浓度为1.11 g·L-1,后续可通过螯合萃取实现钒与杂质元素的分离。浸出渣的主要成分为二水硫酸钙,可用作水泥的缓凝剂。(3)动力学实验结果表明钒的浸出过程符合“有固态产物层的液-固相浸出反应动力学模型。钒浸出率受界面化学反应和产物层扩散的混合控制,反应的表观活化能为8.517kJ·mol-1,最终建立钛白废酸浸出含钒钢渣过程钒浸出的动力学方程。(?)