Na3AlF6对含钒页岩提钒焙烧与浸出过程的影响研究

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含钒页岩是我国特有的一种钒矿资源,储量极其丰富。含钒页岩中的钒大多是以V(Ⅲ)类质同象取代铝氧八面体中Al(Ⅲ)的形式赋存于云母类矿物的晶格中,很难被提取。一般采取的方法是通过添加剂和高温焙烧的作用破坏云母类矿物的晶体结构,达到强化提钒的目的。在焙烧过程中添加钠盐有利于易溶性的钒酸钠盐的形成,而在浸出过程中氟化物能促进云母类矿物晶体结构的破坏。Na3AlF6在铝电解行业中常被用作助熔剂,可降低氧化铝的熔点。此外,在磨具制造行业,Na3AlF6可降低低熔陶瓷结合剂的耐火度。在研究过程中发现,在焙烧过程中加入少量的含氟钠盐Na3AlF6作焙烧添加剂能强化提钒效果。本文以湖北某云母型含钒页岩为对象,研究了在焙烧过程中引入含氟钠盐Na3AlF6的焙烧浸出工艺,并通过Na3AlF6焙烧和空白焙烧的比较,考察了焙烧和浸出过程的主要工艺参数对钒浸出率的影响。  结果表明:在Na3AlF6的添加量为3%,焙烧温度为700℃,焙烧时间为1h,硫酸浓度为20%(v/v),液固比为1.5mL/g,浸出温度95。℃,浸出时间为3h的条件下,钒浸出率可达90.57%,与相同条件下空白焙烧酸浸相比,钒浸出率提高了27.17%。Na3AlF6的添加量对钒浸出率的影响很显著。若在焙烧过程中添加Na3AlF6,焙烧温度可从900℃降低至700℃,减少能耗。要达到相同浸出效果,在焙烧过程中加入Na3AlF6的情况下所需硫酸用量比不加Na3AlF6时的硫酸用量低。此外,在焙烧过程中添加Na3AlF6,浸出时间可缩短至3h,钒的浸出反应速率加快。  结合XRD、FTIR、SEM-EDS等多种检测分析结果及热力学分析研究了Na3AlF6强化提钒的机理,发现随着焙烧温度的升高云母逐渐分解且向长石类矿物转化。在焙烧过程中Na3AlF6参与云母的分解反应,降低了云母的分解反应的吉布斯自由能,使云母在更低的温度下发生分解反应,云母结构的破坏程度增大,同时还有利于易溶性的钒酸钠盐的生成,浸出过程中钒更容易从矿物中被溶出,钒浸出率升高。浸出过程中焙烧产物氟镁钠石在硫酸溶液中溶解后可产生氢氟酸。氢氟酸强化了云母晶体结构中的Al-O键的断裂,并生成了稳定的络合离子,降低了云母的溶解反应的吉布斯自由能,因此云母结构的破坏程度增大,使钒得到进一步的释放。
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