论文部分内容阅读
钒钛磁铁矿是我国重大特色战略矿产资源，其主要含有铁、钒和钛等金属元素，我国75％-85％的钒来源于钒钛磁铁矿。传统的钒钛磁铁矿冶炼方法以高炉法为主，其钒、钛回收率低，钛资源无法利用，难以实现有价资源的高效利用。近年来提出的直接还原技术，尽管可提高钒、钛的回收率，但需要多步高温实现钒和铁的提取，流程长、能耗高。基于此，针对辽宁地区钒钛磁铁精矿其铁品位低和钒、钛品位高的原料特点，传统工艺难以处理，中国科学院过程工程研究所提出了“钠化提钒-还原提铁”耦合新工艺，通过一步高温实现铁的还原-熔分和钒的氧化钠化。本文针对还原工序得到的含钒钛渣，展开了钒的高效提取研究，重点研究了含钒钛渣浸出过程中主要工艺条件的影响，并进行钒的浸出动力学及浸出机理的研究;开发了强碱性含钒浸出液“碳化-萃取/反萃”实现碱回收及钒提取的工艺路线。论文的主要研究内容和成果如下: (1)系统研究了含钒钛渣浸出的工艺条件，并对钒的浸出过程宏观动力学及浸出机理进行了深入的研究。研究结果表明，在优化条件下，经过三级逆流浸出，可分别实现钒、钠、硅83.8％、72.8％、16.1％的浸出率。含钒钛渣中钒的浸出过程符合未反应收缩核模型，受内扩散控制，表观活化能为11.2kJ·mol-1。钒浸出率只有83.8％的原因是部分的钒被包裹在钙钛矿相中不能被浸出，同时少量钒在焙烧过程中未被氧化而无法被浸出。 (2)对强碱性含钒浸出液进行了CaO沉钒和萃取提钒实验研究。研究结果表明，对强碱性含钒浸出液采用CaO沉钒和萃取提钒时，需要降低溶液pH至7～10，同时降低溶液中硅酸根、铝酸根的影响。为实现溶液中Na的回收，对强碱性体系含钒浸出液提出碳化-萃取/沉钒-钒产品的工艺路线。 (3)系统研究了强碱性含钒溶液碳化过程的技术路线和工艺条件。研究结果表明，碳化过程随着pH不断降低，pH降低到10之前主要实现溶液中Al、Si的析出，pH从10降低到8过程中主要实现溶液中Na的析出。确定两步碳化过程实现Al/Si与Na的选择性分离与回收。 (4)对碳化液进行CaO沉钒和萃取提钒系统实验研究。研究结果表明，在优化条件下，分步沉钒可实现钒93.78％的沉淀率，沉淀物中V2O5的含量为7.84％;萃取提钒研究中，加入10g·L-1CaO除去部分HCO3-影响，在优化条件下，经四级逆流可实现钒90.2％的萃取率，并对萃取有机相通过NH4Cl-NH4OH反萃可一步得到钒沉淀。因此，对含钒钛渣提出“浸出-两步碳化-CaO除杂-萃取-反萃/沉钒”的工艺路线。