钒化工流程高效提取钒元素高静

高静

摘要：钒广泛应用于冶金、化工、航空、航天等领域，是重要的战略资源。本文依据循环经济的理念，开发了钒化工系统钒元素高效提取技术，以高效提取钒，推动钒化工行业绿色可持续发展。

关键词：钒；二次渣；浸出率

钒渣是钒钛磁铁矿经选矿-高炉冶炼-转炉吹钒产生的富钒渣，是提钒的主要原料。本文进行了强碱浸出钒渣焙烧熟料实验及钒化工固体废料(脱硅渣、钒酸铁泥、二次渣)混料低碱量焙烧实验，以提高现有钒渣钠化焙烧工艺钒浸出率。

一、钒元素简介

钒（Vanadium）元素符号V，银白色金属，在元素周期表中属VB族，原子序数23，原子量50.9414，体心立方晶体,常见化合价为+5、+4、+3、+2。其熔点很高，常与铌、钽、钨、钼并称为难熔金属。有延展性，质坚硬，无磁性。具有耐盐酸和硫酸的本领，并在耐气、耐盐、耐水腐蚀的性能要比大多数不锈钢好。于空气中不被氧化，可溶于氢氟酸、硝酸和王水。

二、实验

1、材料与试剂。某公司的钒渣焙烧熟料、脱硅渣、钒酸铁泥、二次渣，NaOH(分析纯)、Na2CO3(分析纯)。

2、实验设备与分析仪器。恒温水浴装置由锅体、磁力驱动搅拌器、电加热件、热电偶、控制箱等部件组成。化学成分分析采用Optima5300DV电感耦合等离子体原子发射光谱仪(ICP-OES)，物相分析采用X'PertPROMPD型多功能X射线衍射仪(XRD)，形貌和元素面分布分析采用FEIMLA250扫描电子显微镜(SEM)。

3、实验方法

1）钒化工流程钒元素高效提取过程

强碱浸出钠化焙烧熟料过程：配制一定浓度的NaOH溶液400mL放入烧杯中，加入80g焙烧熟料，将烧杯放入恒温水浴装置中，开启搅拌和加热系统，设定转速和温度，反应一定时间。关闭搅拌和加热系统，取出样品过滤，测定反应终渣与液相中V、Si、P等元素含量，计算溶出率。

低碱量焙烧钒化工固体废料过程：将脱硅渣与钠盐按一定比例混合均匀，为混配样1；将二次渣与钠盐按一定比例混合均匀，为混配样2；将混配样1与2按一定比例混合均匀，为混配样3。将混配样3置于马弗炉中，850℃焙烧2h。取出样品，按强碱浸出钠化焙烧熟料过程提钒。

2）可溶钒、全钒的测定

可溶钒测定：用分析天平准确称取1g含钒原料，放入盛有100mL高纯水的烧杯中，置于电炉上加热至沸腾，过滤，滤液用ICP-OES分析成分。

全钒为不可溶钒与可溶钒的总和，分析方法：用分析天平准确称取0.5-0.6g助溶剂加入铂金坩埚中，加入0.05-0.08g含钒原料，搅拌使其混合均匀，表面覆盖一层熔融剂，铂金坩埚盖上盖子，置于950℃以上的马弗炉中，熔融15-20min。取出坩埚在空气中冷却，用去离子水冲洗坩埚外表面，避免杂质污染。将坩埚放入盛有60mL20%盐酸的烧杯中，置于电炉上加热溶解。完全溶解后冷却，转入100mL容量瓶中定容并摇匀，稀释10倍或根据元素在渣中的含量稀释到一定浓度范围，用ICP-OES分析成分。

三、结果与讨论

1、强碱浸出钒渣焙烧熟料

1）碱浓度对钒渣焙烧熟料提钒效果的影响。当浆料中加入NaOH后，尾渣中Si和P含量线性降低，浸出率线性增加，表明提高钒液的pH值，Si和P等杂质容易溶出，增大了钒液杂质浓度。为提高钒浸出率的同时降低钒液中杂质含量，确定钒液中的NaOH浓度低于10g/L.

2）碱浓度对过滤效果的影响。根据以上结果，在浸出车间进行工业试验，考察了碱浓度对过滤效果的影响，由结果可知，未加入液碱时，水平滤机过滤效果不好，终渣含水率在28%以上，且可溶钒含量较高，在0.8%以上；而加入NaOH后，即使未向水平滤机中补加洗水，终渣中的可溶钒含量也降至约0.6%，较未加碱时低0.2%；加入碱且补加30m³/h洗水时，终渣含水率约为16%，可溶钒含量低于0.2%，浸出、过滤效果较好。

2、低碱量焙烧钒化工固体废料

1）钒化工固体废料的物性。脱硅渣和钒酸铁泥粒度较细，含水率高，单独钠化焙烧提钒会出现与钠盐混料不均匀、焙烧氧化不充分等问题，若配合二次渣进行钠化焙烧，则可解决此问题。此外，脱硅渣和钒酸铁泥中Na2O含量较高，因此钠化焙烧时需加入少量钠盐。

2）二次渣配脱硅渣加NaOH焙烧。按碱比为0.9向二次渣中配加纯碱，混配样2中NaOH含量为3%，调整混配样1中NaOH含量及其在混配样3中的比例进行焙烧实验，由结果可知，NaOH焙烧过程中碱量增大未使尾渣钒含量降低，这是因脱硅渣、钠盐添加量增大会增加硅酸钠盐类化合物的形成，对可溶性钒形成了裹络，阻碍钒的浸出。

3）二次渣配脱硅渣加Na2CO3焙烧。由结果可知，二次渣中配加10%-30%脱硅渣后添加纯碱焙烧，浸出尾渣中的钒含量与对照样差别不大，表明脱硅渣中的钒基本全部浸出，二次渣配脱硅渣加Na2CO3焙烧可高效提取钒。

4）二次渣配钒酸铁泥加Na2CO3焙烧实验。实验研究了钒酸铁泥配加量对尾渣全钒和可钒的影响，由结果可知，随钒酸铁泥配比逐渐升高，尾渣中可溶钒含量逐渐增加，是因钒酸铁泥的粒度较细，过量会造成过滤效果变差，导致尾渣中部分可溶钒不能进入溶液。

四、结语

钒是重要的战略资源，具有优异的强度、延展性、耐热性，能显著改善钢的性能，是生产高强度钢不可缺少的重要元素，广泛用于钢铁、化工、航空航天、军工、电子技术、原子能等重要领域。

参考文献：

[1]王中行.新型钒材料研究进展[J].钢铁钒钛,2014.

[2]白瑞国.钒渣中钒铬提取技术研究进展[J].矿产综合利用,2015.

[3]陈东辉.含钒尾渣NaOH亚熔盐浸出提钒[J].过程工程学报,2014.