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硫酸溶出分离废渣中钒和镁的试验研究 ① 冯 刚１， 徐本军１，２， 黄彩娟１， 魏炎斌１ （１．贵州大学 材料与冶金学院，贵州 贵阳 ５５００２５； ２．贵州省冶金工程与过程节能重点实验室，贵州 贵阳 ５５００２５） 摘 要 采用硫酸直接溶出含钒、镁废渣，考察了硫酸用量、废渣粒度、溶出温度、液固比和溶出时间因素对渣中钒、镁溶出分离效果 的影响。 实验结果表明在硫酸用量配比 ０．９∶１、原矿-０．０７４ ｍｍ 粒级占 ８６．３１％、溶出温度 ７０ ℃、液固比 ３ ∶１、溶出时间 ３０ ｍｉｎ 时， 钒回收率达到 ９５．８８％，镁溶出率达到 ９４．７２％，分离效果很好。 关键词 钒； 镁； 溶出； 分离； 硫酸 中图分类号 ＴＦ１１１文献标识码 Ａｄｏｉ１０．３９６９／ ｊ．ｉｓｓｎ．０２５３-６０９９．２０１７．０３．０２９ 文章编号 ０２５３-６０９９（２０１７）０３-０１１１-０３ Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ Ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ ｏｎ Ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ ｏｆ Ｖａｎａｄｉｕｍ ａｎｄ Ｍａｇｎｅｓｉｕｍ ｆｒｏｍ Ｒｅｓｉｄｕｅ ｗｉｔｈ Ｓｕｌｆｕｒｉｃ Ａｃｉｄ Ｄｉｒｅｃｔ Ｄｉｓｓｏｌｕｔｉｏｎ ＦＥＮＧ Ｇａｎｇ１， ＸＵ Ｂｅｎ-ｊｕｎ１，２， ＨＵＡＮＧ Ｃａｉ-ｊｕａｎ１， ＷＥＩ Ｙａｎ-ｂｉｎ１ （１．Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ ａｎｄ Ｍｅｔａｌｌｕｒｇｙ， Ｇｕｉｚｈｏｕ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ， Ｇｕｉｙａｎｇ ５５００２５， Ｇｕｉｚｈｏｕ， Ｃｈｉｎａ； ２．Ｇｕｉｚｈｏｕ Ｐｒｏｖｉｎｃｅ Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ｍｅｔａｌｌｕｒｇｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ａｎｄ Ｐｒｏｃｅｓｓ Ｅｎｅｒｇｙ Ｓａｖｉｎｇ， Ｇｕｉｙａｎｇ ５５００２５， Ｇｕｉｚｈｏｕ， Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ ｏｎ ｓｕｌｆｕｒｉｃ ａｃｉｄ ｄｉｒｅｃｔ ｄｉｓｓｏｌｕｔｉｏｎ ｏｆ ｖａｎａｄｉｕｍ ａｎｄ ｍａｇｎｅｓｉｕｍ ｏｕｔ ｏｆ ｗａｓｔｅ ｒｅｓｉｄｕｅ ｗａｓ ｐｒｅｆｏｒｍｅｄ ｆｏｒ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｎｇ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｓ ｏｆ ｆａｃｔｏｒｓ， ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ａｃｉｄ ｄｏｓａｇｅ， ｐａｒｔｉｃｌｅ ｓｉｚｅ ｏｆ ｗａｓｔｅ ｒｅｓｉｄｕｅ， ｄｉｓｓｏｌｕｔｉｏｎ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ， ｌｉｑｕｉｄ-ｓｏｌｉｄ ｒａｔｉｏ ａｎｄ ｄｉｓｓｏｌｕｔｉｏｎ ｔｉｍｅ， ｏｎ ｔｈｅ ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｖａｎａｄｉｕｍ ａｎｄ ｍａｇｎｅｓｉｕｍ ｆｒｏｍ ｔｈｅ ｒｅｓｉｄｕｅ． Ｉｔ ｉｓ ｓｈｏｗｎ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｄｉｒｅｃｔ ｄｉｓｓｏｌｕｔｉｏｎ ｔｅｓｔ ａｔ ａ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｏｆ ７０ ℃ ｆｏｒ ３０ ｍｉｎ， ｗｉｔｈ ａｃｉｄ ａｄｄｉｔｉｏｎ ａｔ ａ ｒａｔｉｏ ｏｆ ０．９∶１， ｒａｗ ｏｒｅ ａｔ ｔｈｅ ｓｉｚｅ ｆｒａｃｔｉｏｎ ｏｆ -０．０７４ ｍｍ ８６．３１％， ｌｉｑｕｉｄ／ ｓｏｌｉｄ ｒａｔｉｏ ａｔ ３ ∶１， ｒｅｓｕｌｔｅｄ ｉｎ ｖａｎａｄｉｕｍ ｒｅｃｏｖｅｒｙ ｒａｔｅ ｒｅａｃｈｉｎｇ ９５．８８％ ａｎｄ ｍａｇｎｅｓｉｕｍ ｌｅａｃｈｉｎｇ ｒａｔｅ ｕｐ ｔｏ ９４．７２％， ｓｈｏｗｉｎｇ ａ ｓａｔｉｓｆａｃｔｏｒｙ ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ ｅｆｆｅｃｔ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ ｖａｎａｄｉｕｍ； ｍａｇｎｅｓｉｕｍ； ｄｉｓｓｏｌｕｔｉｏｎ； ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ； ｓｕｌｆｕｒｉｃ ａｃｉｄ 钒具有优异的物理性能和化学性能，有金属“维 生素”之称，其应用领域涵盖了航空航天、电池、颜料、 光学、医药等众多领域［１-２］。 镁是最轻的结构金属材 料之一，又具有阻尼性和切削性好、易于回收等特 点［３］，在汽车、医疗、体育等方面广泛应用［４］。 攀西地区的钒资源丰富，火法或湿法炼钒工艺提 钒之后产生的废渣，含有有价金属元素［５］，例如钒、镁 等元素。 国内外对含钒废渣的综合利用进行了大量研 究［６-８］，但都限于回收渣中的钒，且工艺复杂、能耗较 大［９-１０］。 本文以攀西地区镁热还原法提取金属钒以后 的废渣为研究对象，采用硫酸溶出分离渣中钒和镁，研 究了酸用量配比、废渣粒径、溶出温度、液固比和溶出 时间对钒、镁分离效果的影响。 １ 实验部分 １．１ 实验原料及设备 实验所用废渣主要成分见表 １。 表 １ 废渣主要成分（质量分数） ／ ％ ＶＭｇＦｅＣａＳｉ其他 ５．１０３６．９９９．８０２２．２８１８．００７．８３ 实验所用设备主要有ｉＣＡＰ６３００ 电感耦合等离子 发射光谱仪、ＴＡＳ-９８６ 原子吸收分光光度计、ＰＬ２００２ 电 子天平、１０１Ｚ 集热式恒温加热磁力搅拌器、真空抽滤机、 烘箱、２２０-ＡＣ 电子万用电炉等。 实验用水为蒸馏水。 １．２ 实验原理及方法 实验用废渣主要由各种金属的氧化物组成，在酸 溶条件下，渣中金属氧化物与酸反应，使钒进入渣中， 镁进入溶液中，从而达到钒、镁分离的目的。 原料中的铁一部分变为三价铁，生成氢氧化铁 （酸溶后的溶液呈碱性）进入渣中，一部分变为二价铁 进入溶液中；原料中的钙一部分变为硫酸钙进入渣中， 一部分变为钙离子进入溶液中。 ①收稿日期 ２０１７-０１-０５ 作者简介 冯 刚（１９９０-），男，陕西汉中人，硕士研究生，主要研究方向为有色金属冶金。 通讯作者 徐本军（１９７５-），男，贵州贵阳人，博士，副教授，主要研究方向为湿法冶金。 第 ３７ 卷第 ３ 期 ２０１７ 年 ０６ 月 矿矿 冶冶 工工 程程 ＭＩＮＩＮＧ ＡＮＤ ＭＥＴＡＬＬＵＲＧＩＣＡＬ ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ Ｖｏｌ．３７ №３ Ｊｕｎｅ ２０１７ 万方数据 实验方法将记重的渣倒入稀释至一定浓度的浓 硫酸溶液中，不断搅拌，并加热，一段时间后，过滤。 然 后将滤渣放入烘箱干燥，分析测定钒和镁的含量，计算 钒回收率和镁溶出率。 ２ 实验结果与讨论 ２．１ 硫酸用量配比对钒回收率和镁溶出率的影响 废渣-０．０７４ ｍｍ 粒级占 ８６．３１％，溶出温度 ７０ ℃，液 固比３∶１，溶出时间３０ ｍｉｎ，硫酸用量配比（酸体积与原矿 质量之比）对钒回收率和镁溶出率的影响如图１ 所示。 硫酸用量配比 ■ ■ ■ ■ ■ ■ 100 90 80 70 60 50 40 30 0.50.60.70.80.91.0 镁溶出率／ 钒回收率／ ●●● ● ● ● 镁溶出率 钒回收率 ■ ● 图 １ 硫酸用量配比对钒回收率和镁溶出率的影响 由图１ 看出，硫酸用量对钒回收率的影响较小，对镁 溶出率影响较大。 随着硫酸用量增加，钒回收率变化较 小，基本保持在９０％以上。 而镁溶出率呈上升趋势，当硫 酸用量配比超过０．９，镁溶出率上升缓慢，变化平稳。 这是 因为当硫酸用量配比小于 ０．９ 时，酸量不足，渣中氧化镁 没有完全与硫酸反应。 酸不足时，渣中氧化物没有完全 反应，使得钒品位变低，但渣质量变化很小；酸足够时，渣 中氧化物与酸反应完全，虽然渣重变化很大，但钒品位升 高，因而钒回收率变化较小。 所以，硫酸用量最佳配比为 ０．９∶１，此时钒回收率 ９６．９％，镁溶出率 ９２．７２％。 ２．２ 粒度对钒回收率和镁溶出率的影响 硫酸用量配比 ０．９∶１，溶出温度 ７０ ℃，液固比 ３ ∶１， 溶出时间 ３０ ｍｉｎ，废渣粒度对钒回收率和镁溶出率的影 响如图 ２ 所示。 磨矿时间与废渣粒度的关系见表 ２。 磨矿时间／min ■ ■ ■ ■ ■ 100 96 92 88 84 80 05101520 镁溶出率／ 钒回收率／ ● ● ● ● ● 镁溶出率 钒回收率 ■ ● 图 ２ 粒度对钒回收率和镁溶出率的影响 表 ２ 磨矿时间与废渣粒度的关系 磨矿时间／ ｍｉｎ-０．０７４ ｍｍ 粒级含量／ ％ ５７７．８３ １０８３．５０ １５８６．３１ ２０９０．４１ 由图 ２ 看出，镁溶出率随磨矿时间增加变化不大； 钒回收率随磨矿时间增加，先减小（在磨矿 ５ ｍｉｎ 处最 小）然后又上升（在磨矿 １５ ｍｉｎ 处最大）。 综合考虑， 磨矿时间为 １５ ｍｉｎ，即-０．０７４ ｍｍ 粒级占 ８６．３１％时最 佳，此时钒回收率 ９８．８９％，镁溶出率 ９１．６２％。 ２．３ 溶出温度对钒回收率和镁溶出率的影响 废渣-０．０７４ ｍｍ 粒级占８６．３１％，硫酸用量配比 ０．９∶１，液固比 ３∶１，溶出时间 ３０ ｍｉｎ，溶出温度对钒回 收率和镁溶出率的影响如图 ３ 所示。 溶出温度／℃ ■ ■ ■ ■ ■ 97 95 93 91 89 5060708090 镁溶出率／ 钒回收率／ ●● ● ● ● ■ ● 镁溶出率 钒回收率 图 ３ 溶出温度对钒回收率和镁溶出率的影响 由图 ３ 看出，随着溶出温度上升，钒回收率先下降 后上升，在 ７０ ℃ 时最低；镁溶出率先上升后下降，在 ７０ ℃时最高。 但是钒回收率和镁溶出率变化均不大， 都保持在 ９０％以上。 综合考虑，溶出温度为 ７０ ℃ 时 最佳，此时钒回收率 ９３．９４％，镁溶出率 ９４．２％。 ２．４ 液固比对钒回收率和镁溶出率的影响 废渣-０．０７４ ｍｍ 粒级占８６．３１％，硫酸用量配比 ０．９∶１，溶出温度 ７０ ℃，溶出时间 ３０ ｍｉｎ，液固比对钒 的回收率和镁溶出率的影响如图 ４ 所示。 液固比 ■ 98 97 96 95 94 93 23456 镁溶出率／ 钒回收率／ ● ■ ● ■ ● ■ ● ■ ● 镁溶出率 钒回收率 ■ ● 图 ４ 液固比对钒回收率和镁溶出率的影响 ２１１矿 冶 工 程第 ３７ 卷 万方数据 由图 ４ 看出，随着液固比增加，钒回收率先上升后 下降再上升，分别在液固比为 ４ 和 ６ 处取得最小和最 大；镁溶出率先下降后上升再下降，分别在液固比为 ４ 和 ６ 处取得最大和最小。 但钒回收率和镁溶出率变化 均不大，都保持在 ９３％以上。 但是在工业上，从节能的 角度出发，液固比越小越好。 综合考虑，液固比为 ３∶１时 最佳，此时钒回收率 ９５．３５％，镁溶出率 ９５．１３％。 ２．５ 溶出时间对钒回收率和镁溶出率的影响 废渣-０．０７４ ｍｍ 粒级占 ８６．３１％，硫酸用量配比 ０．９∶１，溶出温度 ７０ ℃，液固比 ３∶１，溶出时间对钒回收 率和镁溶出率的影响如图 ５ 所示。 溶出时间／min ■ ■ ■ ■ ■ 97 96 95 94 93 92 91 90 201030405060 镁溶出率／ 钒回收率／ ● ● ● ■ ● ● ● 镁溶出率 钒回收率 ■ ● 图 ５ 溶出时间对钒回收率和镁溶出率的影响 由图 ５ 看出，随着溶出时间上升，钒回收率先上升 后下降再上升，然后下降，分别在 ３０ ｍｉｎ 和 ５０ ｍｉｎ 处 取得最小和最大；镁溶出率先上升后下降再上升，分别 在 １０ ｍｉｎ 和 ３０ ｍｉｎ 处取得最小和最大。 但钒回收率 和镁溶出率变化均不大，都保持在 ９０％以上。 综合考 虑，从节能的角度出发，溶出时间为 ３０ ｍｉｎ 时最佳，此 时钒回收率９３．０８％，镁溶出率 ９４．６７％。 ２．６ 优化条件试验 综合上述实验结果，选择最佳实验条件为硫酸用 量配比 ０．９∶１，废渣-０．０７４ ｍｍ 粒级占 ８６．３１％，溶出温 度 ７０ ℃，液固比 ３ ∶１，溶出时间 ３０ ｍｉｎ。 在最佳实验 条件下进行了 ３ 组钒、镁分离平行实验，结果见表 ３。 表 ３ 钒、镁分离实验结果 实验编号钒回收率／ ％镁溶出率／ ％ １９５．１６９４．８８ ２９５．８１９４．７０ ３９５．９６９４．８０ 平均值９５．６４９４．７９ 从表 ３ 可见，就 ３ 组平行实验结果而言，钒和镁的 分离效果比较稳定，钒回收率达到 ９５．６４％，镁溶出率 达到 ９４．７９％，钒、镁分离效果很好。 按最佳工艺参数溶完后的渣的主要成分见表 ４。 由表 ４ 可见，钒、镁分离效果很好。 与溶出前相比，钒 品位提高了很多；进入溶液中的镁可以进行除杂处理， 然后用作制备轻质氧化镁的母液［１１］。 表 ４ 酸溶后渣的主要成分（质量分数） ／ ％ ＶＭｇＦｅＣａＳｉ其他 １５．８５１．９５０．６７３０．００３５．８８１５．６５ ３ 结 论 含钒、镁废渣在硫酸作用下，废渣中的金属氧化物与 酸发生反应，镁进入溶液中；而可溶性钒进入渣中，从而 使钒、镁分离。 在硫酸用量配比 ０．９ ∶１、废渣-０．０７４ ｍｍ 粒级占 ８６．３１％、溶出温度 ７０ ℃、液固比 ３ ∶１、溶出时间 ３０ ｍｉｎ 时，钒回收率达到 ９５．８８％，镁溶出率达到 ９４．７２％， 分离效果很好。 参考文献 ［１］ 申泮文． 无机化学丛书第 ８ 卷，钛分族、钒分族、铬分族［Ｍ］． 北 京科学出版社， ２０１１． ［２］ 赵海燕． 钒资源利用概况及我国钒市场需求分析［Ｊ］． 矿产保护 与利用， ２０１４（２）５４-５８． ［３］ 天津化工研究院． 无机盐工业手册（上册）［Ｍ］． 北京化工出版 社，１９７９． ［４］ 章启军，刘育鑫，吴玉锋． 金属镁渣的回收利用现状［Ｊ］． 再生资 源与循环经济， ２０１１，４（６）３０-３２． ［５］ 李秀敏，张一敏，黄 晶，等． 利用攀钢提钒尾渣制备富钒渣的研 究［Ｊ］． 矿冶工程， ２０１３，３３（５）１１１-１１４． ［６］ 孟利鹏，赵 楚，王少娜，等． 国内提钒尾渣再提钒技术研究进展 ［Ｊ］． 钢铁钒钛， ２０１５，３６（３）４９-５６． ［７］ 胡克俊． 国外钒的应用现状及攀钢钒产品的开发建议［Ｊ］． 钢铁 钒钛， ２０００，２１（１）６４-７０． ［８］ 叶国华，童 雄，路 璐． 含钒钢渣资源特性及其提钒的研究进展 ［Ｊ］． 稀有金属， ２０１０，３４（５）７６９-７７５． ［９］ 章启军，刘育鑫，吴玉锋． 金属镁渣的回收利用现状［Ｊ］． 再生资 源与循环经济， ２０１１，４（６）３０-３２． ［１０］ 谢永福． 钢渣与废酸制取五氧化二钒等的试验研究［Ｊ］． 青岛科 技大学学报（自然科学版）， １９８０（１）２２-３２． ［１１］ 徐 徽，苏元智，李新海，等． 盐湖水氯镁石制取轻质氧化镁的工 艺［Ｊ］． 中国有色金属学报， ２００４，１４（１０）１７７６-１７８１． 引用本文 冯 刚，徐本军，黄彩娟，等． 硫酸溶出分离废渣中钒和镁的 试验研究［Ｊ］． 矿冶工程， ２０１７，３７（３）１１１-１１３． ３１１第 ３ 期冯 刚等 硫酸溶出分离废渣中钒和镁的试验研究 万方数据