富钒解吸液低成本除硅磷工艺的研究.pdf

第3 3 卷 2 0 1 3 年1 月 矿冶工程 M I N I N GA N DM E T A L L U R G I C A LE N G I N E E R I N G 、，0 1 ．3 3 J a n u a r y2 0 13 富钒解吸液低成本除硅磷工艺的研究① 封志敏，宁顺明，佘宗华，万洪强，赵强，王文娟 K f f 矿冶研究院有限责任公司，湖南长沙4 1 0 0 1 2 摘要在酸浸提钒工业中，硅磷杂质易富集，难除去，除杂工艺渣量大，成本高，钒损失大。针对钒解吸液中的硅磷杂质， 采用两步净化法，可较大减少除杂渣量，并降低成本，减少钒损失。研究表明，在解吸液p H 值为5 左右时，石灰加入量为理 论量的0 ．8 ～0 ．9 倍，常温搅拌时间1h 过滤后再加入氯化镁，加量为理论量1 ．0 5 ～1 ．1 倍，常温搅拌时间0 ．5h ；可达较佳除 杂效果与经济指标。 关键词解吸液；净化低成本；钒损失率 中图分类号T F l l l 文献标识码A文章编号0 2 5 3 - 6 0 9 9 2 0 1 3 Z 1 0 0 5 8 - 0 4 S t u d y o nR e m o v i n gS i l i c o nP h o s p h o r u sI m p u r i t i e sf r o m R i c h - V a n a d i u m D e s o r p t i o nL i q u i db y L o w - c o s t F E N GZ h i m i n ，N 1 N GS h u n ．m i n g ，S H EZ o n g - h u a , W A N GH o n g q i a n g ，Z H A OQ i a n g ，W A N GW e n - j u a n C h a n g s h aR e s e a r c hI n s t i t u t eo f M i n i n ga n dM e t a l l u r g yC oL T D , C h a n g s h a4 1 0 0 1 2 ，H u n a n ，C h i n a A b s t r a c t E x t r a c t i o no fv a n a d i u mf r o ma c i dl e a c h i n gs o l u t i o ni ni n d u s t r yh a ss o m ed r a w b a c k s ，s u c ha ss i l i c o np h o s p h o r u si m p u r i t i e s e a s ye n r i c h m e n ta n dd i f f i c u l tt or e m o v e , i m p u r i t yr e m o v a lp r o c e s ss l a gv o l u m e , h i 曲c o s t s , a n dv a n a d i u mg r e a t e rl o s s e s ．F o rs i l i c o n p h o s p h o r u si m p u r i t i e si nd e s o r p t i o ns o l u t i o no f v a n a d i u m ，u s i n gat w o - s t e pp u r i f i c a t i o nm e t h o dC a nb eal a r g er e d u c t i o ni nt h e a m o u n t o fi m p u r i t ys l a ga n dl o w e rc o s t s ，r e d u c t i o nv a n a d i u ml o s s e s ．T h es t u d i e ss h o w e dt h a ti nt h ed e s o r p t i o ns o l u t i o np Ho fa b o u t5 ，t h el i m e a d d e di na na m o u n to f 0 ．8t o0 ．9t i m e st h et h e o r e t i c a la m o u n to f ；s t i r r i n ga tr o o mt e m p e r a t u r ef o rlh f i l t e r e db e f o r ea d d i n gm a g n e s i u m c h l o r i d et h a tp l u st h ea m o u n to f1 ．0 5t o1 ．1t i m e st h et h e o r e t i c a la m o u n t ；s t i r r i n ga tr o o mt e m p e r a t u r ef o r0 ．5h ．T h i sp r o c e s sc o u l d a c h i e v e dag o o de f f e c to fi m p u r i t ya n dh i g he c o n o m i ci n d i c a t o r s ． K e yw o r d s d e s o r p t i o ns o l u t i o n ；p u r i f i c a t i o n ；l o w e rc o s t s ；V a n a d i u ml o s sr a t e 在酸浸提钒工业中，硅磷是浸出溶液中常见的 杂质，难以除去。在树脂吸附时，硅磷和钒一起被 吸附和解吸，并在解吸液中富集成高浓度。对解吸 液进行净化的常用试剂是氯化镁和氯化钙。在净化 过程中存在以下问题①用氯化镁时，渣量大，沉 降性能差，含水高，过滤、洗涤较困难；②氯化钙 价格较贵，且用量不好控制，易造成钒损失大；③在 净化过程中均需消耗较多量的烧碱以防止p H 值下 降1 1 ’2 】。本试验探索先用石灰，再用氯化镁的分步净 化法，以实现改善渣形、减少渣量、减少钒损失和 降低碱耗成本的目的。 l试验原理 在含钒酸性浸出液中，杂质磷主要以H 2 P 0 4 、 H P 0 4 二酸根离子的形式存在，并在树脂富集工序被 吸附和解吸。解吸液中的磷则以H 2 P 0 4 ’，H P 0 4 弘， P 0 4 孓三种形式存在，三者比例随解吸液的p H 值变 化I I 。前两者与镁、钙反应生成沉淀时，均会释放 出H 根离子从而使p H 下降。以石灰做净化剂，在 反应生成沉淀的同时，释放出O H 报离子，同时起 到了除硅磷和补碱的作用。但石灰的溶解度小，溶 液中钙离子浓度低，不能有效的把磷除净，且过量 的钙与钒酸根能反应生成钒酸钙沉淀，因此，钙不 能过量。故考虑用石灰除去大部分的硅磷杂质，剩 余的少量硅磷杂质则用氯化镁除去，从而达到完全 除净杂质、减少钒损失和降低除杂成本的目的【孓9 】。 试验过程中涉及的主要反应方程式为 H 2 P 0 4 。、H P 0 4 2 ’ o H 。．一P 0 4 3 。 l _ 1 2 0 ①收稿日期2 0 1 2 ．t 2 ．1 0 基金项目“十二五”国家科技支撑计划 2 0 1 2 B A B 0 7 8 0 4 作者简介封志敏 1 9 8 3 一 ，男，湖南永州人，工程师，硕士，主要从事有色金属选冶工艺与工程研究。 万方数据 第3 3 卷封志敏等富钒解吸液低成本除硅磷工艺的研究5 9 H 2 P 0 4 ‘、H P 0 4 2 “ M 孑 一一M 勘 P 0 4 2 l H H 2 P 0 4 。、H P 0 4 2 屺a 2 一一 C a H P 0 4 、c a 3 P 0 0 2 J ， H H 2 P 0 4 。、H P 0 4 2 C a 2 O H - ．一 C a s O H P 0 4 3 , [ H 2 0 c a 2 2 V 0 3 。- 一C a V 0 3 2 土 S i 0 3 2 “ M 9 2 、c d 一- M g 、c a S i 0 3J ， 2 主要试剂原料与仪器 2 ．1 原料与主要试剂 试验原液为从西北某石煤提钒冶炼厂取回的离 子交换工艺的解吸液，p H 为5 ．0 左右。分析主要元 素含量结果见表1 。 表l 解吸液的主要成分分析结果 单位g ／t 0 其他主要试验试剂氢氧化钠，3 6 ％盐酸，熟石 灰 C a O6 3 ．5 8 ％ ，六水合氯化镁。 2 ．2 主要试验仪器 搅拌器，真空过滤设备，p H S ．3 C 型p H 计，烘 箱，电子秤。 3 试验过程与结果分析 经理论计算，按六水合氯化镁 以下简称氯化镁 做为除硅磷试剂，其每升溶液消耗的试剂量为除 硅消耗5 ．2 1g ／L ，除磷消耗1 0 4 ．6 1g ／L ，合计消耗 1 0 9 ．8 2g ／L 。4 0 0m L 溶液消耗4 5gM g C l 2 6 H 2 0 ， 其等量C a O H 2 为16 ．4g 。折算成试验用熟石灰为 1 9 ．5 2g 以下简称石灰 。 3 ．1 石灰除硅磷试验 3 ．1 ．1 石灰加量对除杂效果的影响以4 0 0m L 试 验原液，加入不同质量的石灰，常温搅拌反应1h ， 过滤后分析溶液中S i 、P 浓度。试验结果见图1 。 乒 一 叫 趟 袋 图1 石灰加入量对除硅磷效果的影响 试验结果表明，随石灰加量的增大，硅磷杂质 剩余量逐步减少，当石灰加量超过2 0g 后，硅磷杂 质的减少速度变慢，再增加石灰量亦不能完全除净 硅磷杂质。 3 ．1 ．2 石灰加量与钒损失率的关系由于钒酸钙的 溶解度也小，过量的钙会与钒反应，造成钒的损失。 考察石灰加量与钒损失率的关系。取4 0 0m L 试验原 液，加入不同质量石灰，常温搅拌1h ，过滤后分析 溶液中钒的浓度，并以此计算钒进入渣中的损失率。 试验结果见图2 。 零 瞥 水 辑 蓐 图2 石灰加量与钒损失率的关系 试验结果表明，石灰除硅磷，石灰加量的增大 会引起钒损失的增加，当石灰加量超过理论量后， 钒损失率增加较大。石灰加量为理论量的0 ．8 ～O ．9 倍时有较好的除杂效果和较低的钒损失率。 3 ．1 ．3 温度对石灰除硅磷的影响以4 0 0m L 试验 原液，加入1 8g 石灰 理论量0 ．9 倍 ，在不同温度下， 搅拌反应1h ，过滤后分析溶液中S i 、P 浓度。试验 结果见图3 。 图3 温度对除硅磷效果的影响 试验结果表明，当石灰加量为理论量时，硅磷 杂质的剩余量随温度升高逐渐减少，但减少速度较 慢，说明温度对硅磷杂质的去除的影响不大。 万方数据 6 0矿冶工程第3 3 卷 3 ．1 ．4 反应时间对石灰除硅磷的影响以4 0 0m L 试验原液，加入1 8g 石灰 理论量0 ．9 倍 ，常温搅拌， 不同反应时间，过滤后分析溶液中S i 、P 浓度。试 验结果见图4 。 图4 时间对除硅磷效果的影响 试验结果表明，当石灰加量为理论量时，硅磷 杂质的剩余量随反应时间的延长而逐渐减少，但反 应时间超过lh 后，减少量变化不大。 3 ．1 ．5 石灰除杂过程中p H 的变化试验取4 0 0m L 试验原液，加入1 8g 石灰 理论量0 ．9 倍 ，常温搅拌 反应1h ，搅拌过程中，检测并记录p H 值，p H 值变 化与时间的关系见图5 。 图5 石灰除杂过程中p n 的变化 从试验结果可以看出，由于石灰的加入，溶液 的p n 先是快速上升至7 左右，然后缓慢上升，最终 可达p H 1 2 左右。 3 ．1 ．6 石灰除杂后渣的沉降试验取4 0 0m L 试验 原液，加入1 8g 石灰 理论量0 ．9 倍 ，在常温下搅拌 1h 后，将上述含渣试验液置于5 0 0m L 量筒中进行 渣的沉降性试验，沉降时间2h ，记录上清液体积。 上清液体积与时间关系如图6 。 试验结果表明，以石灰做除杂剂，其沉降效果 较好，有利于液固分离。 一 量 醛 簟 麓 赛 ■ 图6 石灰除杂渣的沉降试验结果 3 ．2 石灰与氯化镁混合除硅磷试验 由于石灰不能完全除净硅磷杂质，且过量的石 灰还会造成钒的损失增加，故试验探索先加石灰， 再加氯化镁的除杂过程。按上述加入石灰除杂的较 佳试验条件，石灰理论量0 ．9 倍，常温搅拌1h ，经 过滤后，对滤液先用酸调节p H 值至9 ～1 0 ，再进行 氯化镁试验。滤液主要元素浓度为P1 ．4 5g ／L ，S i 0 2 0 ．5 2g ／L ，V 2 0 56 0 ．2 5g ／L ；理论需氯化镁量为6 ．4 0 g 。 3 ．2 ．1氯化镁加量试验以4 0 0m L 经加石灰除杂后 的溶液，加入不同质量的氯化镁，常温搅拌反应1h ， 过滤后分析溶液中V 2 0 5 、S i 0 2 、P 浓度。结果见表2 。 表2 氯化镁加量与钒、剩余杂质浓度的关系 试验结果表明，随氯化镁加量的增大，硅磷杂 质剩余量逐步减少，当加量超过7g 后，再增加已无 影响。试验过程中，p H 值下降很少，不需调整。氯 化镁的加量增加基本不造成钒的损失。 3 ．2 ．2 氯化镁反应时间试验以4 0 0m L 经加石灰 除杂后的溶液，加入7 9 氯化镁，常温搅拌反应，过 滤后分析溶液中S i 0 2 、P 浓度。结果见表3 。 试验结果表明，硅磷杂质的剩余量随反应时间 的延长而减少，但反应时间超过3 0m i n 后，减少量 变化不大。 万方数据 第3 3 卷 封志敏等富钒解吸液低成本除硅磷工艺的研究6 l 表3 反应时间对除硅磷效果的影响 4 结论 1 石灰除硅磷的同时补碱，可减少调p H 的 碱耗，降低净化成本；石灰除硅磷渣沉降性能好， 适量时钒损失率低；但过量的石灰会引起钒的大 量损失。 2 先加石灰除去大部分硅磷杂质，经过滤后， 再对滤液加氯化镁进一步除杂的分步净化法，可实 现S i 、P 杂质的有效净化，且净化过程不需补碱， 钒损失很少。 3 试验得出较佳的除杂参数条件为石灰加量 为理论量的0 ．8 ～0 ．9 倍，常温搅拌lh ；氯化镁加量 为理论量的1 ．0 5 ～1 ．1 倍，常温搅拌0 ．5h 。 参考文献 【I 】朱军，李欣，王毅．高磷低品位钒矿的选冶试验研究【J 1 ．矿 冶工程，2 0 1 0 ，3 0 4 6 l 埘． 鲁兆伶．用酸法从石煤中提取五氧化二钒的试验研究与工业实践 【J 】．湿法冶金，2 0 0 2 ，2 l 4 1 7 5 ．1 8 3 邢学永，宁顺明，李斯佳．离子交换法从石煤直接酸浸液中提取钒 的工艺研究【J 】湿法冶金，2 0 0 9 , 2 8 4 2 1 4 ．- 2 1 7 ． 张华丽，张一敏，黄晶，等石煤提钒离子交换树脂解吸试验研究 【J 】矿冶工程，2 0 0 9 ，2 9 4 7 0 - 7 3 ． 胥洪波，罗云丽，霍健奎．钒浸出液除磷研究【J 】．1 Ⅱl l 有色金属， 2 0 0 2 ， 3 2 9 3 1 ． 尔丽珠．石灰法处理高浓度含磷废水技术【J 】．电镀与精饰，2 0 0 8 ， 3 0 5 1 3 9 - 4 0 ． 董婧蒙，王里奥，钟山，等．石灰石与石灰联合处理高浓度含磷 废水【J 】环境科学与管理，2 0 1 0 ，3 5 4 7 5 ．7 8 ． 熊鸿斌，刘文清，李鸿敬．钙法处理高浓度含磷废水【J 】- 中国给水 排水，2 0 0 3 ，1 9 5 9 1 - 9 2 ． 韩 坤，张敏莉磷化废水处理的试验与研究[ J 】．工业水处理， 2 0 0 0 ，2 0 5 3 1 - 3 2 阱 嘲 Ⅲ 嘞 嘲 m 嘲 万方数据