水相pH值和有机相配比对从石煤酸浸液中萃取钒影响的研究.pdf

收稿日期2010203203 作者简介李桂英1975 , 女,广东肇庆人,工程师,学士. 第4卷 第2期材 料 研 究 与 应 用Vo1. 4 ,No. 2 2 0 1 0年6月MATERIALS RESEARCH AND APPLICATIONJun . 2 0 1 0 文章编号16732998120100220142203 水相pH值和有机相配比对从石煤酸浸液中 萃取钒影响的研究 李桂英1,戴子林1,唐 谦2 1. 广州有色金属研究院,广东 广州 510650 ; 2.陕西五洲矿业有限公司,陕西 柞水 710048 摘 要在P204 TBP 磺化煤油的萃取体系下,水相p H值、P204和TBP的用量对钒的萃取率有较 大影响.研究表明,随着水相p H值的升高、P204用量的增加,钒的萃取率提高;作为协萃剂的TBP ,用 量不宜太大.当水相p H值为2. 0～2. 5时,选用10 P204 5 TBP 85 磺化煤油体系萃取钒,萃取 效果较好. 关键词酸浸液;萃取;水相p H ;有机相配比;高酸度 中图分类号 TF111. 3 文献标识码 A 我国石煤中五氧化二钒品位较高,一般为 018 ～1. 0 ,有的高达2 ～4 .因此,回收石煤 中的钒对我国资源综合利用具有重要意义[1].我国 从石煤中回收钒的方法主要有焙烧 浸出法如钠 化焙烧 浸出、 氧化焙烧 浸出、 钙化焙烧 浸出 和直接酸浸法等.从石煤酸浸液中回收钒,多采用重 结晶法和沉淀法,目前研究较多的是溶剂萃取法和 离子交换法.其中萃取法具有选择性强、 分离效果 好、 回收率高、 成本低、 易于连续操作和实现自动化 等优点,适合于从酸性浸出液中提取钒.采用萃取法 能使五氧化二钒得到富集从每升几克富集到几十 克 , 有利于沉钒,并使浸出液中的钒与大部分杂质 分离,从而代替净化工序[225]. 为了更系统地了解不同萃取条件对钒萃取率的 影响,本实验采用P204 TBP 磺化煤油作萃取体 系,研究石煤酸浸出液p H值范围和有机相的配比 对钒萃取率的影响. 1 实验部分 1. 1 原料与试剂 石煤酸浸液V2O5质量浓度4. 5 g/ L ,p H值 019左右. 主要试剂 P204 分析纯 , 磷酸三丁酯 TBP 分析纯 , 磺化煤油工业级 ,NaOH分析纯 . 主要仪器250mL分液漏斗, KS22电动振荡 器,PHS23E精密酸度计. 1. 2 实验原理及方法 采用P204 TBP 磺化煤油体系从石煤浸酸 液中萃取钒,萃取反应为 VO2 a HR2PO4 2O VO[R2PO4]2O 2H a1 式1中,HR2PO4为P204 ,R C8H17. 在酸性介质中, P204萃取钒是阳离子交换过 程,钒的萃取率取决于平衡时的p H值.由于P204 是酸性磷类萃取剂,对酸性介质中的VO2 和Fe3 有极强的萃取能力,对VO 2的萃取能力较弱,且 P204能萃取Fe3 而不能萃取Fe2 ,因此浸出液在 萃取之前必须进行预处理[527].本实验采用铁屑作为 还原剂. 用经20 NaOH溶液中和、 铁屑还原等预处理 后的石煤酸浸液作为萃取水相,有机相由P204、 TBP和磺化煤油组成,实验中可调节有机相各成分 比例.将有机相和水相按质量比1ζ1在分液漏斗中 混合,置于振荡器上振荡15 min ,然后静置10 min , 取水相样分析V2O5含量,并计算钒萃取率. 2 实验结果与讨论 2. 1 水相pH值对钒萃取的影响 有机相分别为10 P204 5 TBP 85 磺化 煤油和15 P204 5 TBP 80 磺化煤油,在不 同水相p H值下进行单级萃取实验,水相p H值对 钒萃取率的影响如图1所示. 图1 水相p H值与钒萃取率的关系曲线 Fig. 1 Relation curve between aqueous pH and extraction rate 由图1可知,钒的萃取率随水相p H值的增大 而提高.当水相p H值为2. 0～2. 5时,单级萃取效 果较好.当p H值高于2. 5时,水相中的杂质如铁、 铝会发生沉淀,并吸附一定量的钒离子,造成钒的损 失,从而影响萃取效果.所以水相p H值为2. 0～2. 5 较宜. 2. 2 有机相配比对钒萃取率的影响 在水相p H值不同的条件下,调整有机相的配 比, TBP添加质量分数分别为5 和10 ,调整 P204添加量进行萃取实验,考察有机相配比对钒萃 取率的影响,实验结果如图2和图3所示. 由图2和图3可知,钒的萃取率随P204用量的 增加而提高;当水相p H值为2. 0 ,2. 5时,钒萃取率 均较高.比较图2和图3发现,当TBP添加质量分 数由5 增至10 时,钒萃取率变化不大,这表明 TBP用量对钒萃取率的影响较小.有报道[8]认为 TBP的加入只对V5 的萃取有利,而对V4 不起作 用;随着TBP用量增加,对铁的萃取率提高.从降低 铁的萃取率方面考虑, TBP添加质量分数为5 较 合适. 图2 TBP含量为5 时P204用量对钒萃取率的影响 Fig. 2 Effect of P204 consumption on extraction rate TBP content 5 图3 TBP含量为10 时P204用量对钒萃取率的影响 Fig. 3 Effect of P204 consumption on extraction rate TBP content 10 由图2可知,当水相p H值为2. 0～2. 5 ,采用 25 P204 5 TBP 70 磺化煤油作萃取有机相 时,钒的单级萃取率最高,可达82 左右.而采用 10 P204 5 TBP 85 磺化煤油体系时,钒的 萃取率达65 以上.考虑到P204用量增大会使有 机相的粘度增大而不利于两相分离,所以P204的 用量选用10 左右. 值得注意的是,在水相p H值为0. 9时水相未 经碱中和 , 采用25 P204 5 TBP 70 磺化煤 341第4卷 第2期李桂英,等水相p H值和有机相配比对从石煤酸浸液中萃取钒影响的研究 油作萃取有机相,其单级钒萃取率可达50 ,这给 高酸度的酸浸液直接作为水相萃取钒提供了一条新 的思路.如果石煤酸浸液不经碱中和直接萃取钒,萃 取剂P204的用量要比水相p H为2. 0～2. 5时的用 量多,由10 增至25 ,但因萃取剂P204可循环使 用,对生产成本影响不大.实际生产中一般实行多级 萃取,如果将石煤酸浸液直接萃取钒,可保证钒萃取 率最终达到要求;另一方面因省去了中和工序及设 备,可简化流程、 节约成本.同时,萃取过程中所产生 的萃余水的酸度较高,可将萃余水返回上一作业用 于石煤钒矿的酸浸,这样不仅可降低浸出的酸用量, 还可减少生产废水的排放量,符合环保的要求.因 此,这一思路是值得探索的. 3 结 论 在P204 TBP 磺化煤油的萃取体系中,随着 水相p H值升高,钒的萃取率提高;当水相p H值为 2. 0～2. 5时,单级萃取效果较好.随着P204用量增 加,钒萃取率提高,考虑到两相的分离效果,选用 10 P204 5 TBP 85 磺化煤油作萃取有机 相.作为协萃剂的TBP ,其用量不宜太大,添加质量 分数约5 较合适. 在多级萃取的前提下,采用25 P204 5 TBP 70 磺化煤油直接萃取未经碱中和的石煤酸 浸液中的钒,可简化流程、 节约成本、 有益环保,为高 酸度的石煤酸浸液直接用于萃取提供了一条新的 思路. 参考文献 [1]刘伟.石煤提钒工艺浅析[J ].工程设计与研究,19931 46248. [2]邓志敢,魏昶,李渂廷,等.石煤氧压酸浸液萃钒除铁工 艺研究[J ].稀有金属,20092 2902294. [3]张云,范必成,彭达平,等.从石煤酸浸液中萃取钒的工 艺研究[J ].成都理工学院学报,2001 ,281 1072110. [4]鲁兆伶.用酸法从石煤中提取五氧化二钒的实验研究与 工业实践[J ].湿法冶金,2002 ,214 1752183. [5]曹耀华,高照国,刘红如,等.萃取法从含钒酸浸液中提 取钒的研究[J ].河南化工,2007 ,246 20223. [6]杨静翎,金鑫.酸浸法提钒新工艺的研究[J ].北京化工 大学学报,2007 ,343 2542257. [7]田永淑,朱靖.石煤灰渣中提取五氧化二钒的新工[J ]. 矿产综合利用,20066 22224. [8]周崇清.钒的萃取[J ].湿法冶金,19932 30237. Effect of aqueous pHand the composition of organic phase on extracting vanadium from the stone2coal acid2leaching solution LI Gui2ying1, DAI Zi2lin1, TANG Qian2 1. Guangzhou Research Institute of Non2f errous Metals , Guangzhou510650, China; 2. Shanxi Wuzhou Vanadium Mining Ltd , Zhashui710048, China Abstract The aqueous p H , the content of P204 and TBP have significant influence on the extraction rate of vanadium when using P204 TBP sulfonated kerosene as extractants. It was found that the extraction rate of vanadium increased with the increase of the aqueous p H and the content of P204. The content of as2 sisted extractant TBP should not be added too much. And the extraction efficiency is fairly good when the aqueous p H is 2. 0 - 2. 5 with 10 P204 5 TBP 85 sulfonated kerosene as extractants. Key words acid2leaching solution ; extraction ; aqueous p H ; composition of organic phase ; high acidity 441材 料 研 究 与 应 用2 0 1 0