沉钒工艺现状和研究进展

钒作为战略金属在众多领域中扮演着关键角色,而且随着钒氧化还原液流电池商业化应用的增多,各领域对钒的需求量将会进一步增加。焙烧-浸出-除杂-沉钒是从含钒资源中提取钒的最成熟技术之一。其中,从溶液中沉淀出钒是提钒的重要步骤,与钒的回收率和产品质量密切相关。本文首先综述了目前存在的较为成熟的传统沉钒工艺,主要包括水解沉钒、铵盐沉钒、铁盐沉钒和钙盐沉钒,并对其沉钒机理、适用场景和优缺点进行初步分析。其中,酸性铵盐沉钒虽然因其生产周期较短、铵耗量小、五氧化二钒产品纯度高等优点被大规模用于工业生产中,但该方法在生产过程中不可避免地会产生大量难处理的氨氮废水,制约了钒生产企业的进一步发展。因此,提出了一些减少铵盐消耗的新型沉钒方法,主要包括微波强化沉钒、以低价氧化钒的形式沉钒、氨基化合物沉钒等,以期为实现少铵甚至无铵沉钒提供研究思路和方向。

液相氢还原沉钒制备V_(2)O_(3)及其动力学研究

V_(2)O_(3)是制备氮化钒、氮化钒铁和钒铁重要原料。液相氢还原可直接从富钒液制备出V_(2)O_(3),具有短流程、绿色环保、能耗低的优点。本研究选择低成本的蒽醌和镍粉作为催化剂来替代PdCl_(2),蒽醌沉钒的主要产物为VO_(2)(H_(2)O)_(0.5),无法制备出V_(2)O_(3);镍粉沉钒能获得和PdCl_(2)相同的V_(2)O_(3)产物,沉钒率为99.87%。蒽醌、镍粉与PdCl_(2)催化液相氢还原反应活化能分别为188.83 kJ/mol、140.09 kJ/mol和38.07 kJ/mol。H_(2)分子在Ni或Pd表面发生裂解,同时H原子的s轨道与Pd、Ni的p轨道和d轨道发生了杂化,形成还原性较强的Pd—H或Ni—H键,Pd和Ni对氢气的化学吸附能分别为1.34 eV和2.04 eV;H_(2)在250-300℃发生裂解,其解吸活化能为9.699 4 kJ/mol。本研究采用镍粉可替代PdCl_(2)制备出纯度99.21%的V_(2)O_(3)产品。

沉钒条件对沉钒率的影响研究

随着科技的发展,五氧化二钒的应用领域不断扩大,对钒产品纯度的要求也越来越高。本文采用弱碱性铵盐沉钒法进行实验,通过实验得出最优沉钒条件为:加铵系数K=1.5,p H值7.5,反应温度50℃,反应时间为40 min,沉钒率达到95%以上,V2O5含量在97%以上。为高纯五氧化二钒的工业化生产提供方向性参考。

废钒触媒酸性铵盐沉钒工艺回收五氧化二钒的研究

硫酸生产过程中产生的废钒触媒,采用酸性铵盐沉钒工艺处理,工艺条件易于掌握,所消耗材料品种少,设备腐蚀性小,钒的回收率较高,技术经济指标合理。回收的五氧化二钒产品符合国家产品质量标准的要求,而且生产成本低可获得较好的经济效益。生产过程中产生的固体残渣制成水淬渣,作为水泥配料外售,气体和液体废弃物可以进行回收利用,整个生产过程不会对环境产生污染,同时降低危险固废储存过程潜在风险,环境效益显著。

石煤钒矿全湿法提钒技术中沉钒工艺研究

以钒反萃取液(主要成分五氧化二钒浓度99.30 g/L,铁浓度3.15 g/L)为原料,研究了钒反萃取液酸度、沉钒pH值、溶液电位等条件对沉钒率和产品五氧化二钒质量的影响。试验结果表明:针对含铁较高的上述钒反萃取液,为了获取优质五氧化二钒产品,沉钒分二段进行。第一段沉钒是先用硫酸调整钒反萃液酸度为1.5 mol/L,60℃水浴下加氯酸钠,控制溶液电位为1 000 mV,用15%的氨水调pH值在0.5以内,90℃下搅拌1 h,该段沉钒率为85%,其产品五氧化二钒含量达99%以上,铁含量在0.3%以下。第二段沉钒是将上述滤液接着用氨水调pH值至2.0并于90℃下搅拌1 h,两段总沉钒率达99%,第二段沉钒产品铁含量达1.5%,需后处理,经30%氢氧化钠溶液除铁后再次沉钒,其产品五氧化二钒含量达99%以上,铁含量在0.1%以下。

提高酸性铵盐沉钒效果的研究

以江西某地含钒石煤经焙烧-水浸-离子交换所得的富钒液为对象,研究了加酸加铵方式、添加晶种以及产品洗涤方式对酸性铵盐沉钒制备多聚钒酸铵(APV)的影响。结果表明:冷态下采用2次加酸1次加铵、加铵pH值为5左右的方式沉钒有助于提高沉钒效果,V2O5纯度可达99%以上;低浓度含钒溶液沉钒时,按其生成APV质量的1/200加入晶种破坏溶液过饱和度,可将沉钒时间缩短25%;得到的沉淀物经液固比为40∶1的自来水洗涤,能将APV中Na+,K+含量降至0.24%,且钒损失率仅为0.2%。

弱酸性铵盐沉钒工艺条件研究

本文研究了淅川钒矿钠化焙烧物料水浸液弱酸性铵盐沉钒的工艺条件，结果表明，多钒酸铵沉钒的最佳工艺条件为：沉钒ｐＨ值为６．０，ＮＨ＿４Ｃｌ加入量３０ｇ／Ｌ，搅拌时间９小时。在该工艺条件下，若浸出液中Ｖ＿２Ｏ＿５含量大于６．５ｇ／Ｌ，多钒酸铵沉钒率≥９７％。

酸性铵盐沉钒制备高纯V_2O_5的试验研究

以石煤提钒水浸—离子交换所得富钒液为研究对象,分析了富钒液中钒及杂质含量,以及酸性铵盐沉钒pH值、温度、时间、铵盐类型和加铵系数等因素对制备高纯V2O5的影响。试验结果表明,采用酸性铵盐沉钒,在最佳工艺条件下可制备高纯度粉体V2O5。

钙盐沉钒的热力学研究

根据同时平衡原理以及质量守恒定律，绘制了在不同的游离总钙浓度下Ca-V（V）-H2O体系25℃时的热力学平衡图，并进行了热力学分析。结果表明，随着溶液pH值的增大，体系中依次出现V2O5、Ca（VO3）2、CazV2O7、Ca3（VO4）2、Ca3（VO4）7＋Ca（OH）2、Ca（OH）2六个沉淀稳定区。当沉钒反应平衡后液游离总钙浓度为0．01mol／L时，在pH=5．1～9．8范围内，钒以Ca（VO3）。形式沉淀，钒浓度最低可降至2．2×10^-3mol／L；在pH-9．8～10．3范围内，钒以Ca2V2O7形式沉淀，钒浓度最低可降至1．2×10^-2mol／L；在pH=10．3～12．6范围内，钒以Ca3（VO4）2形式沉淀，钒浓度最低可降至2．4×10^-4mol／L，沉钒效果最佳。当游离总钙浓度为0．01～1．0mol／L时，理论最佳沉钒pH值基本维持在11．0～12．6。

含钒废渣生产五氧化二钒的沉钒废水的处理研究

简要介绍了含钒废渣生产五氧化二钒的工艺,阐述了沉钒废水对人体和环境的危害,陈述了两种工艺沉钒废水的主要成分及浓度,分析了共性和特性。并针对不同的生产方法及沉钒废水的性质,分别选择制定合理的废水处理方案,为环境影响评价工作提供一定的科学依据。

分步结晶技术在酸性铵盐沉钒废水处理中的应用

五氧化二钒生产过程中会产生大量的酸性铵盐沉钒废水。在经还原、中和处理后的沉钒废水依然含有大量的钠盐、铵盐。本文介绍了沉钒废水处理现有的主要处理方式,阐述了分步结晶技术处理酸性铵盐沉钒废水的工艺流程,总结出了该技术的难点。

连续处理酸性沉钒废水的研究

连续处理酸性沉钒废水的研究程正东（冶金部钢铁研究总院，北京１０００８１）目前存在多种提钒废水处理方法，如ＦｅＳＯ４法、铁屑法、ＳＯ２法、离子交换法等。其中ＦｅＳＯ４法存在净水剂耗量高，净水渣二次污染等问题；铁屑法处理成本低，但存在腐蚀钝化现象，净水效...

攀钢钒渣钙化焙烧酸浸液沉钒试验

为了揭示攀钢钒渣钙化提钒工艺酸浸液直接沉钒的一般规律,确定合适沉钒工艺技术参数,以3种不同钒、磷浓度的酸浸液及其混合配制液为对象,研究了沉钒液钒磷浓度比、钒浓度、初始pH值对沉钒率和V2O5产品质量的影响.结果表明：①沉钒液钒磷浓度比升高,沉钒率上升、V2O5产品磷含量下降.②钙化工艺对沉钒液磷浓度的要求更宽松,在钒磷浓度比大于767、磷浓度小于0.042 g/L情况下的沉钒效果与钠化提钒工艺钒磷浓度比大于1 100、磷浓度小于0.015 g/L情况下的沉钒效果相当.③沉钒液钒浓度越低越不利于沉钒,适宜的沉钒初始浓度为32～ 40 g/L,当沉钒过程中上清液的pH ＞2.5时应采取二次补酸、加热、沉钒措施来提高沉钒效果.④对于钒磷浓度比≥767（磷浓度≤0.042 g/L）的沉钒液,在沉钒初始pH =2.0左右时,沉钒率达99.5％以上,V2O5产品的V2O5含量大于98.5％,磷含量低于0.016％.

提高酸性铵盐沉钒质量的探讨

针对酸性铵盐沉钒生产过程,优化了工艺参数和控制手段,为生产高品位的V2O3提供优质的原料。主要讨论了含钒浸出液浓度、铵盐加入量、沉钒温度、反应时间、pH值、搅拌条件及板框压滤过程中洗涤条件等因素对酸性铵盐沉钒法制备的多聚钒酸铵(APV)质量的影响。结果表明:含钒浸出液钒浓度为25～35 g/L,采用两次加酸工艺,沉淀终点温度95℃,沉淀反应时间约35 min,APV滤饼洗涤时间20 min,洗涤水温度在75℃左右,压榨吹风时间80 min,风压≥0.5 MPa,滤饼厚度≤25 mm等工艺条件下,可降低沉淀产物多聚钒酸铵的杂质含量,从而提高产品质量。

沉钒液泡沫的消除

针对酸性铝盐沉钒工艺沉淀酸性铵盐过程中沉钒液内涌起泡沫影响正常操作等问题，考察了钒渣碱地、浸出液ｐＨ值、表面张力和沉钒上层液等影响因素，并提出了相应的改进措施．

石煤直接酸浸提钒富液铵盐沉钒工艺研究

陕西五洲矿业股份有限公司原采用直接酸浸—萃取—反萃取—氨水沉钒工艺处理含钒石煤,存在氨水沉钒率低(95%左右)、沉钒母液氨氮含量和沉钒滤饼烧失率高、液氨价格高且运输困难、最终V2O5产品质量不稳定等问题。为解决这些问题,首先通过实验室试验考察了用铵盐取代氨水从五洲矿业反萃取富钒液中沉钒的可能性,结果表明,所使用的3种铵盐均可取得比氨水好的沉钒效果,其中尤以碳酸氢铵的沉钒效果为最佳(沉钒率和最终V2O5产品的纯度均为最高,同时母液的氨氮含量和滤饼的烧失率均为最低),而碳酸氢铵的合适用量是使加铵系数为2。根据实验室试验结果,进一步在五洲矿业钒选冶厂沉钒车间进行了用碳酸氢铵代替氨水的工业试验,结果显示,沉钒率可达到近99%,最终V2O5产品的纯度可稳定在98%以上,从而验证了用碳酸氢铵代替氨水的有效性。按照工业试验结果进行测算,采用碳酸氢铵作为沉钒剂,可使五洲矿业年经济效益提高300万元。

T42树脂对沉钒废水中氨氮的吸附性能与机理研究

在铵盐沉钒过程中会产生大量的氨氮废水,不经处理直接排放会造成严重的环境污染。分别以T42、D001、001*8、D113为吸附剂,考察其对吹脱后铵盐沉钒废水中氨氮的吸附去除性能。结果表明,T42树脂对氨氮的去除效果最好。以T42树脂为吸附剂去除氨氮,在pH=8、温度为25℃、吸附平衡时间为9 min时,去除效果最佳。T42吸附剂吸附去除氨氮反应过程的焓变为3.38 kJ/mol、熵变为18.90 J/(mol·K),不同温度下吉布斯自由能均为负数,说明T42树脂吸附氨氮为自发进行的吸热反应,升高温度有利于吸附的进行;拟二级动力学模型可以较好地解释吸附过程,吸附过程以化学吸附为主。在沉钒废水流速为9 mL/min,柱高为14 cm,pH=8,沉钒废水体积为321 mL时,经过3级串联处理后,出水氨氮浓度为1.13 mg/L,达到《钒工业污染物排放标准》,T42树脂可有效去除沉钒废水中的残余氨氮。

N235萃取法从钒钛磁铁矿沉钒废水中回收钒

针对某钒钛磁铁矿沉钒废水中的钒被石灰直接中和导致钒资源被浪费等问题,研究了以N235萃取法从钒钛磁铁矿沉钒废水中回收钒,考察了萃取剂浓度、相比、初始pH以及反萃剂浓度等对钒萃取及反萃的影响。结果表明:沉钒废水经四级逆流萃取、五级逆流反萃,可获得钒浓度为28.83g/L的富钒液,经水解沉钒、煅烧,可获得YB/T 5304—2017冶金98级V2O5产品,钒总回收率为96.97%。生产中可将钒浓度相近的富钒液与酸浸液合并水解沉钒,从而实现了钒金属的闭路循环,提高钒的总回收率。

尿素沉钒制备高纯五氧化二钒

以尿素沉钒制备高纯五氧化二钒,考察了沉钒时间、沉钒温度、加铵系数对沉钒过程的影响。结果表明,延长沉钒时间、提高沉钒温度、增大加铵系数,均能有效提高沉钒率和产品纯度。在沉钒时间6h、沉钒温度98℃、加铵系数6.67时,沉钒率达到93.57%,纯度达到99.57%以上(氨水沉钒产品纯度仅为95.42%),且满足冶金行业标准。与氨水沉钒产物对比,尿素沉钒产物结晶度更高,形貌更完整均一。

高浓度沉钒工艺研究

采用酸性铵盐沉淀法,以25～30 g/L沉淀原液为研究对象,进行高浓度钒液沉钒研究。以硫酸铝为钒液净化剂,通过控制钒液净化过程温度、酸度等工艺条件,得到优质、高浓度沉钒原液;沉钒过程中,通过控制钒液pH值、加铵系数、加酸温度等得到合格的优质钒酸铵。应用高浓度沉钒工艺后,吨钒降低新水消耗10 m^3,减少了沉钒工序蒸汽及电力消耗,增强了产品的竞争力。