熔融钒渣析晶调控高效提钒机理

基于熔融钒渣在不同冷却制度下导致钠化焙烧-水浸工艺提钒率波动大的问题,本文采用光学显微镜(OM)、X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM+EDS)及电子探针(EPMA)等表征方法,研究熔融钒渣中钒的析出及钒尖晶石结晶特征对钒提取率的影响,并深入探讨了析晶调控高效提钒机理。结果表明:熔融钒渣的水淬温度对熔融钒渣中钒的析出率、钒尖晶石结晶粒度及钒渣钠化焙烧-水浸过程钒物相转化率及浸出率影响显著。在熔融钒渣降温过程中,1400~900℃为尖晶石快速成核生长期,900℃水淬后,钒基本完成从液相向尖晶石固相中的迁移,结晶相以钒铁尖晶石为主,其中钒呈均匀分散状态;900℃后,尖晶石生长变缓,并以钛铁尖晶石沿钒尖晶石边缘析出为主,尖晶石内部仍呈现钒的“中心聚集效应”。对1400℃、900℃和400℃水淬钒渣(Water-quenched vanadium slag,WQVS)分别进行钠化焙烧-水浸试验,水淬钒渣粒度小于0.15 mm,m(Na_(2)CO_(3))∶m(NaCl)∶m(WQVS)=10∶3∶100,焙烧温度为780℃,焙烧时间为200 min。将焙烧产物磨细至粒度小于0.18 mm后80℃水浸,浸出时间为45 min,钒浸出率分别为75.15%、95.09%和78.78%。这表明将熔融钒渣缓冷至900℃水淬可有效提高钠化焙烧-水浸工艺的钒提取率,并同时提高生产效率。

V_(2)O_(5)对镁铝尖晶石质陶瓷材料烧结性能的影响

为探究添加剂对镁铝尖晶石陶瓷材料烧结性能的影响及作用机理,以MgO和Al_(2)O_(3)为主要原料,V_(2)O_(5)为添加剂,采用固相烧结法合成镁铝尖晶石(MgAl_(2)O_(4))陶瓷材料。Al_(2)O_(3)、MgO质量比为2.55∶1,在体系中引入质量分数分别为1%、3%、5%、7%的V_(2)O_(5),分析烧结后试样的物相组成、微观形貌、显气孔率及力学强度。结果表明,当V_(2)O_(5)添加量低于5%时,V_(2)O_(5)与MgAl_(2)O_(4)晶体固溶,优先取代Al^(3+),添加量高于5%时,进而取代Mg^(2+),发生缺陷反应,降低扩散阻力,显著增强体系中离子的互扩散速率,促进MgAl_(2)O_(4)的反应烧结及晶体发育,但过量添加V_(2)O_(5)会导致V^(5+)来不及进入晶格而分布于MgAl_(2)O_(4)晶界处,反而阻碍了质点的迁移和扩散,抑制烧结过程,从而不利于提高烧结性能。

钒渣空白焙烧过程物相变化特征研究

钒渣空白焙烧工艺属于钒渣提钒领域的新方法,明确物相变化特征对于构建和完善钒渣焙烧过程的物相演变机理具有重要意义。本文从以往钒渣物相研究中易忽略的物相含量、形貌和钒元素赋存状态着手,应用矿物分析仪、X射线衍射分析仪和扫描电镜等设备对空白焙烧阶段钒渣中主要物相的变化特征进行了分析,结果表明:钒尖晶石、铁橄榄石和钙铁辉石随焙烧温度上升而逐渐氧化分解,含量逐步降低,钒酸锰、氧化铁、铁板钛矿等产物含量逐渐增加;随焙烧温度上升,钒尖晶石、铁橄榄石及钙铁辉石由边缘氧化逐渐过渡至内部氧化直至完全分解,其中钒尖晶石的氧化分解产物主要为钒酸锰、氧化铁及铁板钛矿,铁橄榄石、钙铁辉石的氧化分解产物主要为氧化铁和玻璃质;焙烧过程,钒渣中的钒元素主要由钒尖晶石向钒酸锰、氧化铁和铁板钛矿等物相迁移;900℃是钒渣空白焙烧的合适温度。

KOH亚熔盐法分解钒渣的动力学分析(英文)

开发了一种常压下用KOH亚熔盐介质氧化分解钒渣的新工艺,并考察了反应温度、碱矿质量比、粒度、搅拌速率等工艺参数对钒铬浸出的影响。结果表明,反应温度、碱矿比是最重要的影响因素;在反应温度180°C、碱矿质量比4:1、搅拌速率700r/min、通氧气流量1L/min的条件下,反应进行300min后钒、铬的浸出率分别达到了95%和90%。动力学分析表明,钒渣在KOH亚熔盐介质中的氧化分解遵循缩核模型,并受内扩散控制。钒铬尖晶石分解反应的表观活化能分别为40.54和50.27kJ/mol。

钙化焙烧钒渣过程中钒尖晶石的矿物学特征

通过偏光显微镜、扫描电镜、能谱仪和电子探针的分析手段,对攀钢钒工业生产钒渣中钒尖晶石的结构与构造、化学组成及变化规律等进行详细的矿物学特征研究。结果表明,焙烧过程中氧化的钒尖晶石结构逐渐变的疏松多孔,构造上由单一的钒尖晶石向铁板钛矿固溶体、氧化铁固溶体和钒酸锰固溶体转变;钒尖晶石的化学成分主要有镁、铝、钛、钒、锰、铁等元素组成。随着氧化程度的深入,Fe O的含量在逐渐增加,V2O3的含量在逐渐减少,其他元素含量的变化不大。

铁水中钒氧化及钒铁尖晶石形成的研究

以热力学计算结果为依据对铁水中钒的氧化行为及钒渣中钒、铁存在的价态进行了理论分析,模拟铁水中钒的氧化反应制取钒渣,运用X衍射分析了钒铁尖晶石的分子组成,研究了FeO对钒铁尖晶石形成的影响.结果表明,铁水中的钒主要被氧化成V3+,也有少部分被氧化成V2+,钒渣中的铁有Fe2+和Fe3+两种形式;当初渣中氧化剂(FeO)的摩尔量与铁水中V的摩尔量比X<2时,钒渣中的钒铁尖晶石以FeV2O4的形式存在;当2<X<3时,钒铁尖晶石以FeV2O4和Fe2VO4两种形式存在;当X>3时,钒铁尖晶石以Fe2VO4的形式存在.

钒渣冷却方式对钒尖晶石颗粒大小及钠化焙烧效果的影响

对三种不同冷却方式得到的水冷钒渣、风冷钒渣和缓冷钒渣的物相结构、钒尖晶石颗粒大小进行了分析,考察了氮气气氛下1 000℃保温时间对钒尖晶石颗粒大小的影响,并对水冷钒渣、风冷钒渣和缓冷钒渣在相同条件下的钠化焙烧效果进行了比较。研究结果表明,缓冷和1 000℃保温有利于钒尖晶石颗粒长大;-0.125 mm钒渣在不添加提钒尾渣焙烧时,不同粒度范围的水冷钒渣焙烧钒转化率比同粒度范围的缓冷钒渣低1～2个百分点;-0.125 mm钒渣添加提钒尾渣焙烧时,水冷钒渣焙烧钒转化率比缓冷钒渣低0.56个百分点。

催化裂化过程中镁铝尖晶石捕钒性能及机理研究

在固定流化床(FFB)评价装置上考察了催化裂化过程中含磷镁铝尖晶石捕钒性能。结果表明:含磷镁铝尖晶石与不同稀土含量的裂化催化剂具有较好的匹配性,能够明显改善重金属污染催化剂的产品分布,当主催化剂中稀土质量分数高达4.5%时,总液体收率可提高0.6百分点,焦炭选择性有所改善,干气选择性基本相当;与FCC催化剂相比,含磷镁铝尖晶石可以优先捕集卟啉钒并形成稳定的化合物,进而在水蒸气老化过程中减弱钒对裂化催化剂的破坏。

FeO和V_2O_5反应机理的研究

在理论分析的基础上,通过DSC实验对FeO与V2O5发生的反应进行测定,得到各相变温度,结合高温淬火实验,运用X射线衍射分析淬火物质的物相组成,研究FeO和V2O5的反应机理。结果表明,FeO与V2O5反应的实质是V2O5分解出的V2O3与FeO发生反应生成FeV2O4;V2O5与FeO的氧化产物Fe2O3发生反应生成FeVO4;V2O3与FeO和Fe2O3发生反应生成Fe2VO4。当830℃<T<970℃且FeO的含量低于50%时,FeO与V2O5发生氧化还原反应,反应产物为Fe2O3和V3O5;当970℃<T<1 270℃且FeO的含量高于50%低于70%时,FeO与V2O5的反应产物以FeVO4的形式存在;T>1 270℃且FeO的含量高于35%时,FeO与V2O5的反应产物以Fe2VO4的形式存在。

掺钒尖晶石型LiV_xMn_(2-x)O_4的合成和性能

采用低温液相合成了锂离子二次电池正极材料LiVxMn2-xO4。X-射线衍射测试表明,添加了适量钒的LiVxMn2-xO4具有尖晶石型结构。循环伏安实验证实,钒的加入能促进活性材料中电荷传递,稳定尖晶石的结构,使电极材料更能承受锂离子在其中的嵌入和脱出。因此,改善了电极反应的可逆性,提高了正极材料的电化学性能。恒电流充放电实验进一步证明,钒能改善合成材料循环性能,抑制电池循环过程中,正极活性物质的比容量衰减,延长了电池的循环寿命。

钒渣钠化焙烧过程中钒尖晶石和铁橄榄石的变化规律表征

为了提高钠化提钒中钒的回收率,采用矿相显微镜、扫描电子显微镜和矿物自动解理系统(MLA)对钒铬渣和碳酸钠混合后的熟料在焙烧过程中的物相变化进行了详细研究,重点研究了混合料中钒尖晶石和铁橄榄石的形貌、结构变化规律。结果表明:钒渣氧化开始于铁橄榄石的氧化分解,随着焙烧时间的增加,铁橄榄石逐渐转变化为钠长石和钛辉石,后又形成硅酸钠和钠长石的包裹体;铁橄榄石结构的破裂导致钒尖晶石的暴露,钒尖晶石的氧化主要包括前期Fe2+的快速向外迁移和后期晶体内部铁板钛矿和钒酸锰晶体的缓慢形成、长大两个阶段。

回转窑不同温度场钒渣物相演变规律探讨

通过对实验室模拟现场回转窑的6组不同温度点下焙烧渣样品进行钒尖晶石形貌变化、物相含量变化、钒元素的赋存规律及不同温度点下物相转变机理的研究。钒尖晶石形貌变化结果表明,整个焙烧过程中钒尖晶石形貌变化经历了致密光滑块状-氧化铁的镶边结构-钒尖晶石完全直接为隐晶质物质-小颗粒物质重新组合并且长大5个过程;矿物自动解理分析仪(MLA)物相含量分析数据显示焙烧过程中石灰石、铁橄榄石、钒尖晶石和白云石在逐渐减少,普通辉石相是逐渐增加,而氧化铁固溶体、部分氧化钒尖晶石、钒酸钙固溶体和铁板钛矿固溶体的变化趋势是先增加后减少;钒元素的赋存形式规律为绝大多数钒元素赋存于氧化物中,占到总量的85%左右,其次赋存于硅酸盐中,占到钒总含量的14%左右,还有极少部分分布于碳酸盐等矿物中;整个焙烧过程物相变化机理主要分为铁元素向外扩散-氧元素向内扩散-氧化物的化合过程-化合物雏形晶体的长大4个反应过程。

钙化焙烧-酸浸提钒过程中含钒物相结构及其演变规律研究

对钒渣、熟料和残渣中含钒物相微观结构、形貌以及钒元素走向进行了分析,考察了钙化焙烧-酸浸提钒过程中含钒物相结构及其演变规律。结果表明:钙化焙烧过程中钒尖晶石由初始光滑致密的多边形逐渐氧化成多孔状态,直至最后生成凹凸不平的“圆粒状”氧化铁和“短柱状”铁板钛矿,钒元素也由最初富集在钒尖晶石中逐渐向钒酸钙、氧化铁、铁板钛矿和硅酸盐中转移;酸浸过程中熟料中凹凸不平的含钒氧化物(氧化铁、铁板钛矿和钒酸钙)逐渐变为“镂空状”铁板钛矿相,大部分钒元素被硫酸浸出,残留的钒元素主要赋存于氧化铁、铁板钛矿和硅酸钙中。

钒渣组成对V_2O_3溶解能力的影响

利用高温淬火方法得到钒渣渣系的高温物相,采用X-ray衍射分析方法确定钒渣的物相组成,分别研究了V2O3含量及n(FeO)/n(SiO2)对钒渣中V2O3溶解能力的影响。结果表明,钒铁尖晶石和Fe3O4为钒渣中存在的固定相;钒渣中V2O3含量不断增加,V2O3的溶解度随之增加,但n(FeO)/n(SiO2)<1.5,V2O3增加到一定量时,溶解度无明显变化;n(FeO)/n(SiO2)不断增大,V2O3在钒渣中的极限溶解度也随之增加。

铁钒体系中反式钒铁尖晶石形成及氧化的研究

为了解钒氧化物在转炉中的行为,通过高温淬火实验,结合X衍射分析对FeO-V2O5体系中钒铁尖晶石的形成及氧化进行了分析研究。结果表明:1 723 K时,FeO-V2O5体系发生氧化还原反应,体系中的FeO与氧化还原产物Fe2O3、V2O3反应生成反式钒铁尖晶石(Fe2VO4);1 253 K时Fe2VO4发生氧化反应,完全氧化时氧化产物为FeVO4和V2O5;部分氧化时氧化产物为FeVO4、Fe2O3和V2O5.

铁钒体系氧化还原反应综合实验设计

为了更好地培养大学生的实践动手能力和科学研究能力,将钒钛材料制备与利用的研究成果引入实验教学中,设计了铁钒体系氧化还原反应综合实验。该实验将科研与教学结合,简单易行,通过实验可让学生学习了解钒钛新材料的制备技术,同时增强学生综合运用知识进行科学研究的能力。

V2O3在钒渣中溶解特性的研究

利用高温淬火方法得到钒渣渣系的高温物相，并利用x—ray衍射分析方法确定钒渣物相组成，由此得出V2O3在钒渣中的溶解特性。结果表明，钒铁尖晶石和Fe3O4为钒渣中存在的固定相；钒渣中V2O3含量不断增加，V2O3的溶解度随之升高，但FeO／SiO2〈1．5，V2O3增加到一定量时，溶解度无明显变化；FeO／SiO2不断升高，V2O3在钒渣中的极限溶解度也随之升高。

转炉钒渣钠化焙烧分解机理的研究

工业上主要采用钠盐添加剂与钒渣进行高温焙烧,以期使得转炉钒渣中的含钒物相转化,获得易于浸出的含钒钠盐,但是转炉钒渣钠化焙烧过程的物相转化机制并不明确,导致后续钒的分离工作存在困难。以碳酸钠为添加剂,考察了钒渣钠化焙烧过程转化机理。结果表明:随着碳酸钠由5%添加到20%的过程中,钒渣中原有的钒铁尖晶石逐渐消失,最终熟料中仅存在Fe_(2)O_(3)、Fe_(2)TiO_(5)、NaFeO_(2)、SiO_(2)以及NaVO_(3)。过量的碳酸钠添加不会使得钠化焙烧熟料发生进一步变化,15%的碳酸钠添加量即可。

钒渣中尖晶石等温长大的动力学研究

采用扫描电镜(SEM)观察了低钒钒渣(V2O3 8%)不同结晶温度及不同冷却时间的结晶形貌,用X射线衍射物相分析(XRD)及能谱分析仪(EDS)研究了钒渣中V,Fe,Si等各主要元素的赋存形式,用IPP软件统计分析了不同条件下钒渣物相组成和尖晶石生长规律及其影响因素,并用JMAK模型描述了等温过程尖晶石长大动力学行为,得到了尖晶石生长表观活化能。结果表明:钒渣主要由尖晶石相和硅酸盐相组成,硅酸盐相包括大量的橄榄石相及微量的辉石相;钒主要赋存于MgV2O4,FexV3-xO4,MnxV3-xO4(1≤x≤3)等尖晶石相中,钒基本不进入硅酸盐相;尖晶石长大主要包括晶核长大与Ostwald粗化两个过程;温度1523 K左右有利于尖晶石生长,过高则过冷度较小,过低则原子扩散缓慢,均不利用尖晶石生长;1523 K保温5 min,尖晶石平均粒径仅为9.83μm,随着保温时间的延长,尖晶石尺寸逐渐增大,30min时尖晶石平均粒径为26.8μm,30 min后,尖晶石生长缓慢;尖晶石生长速率可用转变分数表示,随时间延长,转变分数逐渐降低;尖晶石生长过程可用JMAK方程描述,其表观活化能为575 kJ.mol-1。

钙化提钒焙浸工艺中含钒物相结构及其演变规律研究

钙化焙烧和酸浸工艺中物相转变差异会对总钒转化率产生比较大的影响。通过对钒渣、熟料和残渣中含钒物相微观结构、形貌以及钒元素走向进行分析,结果表明:钙化焙烧过程中钒尖晶石由初始光滑致密的多边形逐渐氧化成多孔状态,直至最后生成凹凸不平的"圆粒状"氧化铁和"短柱状"铁板钛矿,钒元素也由最初富集在钒尖晶石中逐渐向钒酸钙、氧化铁、铁板钛矿和硅酸盐中转移;酸浸过程中最明显的变化为由熟料中凹凸不平的含钒氧化物(氧化铁、铁板钛矿和钒酸钙)逐渐开始变为"镂空状"的铁板钛矿相,大部分钒元素已被硫酸浸出,残留的钒元素主要赋存在氧化铁、铁板钛矿和硅酸钙中。