從釩渣鈣化焙燒硫酸浸出液中除磷試驗研究

唐紅建

（攀鋼集團研究院 釩鈦資源綜合利用國家重點試驗室，四川 攀枝花 617000）

釩渣鈉化焙燒—水浸提釩［1-3］工藝綜合回收率高，工藝成熟，在提釩工業應用廣泛。但該工藝存在鈉鹽熔點低，焙燒時容易造成爐料結塊、粘爐、結圈，影響釩的轉化和設備的正常運行；提釩尾渣中鈉鹽含量高，不能直接作為高爐冶煉原料，給提釩尾渣的綜合利用帶來困難［4］；鈉化焙燒過程中分解出的廢水廢氣嚴重污染環境［5］，腐蝕設備，限制了其進一步發展。為此，攀鋼集團研發了環境更為友好、原料可實現閉路循環的釩渣鈣化焙燒—硫酸浸出提釩［6］工藝，但該工藝在提高釩浸出率的同時，也使部分雜質進入溶液，增加了凈化工序難度。特別是磷的存在會對后期處理帶來極大的危害，尤其對沉釩影響極大，磷與釩會形成穩定的絡合物H7［P（V2O5）6］，還會與 Fe3＋、Al3＋生成磷酸鹽沉淀，污染多釩酸銨（APV），影響五氧化二釩的質量［7］，所以，在沉釩前必須去除浸出液中的磷。

目前，從含釩酸浸液中除磷的研究鮮有報道。試驗研究了用除磷劑X從釩渣鈣化焙燒硫酸浸出液中去除磷，為從含釩酸浸液中除磷探求有效途徑，從而完善鈣化焙燒—酸浸提釩工藝，提高該工藝的經濟和環境效益。

1 試驗部分

1．1 試驗原料

試驗用釩渣鈣化焙燒硫酸浸出液（pH＝2．5）的主要元素質量濃度采用ICP-AES測定，結果見表1，其中P主要以磷酸根形式存在。

表1 酸性浸出液中主要元素質量濃度 g／L

1．2 試驗原理

試驗用除磷劑X是一種多孔、高分散度的材料，比表面積大，對酸浸液中的磷酸根具有很強的吸附親和力。利用磷在該除磷劑表面粘附、架橋、表面沉淀作用，實現酸浸液中雜質元素磷與有用元素釩的分離。同時，因酸浸液pH較低，可使除磷劑X中的部分離子溶解出來，與磷酸根離子生成羥基磷酸鈣等沉淀而析出。

1．3 試驗方法

取含釩酸浸液100mL置于恒溫水浴鍋中的燒杯中，待恒溫水浴達到指定溫度后，加入一定量除磷劑X，攪拌反應一段時間后，停止攪拌，過濾，用少量去離子水洗滌濾渣，取濾液測定磷和釩的質量濃度，計算磷去除率（α）和釩損失率（β）。

式中：ρ0（P）—酸 浸 液 中 磷 質 量 濃 度，g／L；ρ1（P）—濾液中磷質量濃度，g／L；ρ0（V）—酸浸液中釩質量濃度，g／L；ρ1（V）—濾液中釩質量濃度，g／L。

2 試驗結果與討論

2．1 除磷劑X加入量對除磷效果的影響

試驗條件：初始pH＝2．5，反應溫度為60℃，反應時間為25min，攪拌速度為600r／min。除磷劑X加入量對除磷效果的影響試驗結果如圖1所示。

圖1 除磷劑X加入量對除磷效果的影響

從圖1看出，隨除磷劑加入量增加，磷去除率和釩損失率均升高。這可能是因為除磷劑在吸附磷的同時也吸附部分釩離子，造成釩的損失。除磷劑X加入量越大，吸附釩離子就越多，因此要控制除磷劑的加入量，使釩損失率控制在較低水平。綜合考慮，除磷劑X加入量選擇為10g。

2．2 反應溫度對除磷效果的影響

試驗條件：初始pH＝2．5，除磷劑X加入量為10g，反應時間為30min，攪拌速度為600 r／min。反應溫度對除磷效果的影響試驗結果如圖2所示。

圖2 反應溫度對除磷效果的影響

從圖2看出，隨溫度升高，磷去除率先升高后降低，釩損失率逐漸升高。原因可能是溫度升高，在熱力學上有利于除磷過程的進行，但溫度過高會影響除磷劑X的吸附性能。綜合考慮，適宜的反應溫度確定為60℃。

2．3 反應時間對除磷效果的影響

試驗條件：初始pH＝2．5，除磷劑X加入量為10g，反應溫度為60℃，攪拌速度為600 r／min。反應時間對除磷效果的影響試驗結果如圖3所示。

圖3 反應時間對除磷效果的影響

從圖3看出，隨反應時間延長，磷去除率和釩損失率均升高。時間越長，除磷效果越好，但磷反應越充分，過程夾雜的釩也越多，導致釩損失量逐漸增多。綜合考慮，反應時間確定為25min。

2．4 酸浸液pH對除磷效果的影響

試驗條件：除磷劑X加入量為10g，反應時間為25min，攪拌速度為600r／min，溫度為60℃。酸浸液pH對除磷效果的影響試驗結果如圖4所示。

圖4 酸浸液pH對除磷效果的影響

酸浸液pH會影響溶液中磷與釩的存在狀態，進而影響除磷效果。從圖4看出，隨酸浸液pH增大，磷去除率先升高后降低，這可能是因為適宜的pH改變了酸浸液中磷的存在形式，而此種形式的磷能更好地被除磷劑X吸附；同理，pH的改變也會影響酸浸液中釩的存在形式，不同狀態的釩被除磷劑吸附夾帶的能力不同，所以釩損失率先升高，后隨pH增大又降低，之后又升高。綜合考慮，確定酸浸液pH以2．25為宜。

2．5 穩定性驗證試驗

根據單因素試驗結果，確定從釩渣鈣化焙燒硫酸浸出液中除磷的最佳工藝條件為：除磷劑X加入量10g，反應溫度60℃，pH＝2．25，反應時間25min。在最佳條件下進行4組穩定性試驗，結果表明，含釩酸浸液的磷去除率和釩損失率均較穩定，磷去除率在68%～70%之間，釩損失率在2．2%左右。

3 結論

用除磷劑X可以去除釩渣鈣化焙燒硫酸浸出液中的磷，最佳條件下，磷去除率穩定在68%～70%之間，釩損失率較低，僅為2．2%左右。用除磷劑X去除釩渣鈣化焙燒硫酸浸出液中的磷工藝簡單，可實現清潔除磷，具有良好的環境和經濟效益。

［1］陳家鏞．濕法冶金手冊［M］．北京：冶金工業出版社，2005：947-950．

［2］朱軍，王毅，李欣，等．某高磷釩礦浸出試驗研究［J］．濕法冶金，2010，29（4）：257-259．

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