石煤提釩溶液萃取分離工藝研究

歐陽霞嫦 羅虹霖

（長沙有色冶金設計研究有限公司 湖南長沙 410011）

石煤提釩溶液萃取分離工藝研究

歐陽霞嫦 羅虹霖

（長沙有色冶金設計研究有限公司 湖南長沙 410011）

對河南某石煤礦浸出后，對浸出液進行釩萃取處理，考察不同萃取條件對釩萃取過程的影響。結果表明，最佳的選擇單級萃取的條件為：萃取劑濃度（P204∶TBP∶煤油）為 15∶10∶75，萃取相比（A∶O）為 1∶1，混合時間 7min，澄清時間 5min，萃原液 pH 值 2.3。逆向萃取采取5級逆流萃取試驗，逆向萃取率為97.92%。

釩鈦磁鐵礦和含釩石煤是我國兩大釩礦資源，含釩石煤為低熱值能源，是一種新類型釩礦資源。廣泛分布于我國南方省區，層位穩定，含釩高，儲量大，易于開采，是近十年來綜合開發利用的礦產資源[1～2]。含釩石煤的物質組成較為復雜，石煤提釩工藝流程很多，通常石煤提釩工藝流程是鈉鹽氧化焙燒—水浸出—水解沉粗釩—堿溶銨鹽沉釩—熱解脫氨制精釩（V2O5）。技術關鍵在于石煤中釩的氧化和轉化，即石煤中釩由低價（V3+）氧化至高價（V5+），并轉為溶解度較大的可溶釩進入液相，實現液固分離[3～6]。浸出溶液含有多種離子，如何高效的分離釩離子成為釩提取工藝的關鍵。

1 萃取溶液組成

河南某石煤型釩礦，主要脈石為石英，釩含量較低，主要置換鋁土礦中的Al3+存在，石煤化學組成結果如表1所示。經硫酸二段浸出所得浸出液經中和、還原處理去除或轉化過量Al、K、Fe3+等元素，免除干擾離子對浸出液萃取過程的影響，萃取溶液主要離子組成如表2所示。

表1 石煤化學分析結果

表2 石煤浸出液離子化學分析結果

2 萃取實驗

常見的萃取方式有錯流萃取、逆流萃取、分餾萃取等，實驗采用多級逆流萃取的方式，即料液從第一級進入，與由第二級來的有機相接觸，分相后負載有機相從第一級排出送反萃，萃余液流入第二級與第三級來的有機相接觸，分相，第二級萃余液與上一級來的有機相進行第三級萃取，這種水相和有機相沿著相反方向流動的多級接觸過程，只需加入一份萃取劑，可大大節省萃取劑的用量。量取一定量含釩萃前液，加入一定量萃取劑，攪拌后澄清靜置后分相，萃余液成分經ICP檢測，計算單級萃取率。

3 結果與分析

3.1 萃取相比試驗

量取萃前液 500mL，萃取劑濃度配置為 P204：TBP：煤油=15：10：75，混合攪拌7min，澄清靜置5min，改變萃取劑用量，調整萃取相比，各試驗萃取率如圖1所示。

圖1 萃取相比對釩萃取影響的試驗結果

由圖1試驗結果可以看出，單級萃取相比（A：O）越小，釩的萃取率越高。但相比越小，需要投入的萃取劑就越多，勢必造成生產升本的升高。同時，過量的萃取劑在完成對釩的萃取之后，會萃取溶液中的Fe2+易造成萃取劑鐵中毒。考慮到萃取工序的成本問題及單級萃取率結果，選擇相比（A：O）=1：1。

3.2 萃取劑濃度試驗

量取萃前液 500mL，萃取相比（A：O）選取 1：1，混合攪拌 7min，澄清靜置5min，改變萃取劑用量，調整萃取劑濃度，各試驗萃取率如圖2所示。

圖2 萃取劑濃度對釩萃取影響的試驗結果

由圖2試驗結果可以看出，單級萃取萃取劑濃度越高，對釩的萃取越有利，加入10%P204時，釩萃取率為62%，當P204用量增加到20%時，釩萃取率為74.45%?？紤]到萃取劑濃度提高，會增加萃取工序的成本，所以萃取劑濃度選擇 P204：TBP：煤油=15：10：75。

3.3 萃取混合時間試驗

量取萃前液 500mL，萃取劑濃度（P204：TBP：煤油）為 15：10：75，萃取相比（A：O）選取1：1，混合攪拌后澄清靜置5min，改變混合時間，考察其對釩萃取率的影響，各試驗萃取率如圖3所示。

圖3 萃取混合時間對釩萃取影響的試驗結果

由圖3試驗結果可以看出，單級萃取混合時間的增加，釩萃取率隨之升高，7min釩萃取率72.25%，再延長接觸時間，萃取率升高幅度變小?？紤]到P204萃取三價鐵比萃取四價釩要慢，因此適當縮短兩相接觸時間，可抑制少量三價鐵的萃取，因此混合時間7min選擇為宜。

3.4 萃取液pH值試驗

量取萃前液 500mL，萃取劑濃度（P204：TBP：煤油）為 15：10：75，萃取相比（A：O）選取1：1，混合時間7min，澄清靜置 5min，改變萃取液 pH值，考察其對釩萃取率的影響，各試驗萃取率如圖4所示。

圖4 萃取溶液pH對釩萃取影響的試驗結果

由圖4試驗結果可以看出，單級萃取萃原液pH值對釩萃取率影響較大，pH值小于2.3時，隨萃原液pH值的升高，釩萃取率增加；pH值2.4時，釩萃取率有所降低。當pH值再升高時，水相中的雜質如鐵、鋁發生沉淀，影響萃取操作，所以pH控制2.3左右為宜。

3.5 多級逆流試驗及結果

萃取原料液含V2O53.51g/L，單級萃取率70.00%，逆流萃取率按98%計算，設備級效率以80%計，用萃取理論級數代數式計算萃取級數為4.97級，以此作參考進行5級逆流萃取。

逆流萃取條件采用最終選擇的單級萃取條件，逆流萃取試驗如表3所示。從多級逆流萃取試驗結果可以看出，萃取劑對釩的萃取各級指標穩定，萃取效果較好，萃取理論級數的計算結果得到驗證。在選定條件下，五級逆流萃取率穩定在97.50%以上。

4 結論

（1）通過單級萃取條件試驗的試驗結果，最佳的單級萃取的條件為：萃取劑濃度（P204：TBP：煤油）為 15：10：75，萃取相比（A：O）為 1：1，混合時間7min，澄清時間5min，萃原液pH值2.3左右。

表3 萃取過程各級水相濃度及萃取率

（2）逆向萃取試驗用萃取理論級數代數式計算萃取級數為4.97級，進行5級逆流萃取試驗，逆向萃取率為97.92%。

（3）實驗所產生的廢水經過石灰處理，與國家排放標準相比可以達到排放標準。

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TD95

A

1004-7344（2016）04-0187-02

2016-1-10

歐陽霞嫦（1982-），女，工程師，本科，主要從事選礦設計工作。