用P204從某含釩浸出液中萃取釩試驗研究

郭雙華，洪 穎，姜 曄，葛榮庭

(揚州工業(yè)職業(yè)技術學院，江蘇 揚州 225127)

釩生產過程中會產生大量廢渣，如尾渣、釩鐵渣等。這些廢物長期堆放會對周圍環(huán)境產生巨大危害，同時也造成資源浪費[1-2]。從含釩溶液中提取釩主要有直接沉淀法、離子交換—沉淀法、溶劑萃取—沉淀法等[3-6]。直接沉淀法工藝流程短、操作簡單、生產成本低，但適用性差、產品純度難以保證；離子交換法和溶劑萃取法是從溶液中提取釩研究較多的2種方法，可以同時富集和除雜。一般來說，溶劑萃取法更適宜從酸性溶液中回收過渡金屬。常用萃取劑有P204和N235。P204屬于酸性磷酸萃取劑，具有循環(huán)次數高、適用于高酸度溶液的優(yōu)點[7-11]。為進一步提取釩、減少釩鐵渣對環(huán)境的危害，在前期研究基礎上[12]，研究了從鐵礬渣浸出液中溶劑萃取釩。

1 試驗部分

1.1 試驗原料與試劑

含釩溶液為某釩鐵渣鈣化焙燒—多級硫酸浸出溶液[14]，主要成分見表1。

主要試劑：氯化鈉，濃硫酸，氧化鈣，碳酸氫銨，鐵粉，P204，TBP，磺化煤油。

表1 含釩浸出液化學組成 g/L

1.2 試驗設備

箱式電阻爐，造球機，電動攪拌機，鼓風干燥箱，真空過濾機，恒溫振蕩器。

2 試驗方法

浸出液中Al、K等元素含量較高，溶液靜置過程中不斷有晶體析出，對萃取工序有影響；同時，浸出液中存在Fe3+，也不利于萃取進行：因此，需要對含釩浸出液進行預處理。

預處理主要包括中和、沉淀、還原過程。中和劑為碳酸氫銨，還原劑為鐵粉。預處理在常溫下進行，中和后溶液pH控制在1.70左右，結束后過濾，去除析出產物；中和處理液繼續(xù)還原處理，加入鐵粉并攪拌，控制還原后電位在-100 mV以上，過濾后溶液備用[13]。

中和、沉淀反應，

還原反應，

萃取：有機相為P204+TBP+磺化煤油。TBP為協萃劑，主要作用是減少萃取過程中第三相生成，利于有機相與水相分相。將有機相與含釩溶液按一定體積比混合，一定溫度下振蕩反應一段時間后靜置分相，測定水相中V2O5質量濃度，計算釩萃取率[14-17]。

在酸性介質中，P204萃取釩為陽離子交換過程。四價釩在低pH條件下以VO2+形式存在，釩直接與氧原子成鍵，在與配體發(fā)生化學作用時整體參與反應。反應式為

式中，HA代表P204。

反萃取：負載有機相與一定濃度硫酸溶液按一定體積比混合，一定溫度下振蕩反應一定時間，反應結束后靜置分相，測定水相中V2O5質量濃度，計算釩反萃取率。

反萃取時，硫酸溶液破壞負載有機相中釩與萃取劑形成的配合物，使釩重新以離子形式進入水相。

3 試驗結果與討論

3.1 浸出液預處理

中和：常溫下攪拌中和1 h，中和劑碳酸氫銨質量濃度45 g/L，中和后析出的產物為硫酸鋁銨，浸出液pH為0.60～0.70，中和后溶液pH為1.70～1.73。中和析出產物可用于制備工業(yè)硫酸鋁銨。

還原：常溫下攪拌還原10～20 min，通過控制溶液電位來控制還原反應。中和后溶液電位為-306 mV，加入鐵粉，將電位還原至-100 mV以上。鐵粉用量為0.5 g/L，還原后溶液pH為2.3左右。

含釩浸出液中的V2O5在中和及還原過程中，基本不損失。預處理后溶液(萃原液)化學組成見表2。

表2 預處理后溶液化學組成 g/L

3.2 從溶液中溶劑萃取釩

3.2.1 相比Vo/Va對V2O5萃取率的影響

試驗條件：有機相為15%P204+10%TBP+75%磺化煤油，兩相混合時間7 min，澄清時間10 min， 萃原液pH=2.3。相比Vo/Va對V2O5萃取率的影響試驗結果如圖1所示。

圖1 Vo/Va對V2O5萃取率的影響

由圖1看出，Vo/Va越大，V2O5萃取率越高。但Vo/Va越高，需要投入的萃取劑越多，生產成本會相應增加。綜合考慮，選擇適宜相比Vo/Va=1/1。

3.2.2 P204體積分數對V2O5萃取率的影響

試驗條件：Vo/Va=1/1，混合時間7 min，澄清時間10 min，萃原液pH=2.3。有機相中P204體積分數對V2O5萃取率的影響試驗結果如圖2所示。有機相中TBP體積分數為10%。

圖2 有機相中P204體積分數對V2O5萃取率的影響

由圖2看出：P204體積分數越高，對V2O5萃取越有利；P204體積分數超過15%后，V2O5萃取率提升幅度不大，萃取趨于穩(wěn)定。P204體積分數過高會增大萃取其他金屬的可能性，影響產品純度，并且會增加生產成本，綜合考慮，確定P204適宜體積分數為15%。

3.2.3 混合時間對V2O5萃取率的影響

試驗條件：有機相為15%P204+10%TBP+75%煤油，Vo/Va=1/1，澄清時間10 min，萃原液pH=2.3。混合時間對V2O5萃取率的影響試驗結果如圖3所示。

圖3 混合時間對V2O5萃取率的影響

由圖3看出：隨混合時間延長，釩萃取率升高；混合7 min后，釩萃取率繼續(xù)升高，但變化不大。考慮到P204萃取Fe3+的速度比萃取V4+的速度慢，適當縮短兩相接觸時間，可抑制少量Fe3+的萃取，因此，確定混合時間以7 min為宜。

3.2.4 萃原液pH對V2O5萃取率的影響

試驗條件：有機相15%P204+10%TBP+75%磺化煤油，Vo/Va=1/1，混合時間7 min，澄清時間10 min。萃原液pH對V2O5萃取率的影響試驗結果如圖4所示。

圖4 萃原液pH對V2O5萃取率的影響

由圖4看出，萃原液pH對V2O5的萃取影響較大：pH<2.3時，隨pH升高，V2O5萃取率提高；pH>2.3后，V2O5萃取率有所降低。pH繼續(xù)升高，水相中的雜質鐵、鋁會形成沉淀并吸附一定量釩離子，導致釩損失，同時還會影響萃取操作。綜合考慮，萃原液pH以控制在2.3左右較為適宜。

3.2.5 逆流萃取

根據上述試驗結果，確定逆流萃取條件為：有機相15%P204+10%TBP+75%磺化煤油，Vo/Va=1/1，混合時間7 min，澄清時間10 min，萃原液pH=2.3左右，5級逆流萃取。試驗結果見表3。

表3 5級逆流萃取V2O5的試驗結果

由表3看出,經過5級逆流萃取，V2O5萃取率大幅提升，由71%升至97%。隨萃取級數增加，水相pH降低，對V2O5的萃取不利。實際生產過程中，通過調節(jié)各級水相pH控制萃取效果。

3.3 反萃取

用硫酸作反萃取劑，依據前期試驗結果確定反萃取條件：硫酸濃度1.5 mol/L，Vo/Va=12/1，混合時間8 min，澄清時間10 min。在此條件下進行單級反萃取，V2O5反萃取率穩(wěn)定在75%以上。在單級反萃取試驗基礎上進行5級逆流反萃取，試驗結果見表4。可以看出：經過5級逆流反萃取，V2O5反萃取率大幅提升，由45.62%升至99.19%。

表4 5級逆流反萃取V2O5的試驗結果

反萃取液中V2O5質量濃度為45.62 g/L，是萃原液(V2O5質量濃度3.80 g/L)的12倍。富集后的含釩溶液經過氧化—沉淀—煅燒處理，可獲得V2O5產品。

4 結論

對某釩鐵渣的硫酸浸出液進行預處理，然后用P204萃取、硫酸反萃取，可以分離出釩。在有機相為15%P204+10%TBP+75%磺化煤油、Vo/Va=1/1、混合時間7 min、澄清時間10 min、萃原液pH=2.3左右條件下進行5級逆流萃取，V2O5萃取率為97%。

用硫酸溶液對負載有機相進行反萃取。在硫酸質量濃度1.5 mol/L、Vo/Va=12/1、混合時間8 min、澄清時間10 min條件下進行5級逆流反萃取，V2O5反萃取率達99%，V2O5分離效果較好。