用伯胺7101從釩渣浸出液中萃取釩

2014-12-16 07:51:50王海良李培佑

濕法冶金 2014年2期

王揚，王海良，李培佑

（1．核工業北京化工冶金研究院，北京 101149；2．中核四川環保工程有限責任公司，四川廣元 610006）

目前，國內生產釩普遍采用間歇式化學沉淀法，這種方法存在雜質分離程度低、能耗高等問題。五價釩的金屬氧化物能形成酸和同多酸，以陰離子形式存在于水溶液中，用胺鹽作萃取劑可以從水溶液中萃取釩［1］。

以溶劑萃取法取代傳統的化學沉淀法可實現釩與鉀、鈉等陽離子的完全分離，獲得高品位釩產品［2-5］，試驗研究了用選擇性高、水溶性小的伯胺7101為萃取劑從釩渣浸出液中提取釩。

1 試驗部分

1．1 原料及儀器

試驗所用釩凈化液取自某釩化工廠，化學組成見表1。釩渣浸出液是用水在一定溫度下浸出氧化鈉化焙燒后的釩渣（簡稱釩渣熟料）所得，已經過化學除雜去除部分磷、砷、硅等雜質。

表1 釩凈化液的化學組成 g／L

由表1看出，釩凈化液中，鈉含量較高，釩鈉質量比為1．3，其余雜質相對較低。釩以VO-3陰離子形式存在，五價釩在水溶液中的行為較復雜，隨溶液酸度和釩濃度不同呈現不同的聚合離子形態［6］。

濃硫酸：分析純，18．4mol／L。

萃取劑：伯胺7101，核工業北京化工冶金研究院合成，物化性能見表2。

表2 伯胺7101的物化性能

攪拌設備：天壇榮華儀器制造廠，配100W電機。

1．2 試驗原理與方法

溶液中的釩在一定條件下以含氧酸根陰離子形式被伯胺選擇性萃取，負載有機相中的釩用碳酸銨溶液反萃取轉化成釩酸銨沉淀，過濾洗滌后經熱分解得粉（片）狀五氧化二釩產品。

萃取、反萃取中的化學反應為：

試驗在燒杯中進行。將萃取劑加入到燒杯中，加入一定量釩凈化液，同時滴加9mol／L硫酸適量，開啟攪拌，一定時間后停止攪拌，靜置分相。將反萃取劑置于燒杯中，開啟攪拌并加熱至適宜溫度，緩慢加入負載有機相，充分接觸后靜置分相，過濾出固體物釩酸銨，再經分解得五氧化二釩產品。貧有機相及反萃取母液處理后循環使用。

2 試驗結果及討論

2．1 萃取

2．1．1 萃取劑配比對釩萃取率的影響

試驗條件：料液體積100mL，料液中釩質量濃度17．3g／L，室溫（28℃），接觸時間5min，相比Vo／Va＝1／1，用9mol／L硫酸調溶液pH為2左右。萃取劑組成對釩萃取率的影響試驗結果見表3。

表3 萃取劑配比對釩萃取率的影響

從表3看出：酸性條件下，伯胺7101可有效萃取釩，單次萃取率為88．2%～90．2%；醇類的加入可有效改善萃取性能，增大萃合物在煤油中的溶解度，而無醇類添加時，有機相黏稠，兩相界面不清。確定萃取劑組成為10%7101＋10%仲辛醇＋80%煤油。

2．1．2 飽和容量的測定

在充分的接觸條件下，用一份轉型后的貧有機相與多份料液錯流萃取，以有機相及萃余水相中釩質量濃度均不再發生變化為基準確定萃取劑對釩的飽和容量。萃取劑為10%7101＋10%仲辛醇＋80%煤油，相比Vo／Va＝1／1，接觸時間5min，萃原液釩質量濃度17．3g／L，萃取過程中每100 mL料液補加2．2mL硫酸溶液調pH。試驗結果見表4。可以看出，經過5次錯流萃取，萃取達平衡，有機相飽和，飽和容量為29．5g／L。

表4 10%7101＋10%仲辛醇＋80%煤油萃取劑的飽和容量

2．1．3 接觸時間對釩萃取率的影響

試驗條件：萃取劑為10%7101＋10%仲辛醇＋80%煤油，萃原液中釩質量濃度17．3g／L，相比Vo／Va＝1／1，室溫（28℃），每100mL料液補加硫酸2mL。兩相混合時間對釩萃取率的影響試驗結果見表5。

表5 釩的萃取動力學試驗結果

從表5看出：伯胺7101萃取釩的動力學較快，4min內即達平衡，萃取時間的延長可能會對界面乳化物的形成提供有利條件［5］，因此選定接觸時間以不超過5min為宜。

2．2 反萃取

2．2．1 反萃取劑的選擇

試驗選用NH4OH、銨鹽進行反萃取，飽和有機相中釩質量濃度為17．0g／L，兩相接觸時間為15min，相比Vo／Va＝1／1，溫度為室溫（28℃）。試驗結果見表6。可以看出：氨水和碳酸銨溶液均能有效反萃取釩，釩的單級反萃取率均大于99%。但由于氨水有強烈的刺激性氣味，并在相界面處形成大量三相物，所以從操作及環境等方面考慮，宜選用170g／L（NH4）2CO3溶液作為反萃取劑。