钒,被誉为“现代工业的味精”,是国家重要的战略资源,广泛应用于冶金、航空航天、化工和能源等领域。近几年,随着钒产品的广泛应用,对钒原料的需求也不断攀升。然而,为了满足这一日益增长的需求,钒的绿色可持续生产是一个巨大的挑战。目前,钒铁尖晶石型含钒矿物是提钒的主要原材料,从中提钒的主要思路为氧化被烧-湿法浸出,例如钠化焙烧-水浸工艺、钙化焙烧-酸浸工艺等。首先,通过氧化焙烧破坏尖晶石结构并将其中的V3+氧化成V4+或V5+并与添加剂形成易溶的钒酸盐,再进行浸出获得含钒浸出液。但是,现行提钒工艺却面临着巨大的挑战和压力由于其带来严重的环境污染问题,例如高能耗、有害焙烧废气以及难处理尾渣等。此外,后续采用铵盐沉钒工艺从富钒液中进行沉钒时,产生大量的氨氮废水也给环境造成了极大的危害。针对目前提钒工艺所带来的环境污染问题,实现钒铁尖晶石型含钒矿物中V3+离子的直接浸出与分离是解决上述问题的关键,从而能够达到缩短工艺流程、降低能耗以及避免含有毒V5+的废水和尾渣的产生等成效。于是,本论文以石煤预富集-磁选分离后的钒铁尖晶石型含钒精矿为研究对象,并开展了如下研究:(1)首先,构建了不同温度下的V-Fe-H2O系电位-pH图,从热力学角度探讨了钒铁尖晶石型含钒矿物中V3+的一步浸出的可行性。此外,以硫酸作为浸出剂,对常压酸浸钒铁尖晶石型含钒精矿进行初步的实验研究,结果表明:钒精矿中的V3+最终以VO2+的形式进入溶液,虽然避免了氧化焙烧-湿法浸出的“两段式提钒”过程,但是依然没有克服氧化浸出的实质。此外,钒精矿中有价组元钒与杂质元素铁一同被浸出,且在最佳的浸出条件下,钒和铁的浸出率分别达到92.5%和98.5%;随后,以Fe2O3作为晶种,利用Fe3+离子的水解作用,采用化学沉淀法有效地去除了含钒浸出液中的铁杂质;最后,通过铵盐沉钒工艺获得了纯度为92%的V2O5产品。(2)为了实现钒铁尖晶石精矿中V3+的一步浸出,在后续的实验中采用具有较强络合能力的草酸代替硫酸作为浸出剂。首先探究了不同Fe/V的Fe3-xVxO4化合物在草酸水热溶液中的溶解规律,研究发现随着Fe/V的增加,钒的浸出率逐渐增大。此外,对草酸水热浸出钒铁尖晶石型含钒精矿过程的动力学研究发现,其浸出过程的限制性环节为界面化学反应控速步骤。因此,降低浸出液中Fe3+浓度可以强化Fe3—xVxO4中Fe3+的溶出速率,并加快化学反应速率,从而进一步提高钒铁尖晶石型含钒矿物中V3+的浸出率。(3)基于上述对草酸水热浸出钒铁尖晶石的研究,成功提出了铁粉协同草酸水热络合提钒新方法。铁粉协同作用的表现为,通过形成FeC2O4·2H2O沉淀,有效降低了浸出液中铁杂质浓度,使钒铁尖晶石精矿中V3+离子的浸出率显著提高,并在浸出过程中实现了钒铁分离。在最佳的浸出条件下,钒的浸出率可达95%左右,溶液中铁杂质的浓度大约100 mg/L。在浸出过程后,获得了含有[V(C2O4)3]3-络合离子的草酸浸出母液和纯度为98%以上的草酸亚铁副产物,并最终实现了钒铁尖晶石精矿中V3+的一步浸出。(4)为了从含钒草酸浸出母液中绿色、高效沉钒,在详细研究了含钒草酸浸出母液中V3+的水热析出平衡机理后,提出了水热沉钒新方法。结果表明,含钒草酸浸出母液中部分[V(C2O4)3]3-络合离子由于体系中氧的存在首先被氧化生成VOC2O4;随后由于温度的增加使[V(C2O4)3]3-络合离子和氧化生成的VOC2O4分解,最终钒以V2O3和VO2混合物的形式析出,并且钒的沉淀率高于99%以上。(5)为了进一步尝试从含钒草酸浸出母液中可控制备低价钒氧化物,首先研究了 V2O3-H2C2O4-H2O体系中V2O3在不同温度、不同浓度的H2C2O4水溶液中的溶解和析出规律。根据该体系的水热特征,设计了两种不同制备V2O3的路线。此外,对于从含钒草酸浸出母液中制备VO2,将V2O5-H2C2O4-H2O体系中的VO2合成方法引入到钒沉淀过程。最后,分别从含钒草酸浸出母液中成功制备了纯度为91%的V2O3和纯度为97%的VO2产物。