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摘 要： 含钒脱硅渣是钒液净化除硅得到的高钒含量的钠铝脱硅渣，干基中含单质钒9.68%。对脱硅渣进行了水浸，酸浸，碱浸实验，通过对比实验，该脱硅渣碱浸的钒浸出率高。通过碱浸实验研究，考察了碱渣比、浸出温度、浸出液固比等对钒浸出率的影响，确定最佳浸出工艺条件为：NaOH：脱硅渣比值为1，浸出温度90℃，液固比2：1，浸出时间2h， 钒浸出率可达94.89%。
关键词： 钒、脱硅渣、碱浸
【中图分类号】 TF821 【文献标识码】 A【文章编号】 2236-1879（2018）04-0177-02
1前言
钒是一种重要的有色金属，钒及其合金被广泛地用于冶金、化工等新技术领域[1-4]。世界上 70%以上的钒来源于钒钛磁铁矿，钠化焙烧提钒是目前国内外主流提钒工艺[5-6]，该传统工艺由于技术、流程欠缺，资源浪费与环境问题较突出，尤以钒化工（多种）固废问题最为严重，我国仅提钒尾渣每年产出量就达近百万吨，因缺乏有效利用技术，钒化工固废除存在环境隐患之外，还普遍存在着有价元素利用率低，末端治理经济性差，无法全部消纳等问题[7]。
对于钒化工固废资源，由于其产生途径存在较大差异，即便同一类的含钒废弃资源也可能在物理性质、化学组成及结构等方面存在诸多不同。钒化工固废循环利用技术是钒钛磁铁矿综合利用流程的核心技术之一，长期以来，为解决钒化工固废大量堆存及环境污染难题，国内外开展过大量研究工作，已有研究主要集中在以下方面：（1）提钒尾渣再次钠化焙烧提钒：该方法虽提高了钒的利用率，但固体废物只增未减；（2）湿法工艺：“铬泥、钒泥”采用湿法工艺处理，主要是通过酸浸提钒，该工艺也只是提高了钒的利用率，但浸后渣仍无法处理，且过程又产生大量的废水需二次处理。
因此，对钒化工固废资源的提钒研究需要有更强的针对性，才能达到工艺最优化的目的。本文针对钒化工固废资源的特点，先进行了对比性实验，然后进行了碱浸单因素實验研究。
2实验
2.1实验设备和实验原料。
实验用设备为机械搅拌不锈钢衬镍反应釜，容积1L，80 ran1，大连自动控制设备厂生产；CKW-III温度控制仪，控制温度精度为±1℃，北京市朝阳自动化仪表厂生产。
实验中所选用的H2SO4（分析纯）、NaOH（分析纯）、含钒脱硅渣是产自于承钢钒钛事业部钒液净化除硅得到的高钒含量的钠铝脱硅渣，含水量为60%，其主要化学组成和物相分析见表1和图1。
运用X射线衍射技术 （XRD）和ICP分析，承钢脱硅渣主要矿物组成由铝硅酸钠，铁硅酸钠、钒酸铁，钒酸钠等组成。脱硅渣中的含钒量较高，含单质钒约为9.68%；脱硅渣中的铝、铁、硅含量相对较高。
2.2实验方法。
将一定量的脱硅渣、Na0H试剂混合均匀后倒入反应釜中，加入一定量的水，盖好后在搅拌下使体系快速升温至指定的温度，在此温度下溶出。反应过程中搅拌转速为500 r/min.反应进行到指定时间后，通冷却水，当体系温度降至80℃时，开釜出料，将浆液保温过滤，得到浸出渣和含钒的钠盐碱溶液。浸出渣用去离子水进行1-2次浆化洗涤，过滤后得到尾渣和洗涤液。将尾渣烘干后称重并分析其组成，。
3实验结果和讨论
3.1脱硅渣浸出对比实验。
对脱硅渣研磨后进行了对比实验，分别用热水、硫酸和氢氧化钠对含脱硅渣进行浸出，浸出时液固比2：l，浸出时间2h，浸出温度80℃。结果如表2所示。
由表2可知，热水对脱硅渣中的钒浸出率较低，并且浸出以后浆液过滤时极为困难；硫酸能有效溶出脱硅渣中的钒，但酸用量大，且溶出的杂质含量高，后续处理极为不便。在碱浸实验中，一定用量的NaOH能使钒浸出率达80%。对比实验表明，由于水浸、酸浸工艺存在酸耗量高和浸出液过滤性能差等缺点，不宜采用水浸和酸浸工艺从该脱硅渣中浸出钒。而碱浸工艺选择性强，浸出率较高，因此，对于处理钒化工固废脱硅渣，选择碱浸工艺提取钒效果好。
3.2 碱浸脱硅渣浸出实验。
3.2.1碱渣比对碱浸脱硅渣浸出效果的影响。
脱硅渣中钒的浸出率随着体系碱渣比的升高而增大，但采用的碱渣比越高，在浸出过程中碱的用量就越大，成本越高，因此希望浸出过程的碱渣比越低越好.研究了当浸出温度为130℃、液固比2：l、反应时间为2 h条件下碱渣比对脱硅渣的钒浸出效果的影响。
由图2可知，随着NaOH用量的增加，V浸出率也随之增大。但当NaOH：脱硅渣比值为1时，V的浸出率仅达96.44%，随着NaOH用量增加，V浸出率浸出率已经趋向于最大；继续增加NaOH用量，V的浸出率反而降低。
由图3可知，浸出液中Si、P的走向与V的走向一致，随着NaOH用量的增加，浸出液中Si、P的浓度也增大。当NaOH：脱硅渣比值为2时，浸出液中Si、P的浓度已经趋向于最大。继续增加NaOH用量，Si、P的浓度降低。浸出液中Al的浓度与钒的走向有所区别，随着NaOH用量的增加，Al的浓度一直在增加。
3.2.2温度对碱浸脱硅渣浸出效果的影响。
讨论了碱渣比为1：1、反应时间为2 h、液固比2：I条件下温度对碱浸脱硅渣浸出效果的影响。从图4可知，V的浸出率随溶出温度的升高而增大，温度对V浸出率影响显著。温度为50℃时，V浸出率很低，仅为52.64%，而当温度升高至90℃时，V浸出率明显提高到90.65%。但随温度升高，Si的溶出率也升高，原因是含硅矿物在Na0H体系中很容易被分解，而铝硅酸钠在碱溶液中的溶解度随温度变化很大。
3.3.3 液固比对碱浸脱硅渣溶出效果的影响。
液固比对V浸出效果的影响如图5。浸出时，碱渣比为1，浸出温度90℃，浸出时问2h。由图5可知，当液固比小于5：1时，钒浸出率并未受到太大影响，在90%以上，但随着液固比的继续升高，钒浸出率有降低趋势。这是因为在液固比较低时，虽然矿浆粘度较高，不利于浸出反应，但碱浓度也比较高，OH一与V（Ⅳ）或V（V）的作用明显强于粘度影响，因此，钒浸出率也比较高。而当液固比增大，OH一与V（Ⅳ）或V（V）的作用减弱，不利于钒的浸出[8-9]。 4结论
（1）通过对比实验，水浸脱硅渣中的钒浸出率较低，并且浸出液过滤时极为困难；酸能有效浸出脱硅渣中的钒，但酸用量大，且浸出的杂质含量高；碱浸工艺选择性强，浸出率较高。因此，对于处理钒化工固废脱硅渣，选择碱浸工艺提取钒效果好。
（2）碱浸工艺可有效的浸出脱硅渣中的钒，最佳的工艺条件为：NaOH：脱硅渣比值为1，液固比2：1，浸出温度90℃，浸出时间2h，此时钒浸出率可達到94.89%。
参考文献
[1] Taylor P R， Shuey S A， Vidal E E， Gomez J C. Extractive metallurgy of vanadium containing titaniferous magnetite ores： a review [ J ]. Minerals & Metallurgical Processing， 2006， 23（2） ： 80.
[2] Perron L. The vanadium industry： a review [A]. In： Tanner M F， Riveros P A， Dutrizac J E， Gattrell M， Perron L. （ Eds. ），Vanadium， Geology；Processing and Applications， Proceedings of the International Symposium on Vanadium [ C ]. Canada： Conference of Metallurgists， 2002.
[3] XiGan， LeiYing， HuKejun， XiXin. Application of vanadium abroad [J]. World Nonferrous Metals， 2000， （2） ： 13.（锡淦，雷鹰，胡克俊，席歆等. 国外钒的应用概况[J].世界有色金属，2000，（2）：13.）
[4] Tan Ruobin. Exploitation and utilization of vanadium resourceof domestic and overseas [ J ]. Vanadium Titanium，1994，（5）：4.（谭若斌.国内外钒资源的开发利用[J].钒钛，1994，（5）：4.）
[5] 肖松文，粱经冬.钠化焙烧提钒机理研究的新进展[J].矿冶工程，1994，14（2）：53—55.
[6] 廖世明，柏谈论.国外钒冶金[M].北京：冶金工业出版社，1985.
[7] 郝建章. 钒产品生产废渣的综合利用 [J]. 中国资源综合利用，2009，27（10）： 7-9.
[8] 廖世明，柏谈论.国外钒冶金[M].北京：冶金工业出版社.
[9] 张祖德.无机化学[M].合肥：中国科学技术大学出版社，2008.85.
关键词： 钒、脱硅渣、碱浸
【中图分类号】 TF821 【文献标识码】 A【文章编号】 2236-1879（2018）04-0177-02
1前言
钒是一种重要的有色金属，钒及其合金被广泛地用于冶金、化工等新技术领域[1-4]。世界上 70%以上的钒来源于钒钛磁铁矿，钠化焙烧提钒是目前国内外主流提钒工艺[5-6]，该传统工艺由于技术、流程欠缺，资源浪费与环境问题较突出，尤以钒化工（多种）固废问题最为严重，我国仅提钒尾渣每年产出量就达近百万吨，因缺乏有效利用技术，钒化工固废除存在环境隐患之外，还普遍存在着有价元素利用率低，末端治理经济性差，无法全部消纳等问题[7]。
对于钒化工固废资源，由于其产生途径存在较大差异，即便同一类的含钒废弃资源也可能在物理性质、化学组成及结构等方面存在诸多不同。钒化工固废循环利用技术是钒钛磁铁矿综合利用流程的核心技术之一，长期以来，为解决钒化工固废大量堆存及环境污染难题，国内外开展过大量研究工作，已有研究主要集中在以下方面：（1）提钒尾渣再次钠化焙烧提钒：该方法虽提高了钒的利用率，但固体废物只增未减；（2）湿法工艺：“铬泥、钒泥”采用湿法工艺处理，主要是通过酸浸提钒，该工艺也只是提高了钒的利用率，但浸后渣仍无法处理，且过程又产生大量的废水需二次处理。
因此，对钒化工固废资源的提钒研究需要有更强的针对性，才能达到工艺最优化的目的。本文针对钒化工固废资源的特点，先进行了对比性实验，然后进行了碱浸单因素實验研究。
2实验
2.1实验设备和实验原料。
实验用设备为机械搅拌不锈钢衬镍反应釜，容积1L，80 ran1，大连自动控制设备厂生产；CKW-III温度控制仪，控制温度精度为±1℃，北京市朝阳自动化仪表厂生产。
实验中所选用的H2SO4（分析纯）、NaOH（分析纯）、含钒脱硅渣是产自于承钢钒钛事业部钒液净化除硅得到的高钒含量的钠铝脱硅渣，含水量为60%，其主要化学组成和物相分析见表1和图1。
运用X射线衍射技术 （XRD）和ICP分析，承钢脱硅渣主要矿物组成由铝硅酸钠，铁硅酸钠、钒酸铁，钒酸钠等组成。脱硅渣中的含钒量较高，含单质钒约为9.68%；脱硅渣中的铝、铁、硅含量相对较高。
2.2实验方法。
将一定量的脱硅渣、Na0H试剂混合均匀后倒入反应釜中，加入一定量的水，盖好后在搅拌下使体系快速升温至指定的温度，在此温度下溶出。反应过程中搅拌转速为500 r/min.反应进行到指定时间后，通冷却水，当体系温度降至80℃时，开釜出料，将浆液保温过滤，得到浸出渣和含钒的钠盐碱溶液。浸出渣用去离子水进行1-2次浆化洗涤，过滤后得到尾渣和洗涤液。将尾渣烘干后称重并分析其组成，。
3实验结果和讨论
3.1脱硅渣浸出对比实验。
对脱硅渣研磨后进行了对比实验，分别用热水、硫酸和氢氧化钠对含脱硅渣进行浸出，浸出时液固比2：l，浸出时间2h，浸出温度80℃。结果如表2所示。
由表2可知，热水对脱硅渣中的钒浸出率较低，并且浸出以后浆液过滤时极为困难；硫酸能有效溶出脱硅渣中的钒，但酸用量大，且溶出的杂质含量高，后续处理极为不便。在碱浸实验中，一定用量的NaOH能使钒浸出率达80%。对比实验表明，由于水浸、酸浸工艺存在酸耗量高和浸出液过滤性能差等缺点，不宜采用水浸和酸浸工艺从该脱硅渣中浸出钒。而碱浸工艺选择性强，浸出率较高，因此，对于处理钒化工固废脱硅渣，选择碱浸工艺提取钒效果好。
3.2 碱浸脱硅渣浸出实验。
3.2.1碱渣比对碱浸脱硅渣浸出效果的影响。
脱硅渣中钒的浸出率随着体系碱渣比的升高而增大，但采用的碱渣比越高，在浸出过程中碱的用量就越大，成本越高，因此希望浸出过程的碱渣比越低越好.研究了当浸出温度为130℃、液固比2：l、反应时间为2 h条件下碱渣比对脱硅渣的钒浸出效果的影响。
由图2可知，随着NaOH用量的增加，V浸出率也随之增大。但当NaOH：脱硅渣比值为1时，V的浸出率仅达96.44%，随着NaOH用量增加，V浸出率浸出率已经趋向于最大；继续增加NaOH用量，V的浸出率反而降低。
由图3可知，浸出液中Si、P的走向与V的走向一致，随着NaOH用量的增加，浸出液中Si、P的浓度也增大。当NaOH：脱硅渣比值为2时，浸出液中Si、P的浓度已经趋向于最大。继续增加NaOH用量，Si、P的浓度降低。浸出液中Al的浓度与钒的走向有所区别，随着NaOH用量的增加，Al的浓度一直在增加。
3.2.2温度对碱浸脱硅渣浸出效果的影响。
讨论了碱渣比为1：1、反应时间为2 h、液固比2：I条件下温度对碱浸脱硅渣浸出效果的影响。从图4可知，V的浸出率随溶出温度的升高而增大，温度对V浸出率影响显著。温度为50℃时，V浸出率很低，仅为52.64%，而当温度升高至90℃时，V浸出率明显提高到90.65%。但随温度升高，Si的溶出率也升高，原因是含硅矿物在Na0H体系中很容易被分解，而铝硅酸钠在碱溶液中的溶解度随温度变化很大。
3.3.3 液固比对碱浸脱硅渣溶出效果的影响。
液固比对V浸出效果的影响如图5。浸出时，碱渣比为1，浸出温度90℃，浸出时问2h。由图5可知，当液固比小于5：1时，钒浸出率并未受到太大影响，在90%以上，但随着液固比的继续升高，钒浸出率有降低趋势。这是因为在液固比较低时，虽然矿浆粘度较高，不利于浸出反应，但碱浓度也比较高，OH一与V（Ⅳ）或V（V）的作用明显强于粘度影响，因此，钒浸出率也比较高。而当液固比增大，OH一与V（Ⅳ）或V（V）的作用减弱，不利于钒的浸出[8-9]。 4结论
（1）通过对比实验，水浸脱硅渣中的钒浸出率较低，并且浸出液过滤时极为困难；酸能有效浸出脱硅渣中的钒，但酸用量大，且浸出的杂质含量高；碱浸工艺选择性强，浸出率较高。因此，对于处理钒化工固废脱硅渣，选择碱浸工艺提取钒效果好。
（2）碱浸工艺可有效的浸出脱硅渣中的钒，最佳的工艺条件为：NaOH：脱硅渣比值为1，液固比2：1，浸出温度90℃，浸出时间2h，此时钒浸出率可達到94.89%。
参考文献
[1] Taylor P R， Shuey S A， Vidal E E， Gomez J C. Extractive metallurgy of vanadium containing titaniferous magnetite ores： a review [ J ]. Minerals & Metallurgical Processing， 2006， 23（2） ： 80.
[2] Perron L. The vanadium industry： a review [A]. In： Tanner M F， Riveros P A， Dutrizac J E， Gattrell M， Perron L. （ Eds. ），Vanadium， Geology；Processing and Applications， Proceedings of the International Symposium on Vanadium [ C ]. Canada： Conference of Metallurgists， 2002.
[3] XiGan， LeiYing， HuKejun， XiXin. Application of vanadium abroad [J]. World Nonferrous Metals， 2000， （2） ： 13.（锡淦，雷鹰，胡克俊，席歆等. 国外钒的应用概况[J].世界有色金属，2000，（2）：13.）
[4] Tan Ruobin. Exploitation and utilization of vanadium resourceof domestic and overseas [ J ]. Vanadium Titanium，1994，（5）：4.（谭若斌.国内外钒资源的开发利用[J].钒钛，1994，（5）：4.）
[5] 肖松文，粱经冬.钠化焙烧提钒机理研究的新进展[J].矿冶工程，1994，14（2）：53—55.
[6] 廖世明，柏谈论.国外钒冶金[M].北京：冶金工业出版社，1985.
[7] 郝建章. 钒产品生产废渣的综合利用 [J]. 中国资源综合利用，2009，27（10）： 7-9.
[8] 廖世明，柏谈论.国外钒冶金[M].北京：冶金工业出版社.
[9] 张祖德.无机化学[M].合肥：中国科学技术大学出版社，2008.85.