钒、铬是我国重要的稀缺资源和战略金属,也是国家重点防控的重金属。钒产量的约90%来源于钒钛磁铁矿及其火法冶炼产生的钒渣。因铬、钒性质相近,钒渣提钒过程中,部分铬与钒同步浸出至液相,沉钒后废水中含有未能沉淀的钒及大量的铬,经还原、调碱、过滤后会产生钒铬泥。钒铬泥现已被列为重金属危险固废,目前尚无有效处理方法,严重制约钒产业的可持续发展。中科院过程所基于铬/钒/铁的络合深度分离特性的发现,提出钒铬泥高效酸解一铬钒铁络合分离一钒铬产品高值制备新技术,可实现钒铬泥的资源化利用,但其络合深度分离机理尚不清晰。本论文在分析铬、钒、铁及络合剂(二烷基二硫代氨基甲酸盐)络合性质的基础上,系统研究了铬、钒、铁与络合剂的反应原理、络合反应发生的主要pH区间、钒/铁络合反应动力学,优化了酸性体系铬/钒/铁络合分离工艺,并探明了碱性条件下络合物解离机理及络合剂再生工艺,从而为钒铬泥资源化利用技术的进一步推广和优化提供理论基础。主要研究结论如下:(1)通过对络合产物的分析表征,查明了铬、钒、铁络合反应原理。制备并纯化了铬(Ⅲ)、钒(Ⅴ)、铁(Ⅲ)与络合剂反应的络合产物,采用热重、XRD、FT-IR及元素分析等多种分析手段,查明了铬(Ⅲ)、钒(Ⅴ)、铁(Ⅲ)络合物的组成分别为Cr(CS2NR2)3、VO(CS2NR2)3、Fe(CS2NR2)3,获得了三种络合物的分子结构图。在此基础上,通过实验进一步获得了铬钒铁络合反应的络合比及络合常数,络合比均为3,络合常数分别为3.05×1014,8.18×1013和2.19 ×1014。(2)通过对络合反应前后的溶液pH值、金属离子浓度以及生成的固体产物进行分析,查明了水溶液中铬(Ⅲ)、钒(Ⅴ)、铁(Ⅲ)与络合剂反应的pH区间。结果表明,铬(Ⅲ)与络合剂的络合反应主要发生在pH 6～8区间,钒(Ⅴ)与络合剂的络合反应主要发生在pH 1.0～5.5区间,铁(Ⅲ)与络合剂的络合反应主要发生在pH 2～6区间。(3)研究了溶液pH值、温度、络合剂加入量以及时间、铬钒(或铬铁)浓度比对络合分离效果的影响规律,发现pH值和温度对络合分离效果影响较大,获得了钒/铬、铁/铬络合分离的优化工艺条件。在优化工艺条件下,钒沉淀率达97%,铁沉淀率达99%,铬损失率为3%。(4)采用连续电导率法获得了钒(Ⅴ)、铁(Ⅲ)络合反应动力学模型及表观活化能。钒(Ⅴ)、铁(Ⅲ)络合物沉淀的成核及晶体长大均满足一级反应模型,钒(V)络合物沉淀的成核及晶体长大的表观活化能分别为7.47 kJ/mol、17.75 kJ/mol,铁(Ⅲ)络合物沉淀的成核及晶体长大的表观活化能分别为11.01 kJ/mol、77.31 kJ/mol。(5)研究了溶液pH值、反应温度、反应时间以及CaO加入量对钒、铁络合物解离及络合剂再生效果的影响规律,获得了络合剂再生的优化工艺条件。在优化工艺条件下,络合剂再生率达95%以上。(6)基于铬钒铁络合性质差异,构建了铬/钒/铁络合分离体系,并在钒铬泥资源化利用获得产业化应用验证,铬、钒回收率超过85%,所得产品Cr203的纯度可达98%。