含钒浸出液离子交换-交换余液循环试验研究

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1、含钒浸出液离子交换——余液循环试验研究摘要：以湖北某地区的石煤钙化焙烧熟料为原料，进行了焙烧熟料酸浸——浸出液净化除杂——净化液离子交换——交换余液补充硫酸酸浸——浸出液净化除杂的循环试验研究。考察了浸出液中SiO2、P、Cl-、SO42-、Na+浓度和钒浸出率随余液循环次数增加的变化情况。研究结果表明，余液的循环使用对钒浸出率不产生明显影响；浸出液中的SiO2没有富集；P、SO42-和Na+有一定的富集，其中P、SO42-可以通过石灰中和的方式沉淀除去；Na+富集到一定程度后，在溶液中达到动态平衡，不影响溶液的

2、循环。关键词：石煤；钒；酸浸；离子交换；余液；循环0引言受2005年国际钒价上涨的影响，国内在极短的时间内建成了几百家规模不同的石煤提钒厂，石煤提钒的年产量增加到约1万吨。绝大多数石煤提钒厂采用钠化焙烧——水浸提钒工艺，生产过程中产生的大量含Cl2、HCl气体的烟气和废水未经处理就直接排放，对周边环境造成了严重的污染。为了避免提钒过程中产生大量含Cl2、HCl气体的烟气，近几年石煤提钒领域就提钒工艺进行了改进，采用钙化焙烧（或无盐焙烧）——酸浸——离子交换的生产工艺提钒。其中，如何实现大量酸性余液循环利用是解决该

3、工艺环保问题的关键。国内石煤提钒厂对提钒废水处理方式大多采用直接排放或石灰中和后排放，未对提钒废水进行深度处理，环境污染问题仍然十分严重。目前，石煤提钒的研究重点仍然是如何提高钒收率和降低生产成本，而对废水循环的研究相对较少。有些研究者仅提出了研究方向，如宾智勇[1]采用“无盐焙烧——酸浸——萃取”工艺对钒矿石进行提钒研究时指出，萃取余液可考虑部分返回浸出，剩余部分用石灰中和到pH>7后排放；也有研究者进行了废水循环试验，如谢兰香等[2]对浸出液中杂质的分布与走向进行研究，研究结果表明,除个别元素外，其它元素都能

4、在循环过程中得到稳定的控制。由于不同地区石煤成分差异较大，酸浸后的浸出液杂质浓度也不同，进一步研究提钒废水中的杂质在循环过程中的变化趋势，有针对性地解决循环过程中存在的问题，对实现提钒废水的循环有十分重要的作用。笔者以湖北某地区石煤为原料，在实验室采用钙化焙烧——酸浸——离子交换的提钒工艺，进行了焙烧熟料酸浸——浸出液净化除杂——净化液离子交换——交换余液补充硫酸酸浸——浸出液净化除杂共12次循环试验研究。本文主要对离子交换余液（简称余液）循环过程中最有可能影响余液循环的杂质浓度的变化情况进行了研究。1试验条件及

5、方法1.1试验主要原料石煤焙烧熟料：以湖北某地区石煤为原料经钙化焙烧处理所得，其主要成分见表1。表1湖北某地区石煤钙化焙烧熟料主要成分Table1MaincomponentsofclinkerofstonecoalcalcifyingroastinginaplaceofHubei%TVSiO2PCaOMgOTFeAl2O31.0784.840.4775.612.091.101.35其它试剂和材料：氧化钙、氢氧化钠、硫酸等均为分析纯；D201离子交换树脂。1.2试验方法称取一定量的石煤焙烧熟料，放入装有一定比例水的

6、烧杯中，搅拌；将试验所需要的硫酸缓慢加入烧杯中，反应结束后停止搅拌；过滤、洗涤残渣；浸出液用氢氧化钠调节pH≈7（净化除杂），静置沉降、过滤；净化液中的钒酸根经Cl-型D201树脂吸附后，余液部分用于下一轮的酸浸反应，剩下部分用于酸浸残渣的洗涤。工艺流程见图1。2试验结果与讨论以钙化焙烧熟料为原料，共进行了12次焙烧熟料酸浸——浸出液净化除杂——净化液离子交换——交换余液补充硫酸酸浸——浸出液净化除杂循环试验。循环试验每次用焙烧熟料400g，酸浸所得浸出液(含洗水)体积控制在1000mL左右(控制浸出液中TV浓度

7、1.8g/L左右)。为减少溶液取样比例，浸出液每次取50mL送样，其余溶液(相当于约95%的溶液)在体系中循环。循环试验主要考察了浸出液中SiO2、P、Cl-、SO42-、Na+浓度和钒浸出率随循环次数增加的变化情况。2.1钒浸出率与循环次数的关系钒浸出率与循环次数的关系见图2。Fig3TherelationshipofconcentrateofSiO2insolutionandrecyclingtimeFig2Therelationshipofleachingpercentageofvanadiumandrec

8、yclingtime由图2可以看出，随着循环次数的增加，钒浸出率无明显的变化趋势。钒浸出率在75%～80%内波动，平均为76.46%。2.2浸出液SiO2浓度与循环次数的关系浸出液SiO2浓度与循环次数的关系见图3。由图3可见，随循环次数增加，浸出液中SiO2浓度有一定波动。溶液中SiO2浓度与pH值有关，在酸性介质中，硅酸的凝聚速度比中性或碱性介质中的凝聚速度大得多；当