石煤提钒溶液萃取分离工艺研究

欧阳霞嫦 罗虹霖

（长沙有色冶金设计研究有限公司 湖南长沙 410011）

石煤提钒溶液萃取分离工艺研究

欧阳霞嫦 罗虹霖

（长沙有色冶金设计研究有限公司 湖南长沙 410011）

对河南某石煤矿浸出后，对浸出液进行钒萃取处理，考察不同萃取条件对钒萃取过程的影响。结果表明，最佳的选择单级萃取的条件为：萃取剂浓度（P204∶TBP∶煤油）为 15∶10∶75，萃取相比（A∶O）为 1∶1，混合时间 7min，澄清时间 5min，萃原液 pH 值 2.3。逆向萃取采取5级逆流萃取试验，逆向萃取率为97.92%。

钒钛磁铁矿和含钒石煤是我国两大钒矿资源，含钒石煤为低热值能源，是一种新类型钒矿资源。广泛分布于我国南方省区，层位稳定，含钒高，储量大，易于开采，是近十年来综合开发利用的矿产资源[1～2]。含钒石煤的物质组成较为复杂，石煤提钒工艺流程很多，通常石煤提钒工艺流程是钠盐氧化焙烧—水浸出—水解沉粗钒—碱溶铵盐沉钒—热解脱氨制精钒（V2O5）。技术关键在于石煤中钒的氧化和转化，即石煤中钒由低价（V3+）氧化至高价（V5+），并转为溶解度较大的可溶钒进入液相，实现液固分离[3～6]。浸出溶液含有多种离子，如何高效的分离钒离子成为钒提取工艺的关键。

1 萃取溶液组成

河南某石煤型钒矿，主要脉石为石英，钒含量较低，主要置换铝土矿中的Al3+存在，石煤化学组成结果如表1所示。经硫酸二段浸出所得浸出液经中和、还原处理去除或转化过量Al、K、Fe3+等元素，免除干扰离子对浸出液萃取过程的影响，萃取溶液主要离子组成如表2所示。

表1 石煤化学分析结果

表2 石煤浸出液离子化学分析结果

2 萃取实验

常见的萃取方式有错流萃取、逆流萃取、分馏萃取等，实验采用多级逆流萃取的方式，即料液从第一级进入，与由第二级来的有机相接触，分相后负载有机相从第一级排出送反萃，萃余液流入第二级与第三级来的有机相接触，分相，第二级萃余液与上一级来的有机相进行第三级萃取，这种水相和有机相沿着相反方向流动的多级接触过程，只需加入一份萃取剂，可大大节省萃取剂的用量。量取一定量含钒萃前液，加入一定量萃取剂，搅拌后澄清静置后分相，萃余液成分经ICP检测，计算单级萃取率。

3 结果与分析

3.1 萃取相比试验

量取萃前液 500mL，萃取剂浓度配置为 P204：TBP：煤油=15：10：75，混合搅拌7min，澄清静置5min，改变萃取剂用量，调整萃取相比，各试验萃取率如图1所示。

图1 萃取相比对钒萃取影响的试验结果

由图1试验结果可以看出，单级萃取相比（A：O）越小，钒的萃取率越高。但相比越小，需要投入的萃取剂就越多，势必造成生产升本的升高。同时，过量的萃取剂在完成对钒的萃取之后，会萃取溶液中的Fe2+易造成萃取剂铁中毒。考虑到萃取工序的成本问题及单级萃取率结果，选择相比（A：O）=1：1。

3.2 萃取剂浓度试验

量取萃前液 500mL，萃取相比（A：O）选取 1：1，混合搅拌 7min，澄清静置5min，改变萃取剂用量，调整萃取剂浓度，各试验萃取率如图2所示。

图2 萃取剂浓度对钒萃取影响的试验结果

由图2试验结果可以看出，单级萃取萃取剂浓度越高，对钒的萃取越有利，加入10%P204时，钒萃取率为62%，当P204用量增加到20%时，钒萃取率为74.45%。考虑到萃取剂浓度提高，会增加萃取工序的成本，所以萃取剂浓度选择 P204：TBP：煤油=15：10：75。

3.3 萃取混合时间试验

量取萃前液 500mL，萃取剂浓度（P204：TBP：煤油）为 15：10：75，萃取相比（A：O）选取1：1，混合搅拌后澄清静置5min，改变混合时间，考察其对钒萃取率的影响，各试验萃取率如图3所示。

图3 萃取混合时间对钒萃取影响的试验结果

由图3试验结果可以看出，单级萃取混合时间的增加，钒萃取率随之升高，7min钒萃取率72.25%，再延长接触时间，萃取率升高幅度变小。考虑到P204萃取三价铁比萃取四价钒要慢，因此适当缩短两相接触时间，可抑制少量三价铁的萃取，因此混合时间7min选择为宜。

3.4 萃取液pH值试验

量取萃前液 500mL，萃取剂浓度（P204：TBP：煤油）为 15：10：75，萃取相比（A：O）选取1：1，混合时间7min，澄清静置 5min，改变萃取液 pH值，考察其对钒萃取率的影响，各试验萃取率如图4所示。

图4 萃取溶液pH对钒萃取影响的试验结果

由图4试验结果可以看出，单级萃取萃原液pH值对钒萃取率影响较大，pH值小于2.3时，随萃原液pH值的升高，钒萃取率增加；pH值2.4时，钒萃取率有所降低。当pH值再升高时，水相中的杂质如铁、铝发生沉淀，影响萃取操作，所以pH控制2.3左右为宜。

3.5 多级逆流试验及结果

萃取原料液含V2O53.51g/L，单级萃取率70.00%，逆流萃取率按98%计算，设备级效率以80%计，用萃取理论级数代数式计算萃取级数为4.97级，以此作参考进行5级逆流萃取。

逆流萃取条件采用最终选择的单级萃取条件，逆流萃取试验如表3所示。从多级逆流萃取试验结果可以看出，萃取剂对钒的萃取各级指标稳定，萃取效果较好，萃取理论级数的计算结果得到验证。在选定条件下，五级逆流萃取率稳定在97.50%以上。

4 结论

（1）通过单级萃取条件试验的试验结果，最佳的单级萃取的条件为：萃取剂浓度（P204：TBP：煤油）为 15：10：75，萃取相比（A：O）为 1：1，混合时间7min，澄清时间5min，萃原液pH值2.3左右。

表3 萃取过程各级水相浓度及萃取率

（2）逆向萃取试验用萃取理论级数代数式计算萃取级数为4.97级，进行5级逆流萃取试验，逆向萃取率为97.92%。

（3）实验所产生的废水经过石灰处理，与国家排放标准相比可以达到排放标准。

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TD95

A

1004-7344（2016）04-0187-02

2016-1-10

欧阳霞嫦（1982-），女，工程师，本科，主要从事选矿设计工作。