碱性含钒溶液除硅实验研究

成宝海,韩 通，谢智卓

(长春师范大学，吉林长春 130032)

碱性含钒溶液除硅实验研究

成宝海,韩 通，谢智卓

(长春师范大学，吉林长春 130032)

本文的研究目的是除去碱性含钒浸出液中的杂质硅，得到较纯的含钒溶液。通过实验得出：除硅试验应保持在90℃温度下，加入20%硫酸铝溶液量为原料液体积的2%，终点pH值8.5为宜，滤渣用pH=10的热水洗涤。在此条件下，除硅率可达95%以上，钒回收率在98%以上。

碱性含钒溶液；除硅；沉淀法

碱法提钒技术越来越多地被应用到工业提钒工艺中，因浸出液碱浓度较高，其中主要的杂质离子是H2SiO42-，其他杂质PO43-、Al(OH)4-含量较低。本文根据碱性浸出液的特点，分别采用中和除硅法和试剂除硅法，以浸出液的除硅率、钒回收率和溶液过滤性能为主要考察对象进行实验研究。

1 实验

1.1 实验试剂

用于除杂的浸出液含V2O5浓度为5.550 g/L；含SiO2浓度为6.371 g/L；2 mol/L硫酸溶液；20%硫酸铝溶液。

1.2 实验原理

加酸调pH中和净化除硅，溶液中的H2SiO42-通过水解生成H3SiO4-和原硅酸H4SiO4，得到的H3SiO4-和H4SiO4发生聚合生成聚硅酸，聚硅酸再向各方向聚合，形成支链的、环状的或网状的立体结构，且随着聚合模数增大而析出。

加入某些试剂除硅是为了让除硅更快捷、干净[1]。铝盐除硅的原理是在碱性溶液环境中可能发生下述两类反应对除硅有利。(1)单硅酸与铝反应：在pH=10的情况下，单硅酸与Al3+迅速发生反应，生成铝硅酸盐沉淀，如多水高岭土沉淀或类似水铝英石组成的铝硅酸盐等[2-3]。(2)聚硅酸与铝反应[4]：铝与聚硅酸形成螯合键，影响聚硅酸离子的生长。在pH=7时，铝抑制聚硅酸的生长速度；在pH=9时，六配位的铝形成带正电的离子，吸附在聚硅酸表面，中和了聚硅酸表面的负电荷，使聚硅酸生长速度加快，直至絮凝沉淀，最终达到除去溶液中硅的目的[5]。

1.3 分析方法

硅的分析方法：采用硅钼蓝分光光度法(GB 7315.2-87)。

钒的分析方法：采用高锰酸钾氧化-硫酸亚铁铵滴定法(GB 7315.1-87)。

溶液pH采用电位pH计测定。

2 实验结果与讨论

2.1 不加沉淀剂时温度对除硅的影响

(1)试验方法：取100 ml溶液于烧杯中，搅拌，加热到一定温度，滴加2 mol/L的硫酸，调至pH=9.0，随后保温1 h。洗涤、过滤，并观察滤渣形态以及其过滤性能。分析其中V、Si的浓度，计算除硅率、钒回收率。

表1 温度条件实验

(2)实验结果与讨论：试验结果如表1所示。在不加沉淀剂的情况下，温度越高，钒回收率越高，但是除硅率越低；90℃时，钒回收率较好；不加沉淀剂除硅，滤渣为胶体，其过滤性能不佳，提高温度时，过滤性能稍有改善。

2.2 不加沉淀剂时终点pH值对除硅的影响

(1)试验方法：取100 ml溶液于烧杯中，搅拌，加热至90 ℃，滴加2 mol/L的硫酸，分别调至pH=4、7、8、8.5、9、10，并且保温1 h。洗涤、过滤，并观察滤渣形态以及其过滤性能。分析其中V、Si的浓度，计算除硅率、钒回收率。

表2 终点pH值条件实验

(2)实验结果与讨论：试验结果如表2所示。溶液pH对除硅率的影响很大，当溶液的pH低于8.5时除硅率较高；钒回收率和pH关系复杂，在pH=8.5时钒回收率较高；当溶液的pH为4的时候，钒损失较大，原因可能是硫酸加入量大，造成局部过酸，产生V2O5沉淀；只靠酸调整pH，溶液的过滤性能都不佳，且随着pH的减低，滤渣过滤性能变坏且钒回收率减低。

2.3 硫酸铝溶液加入量对除硅的影响

(1)试验方法：取100 ml溶液于烧杯中，搅拌，加温至90 ℃，加酸至pH=10，再加入一定量的20%硫酸铝溶液，然后加入硫酸调节溶液pH至8.5，保温1 h，洗涤、过滤。分析其中V、Si的浓度，计算除硅率、钒回收率。

表3 硫酸铝溶液加入量条件实验

(2)实验结果与讨论：试验结果如表3所示。在硅沉淀出现之前加入硫酸铝，钒回收率比较高，而且滤渣过滤性能也比较好；pH=8.5时，随着硫酸铝溶液加入量的增加，除硅率稍有降低，钒回收率也随之降低；硫酸铝溶液的加入量为原料液量的2%时，可以实现较高的除硅率和钒回收率，而且滤液的过滤性能也很好。

2.4 终点pH值对硫酸铝除硅的影响

(1)试验方法：取100 ml溶液于烧杯中，搅拌，加温至90 ℃，加酸至pH=10，再加入20%硫酸铝溶液2 ml，然后加入硫酸调节溶液pH值分别至8.0、8.5、9.0，保温1 h，洗涤、过滤、分析其中V、Si的浓度，计算除硅率、钒回收率。

表4 硫酸铝除硅pH条件实验

(2)实验结果与讨论：试验结果如表4所示。在硅析出前加入硫酸铝，滤渣呈现细晶态，其过滤性能极好；随着溶液pH的减低，除硅率提高，钒损失率增大；在pH为8.5时，除硅率较高，钒的损失也最低。

2.5 温度对硫酸铝除硅的影响

(1)试验方法：取100 ml溶液于烧杯中，搅拌，加热至一定温度，加酸至pH=10，再加入的20%硫酸铝溶液2 ml，然后加入硫酸调节溶液pH至8.5，保温1 h，过滤洗涤。分析其中V、Si的浓度，计算除硅率、钒回收率。

表5 硫酸铝除硅温度条件实验

(2)实验结果与讨论：试验结果如表5所示。随着温度的升高，除硅率降低，钒的损失率也减小。保持90 ℃以上，可实现较好的除硅效果和较高的钒回收率。

3 结论

(1)在不加沉淀剂的条件下，滤渣呈胶态，过滤性能较差，温度越高，除硅率越低，钒回收率越高；pH值对除硅的影响较大，在pH=8.5时可以得到较好的除硅率和钒回收率。

(2)使用硫酸铝做沉淀剂效果良好，通过实验得出：除硅试验应保持在90 ℃温度下，20%硫酸铝溶液加入量为原料液量的2%，终点pH值8.5为宜，滤渣用pH=10的热水洗涤。在此条件下，除杂率可达95%以上，钒回收率在98%以上。

[1]刘桂华,李小斌,周秋生.铝、硅在强碱溶液中的结构[J].轻金属,1998(6):13-16.

[2]Christopher J.Gabelich.The role of dissolved aluminum in silica chemistry for membrane processes[J]．Desaliation,2005(108):307-319.

[3]D.L.Gallup.Aluminum silicate scale formation and inhibition：scale characterization and laboratory experiment[J].Geothermics,1997(4):483-499.

[4]丛涛泉,丁璐,毛泽星,等. 聚硅酸金属盐类絮凝剂的研究进展[J].当代化工,2014(1):48-50.

[5]张曦,邹晓勇.含钒液体除硅过程的研究[J].无机盐工业,2008(4):42-43.

SiliconRemovalFromtheAlkaliLeachLiquor

CHENG Bao-hai,HAN Tong,XIE Zhi-zhuo

(Changchun Normal University,Changchun Jilin 130032,China)

This study is aimed to remove the silicon from alkaline leaching solution containing vanadium, and to obtain the pure vanadium containing solution. The results show that under the optimal conditions, that is adding 20% Al2(SO4)3solution by 2% the volume of the alkali leach liquor at 90℃, controlling the final pH value at 8.5, the residue with pH=10 hot water washing. Under the above conditions, the silicon removal rate is up to 95 % and the recovery rate of vanadium is more than 98%.

alkaline leaching solution containing vanadium; silicon removal; precipitation

TF841.3

A

2095-7602(2017)10-0059-03

2017-06-04

吉林省大学生创新创业训练计划项目“微波焙烧对矿石浸出率的影响”(201710205150)。

成宝海(1982- )，男，讲师，博士研究生，从事有色金属冶金研究。