【摘 要】
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钒页岩是我国一种极为重要的优势矿产资源,其V2O5储量约为1.18亿吨,约占我国V2O5总储量的87%,是我国高纯钒生产的重要来源之一。压力酸浸工艺因其浸出效率高、原料适应性强、无污染性气体排放等优点,在页岩提钒领域受到了广泛的关注。但浸出温度的大幅提升导致矿物组分无组织释放,大量Fe、Al等杂质离子会伴随V同步浸出,影响后续V的净化富集。针对上述问题,本研究在压力浸出过程中引入配位沉淀剂,从源头
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钒页岩是我国一种极为重要的优势矿产资源,其V2O5储量约为1.18亿吨,约占我国V2O5总储量的87%,是我国高纯钒生产的重要来源之一。压力酸浸工艺因其浸出效率高、原料适应性强、无污染性气体排放等优点,在页岩提钒领域受到了广泛的关注。但浸出温度的大幅提升导致矿物组分无组织释放,大量Fe、Al等杂质离子会伴随V同步浸出,影响后续V的净化富集。针对上述问题,本研究在压力浸出过程中引入配位沉淀剂,从源头上分离Fe、Al杂质。通过研究不同配位剂参与下V、Fe、Al的浸出行为,对比不同配位剂对Fe、Al沉淀分离的影响,再结合XRD、XPS、SEM-EDS和热力学计算等多种表征方法和手段对Fe、Al离子配位沉淀机制进行分析,最后采用响应面法对浸出工艺条件进行优化。主要结论如下:(1)压力酸浸过程中Fe、Al水解以及二者类质同象取代能够生成稳定的明矾石超群矿物。K2SO4的介入促进了明矾石沉淀的生成,使Fe浸出率大幅降低,但对Al沉淀作用较弱。研究发现,因磷酸根离子配位能力强于硫酸根离子,浸出过程中K3PO4的引入使Fe、Al沉淀率得到大幅度的提升。在SO42-配位作用下,Fe、Al掺杂在沉淀物相中生成了黄钾铁矾-钾明矾石固溶体(K(Fe,Al)3(SO4)2(OH)6);而通过PO43-的配位作用,Fe水解产生的羟基与PO43-倾向于相互吸引和取代,形成一个完整的单元。羟基离子或质子的转移导致铁羟基数量的变化和电荷的重新分布后,Fe形成了羟基磷酸铁(Fe4(PO4)3(OH)3)沉淀。Al水解形成的羟基在PO43-介入下会发生断裂,使Al最终形成了磷酸铝(Al PO4)沉淀。(2)响应面法分析得出了V、Fe、Al浸出率与浸出因素间的模型方程,确定了最佳工艺参数:浸出温度185℃、硫酸浓度9 vol.%、K3PO4用量7 wt.%、氧分压0.7 MPa、浸出时间4 h。该条件下,V、Fe、Al浸出率分别为85.8%、3.7%、24.9%,与预测结果接近。通过浸出参数显著性比较判断,K3PO4用量对Fe、Al浸出率的显著性高于硫酸浓度,在SO42-和PO43-共存的酸性溶液环境中,Fe、Al离子会优先与PO43-反应发生沉淀,实现V选择性浸出。
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