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钒是一种稀有难熔金属,具有重要的战略意义。我国钒及钒产品主要来源于石煤,然而传统石煤提钒工艺因存在众多不足而限制到其的推广与应用,因此石煤中提钒新工艺一直都是一个研究热点。本文提出利用氟硅酸作为浸出剂/助浸剂进行石煤直接酸浸提钒,并于氧化沉钒工序采用双氧水代替传统工艺的氧化剂氯酸钠,在整个工艺中避免了有毒有害气体排放的问题。本文为确定氟硅酸浸出工艺的适用度,对来源不同的两种石煤(取自贵州和甘肃)进行了浸出实验,并对贵州石煤矿硫酸+氟硅酸浸出体系浸出液进行了后续工序的研究。浸出阶段实验结果表明,贵州石煤硫酸浸出的最佳条件为:硫酸用量30%,浸出温度95°C,浸出时间24h,浸出液固比1:1,此时V2O5浸出率为68%;氟硅酸浸出的最佳条件为:氟硅酸用量20%,浸出温度95°C,浸出时间8h,浸出液固比1:1,此时V2O5浸出率达到80%。甘肃石煤硫酸浸出的最佳条件为:硫酸用量30%,浸出温度95°C,浸出时间24h,浸出液固比1:1,此时V2O5浸出率为40%;氟硅酸浸出的最佳条件为:氟硅酸用量30%,浸出温度95°C,浸出时间12h,浸出液固比1:1,此时V2O5浸出率达到60%。贵州石煤混酸浸出的最佳条件为:15%硫酸+8%氟硅酸,浸出时间12h,浸出温度95°C,浸出液固比1:1,此时V2O5浸出率能达到80%左右。甘肃石煤混酸浸出的条件为:15%硫酸+8%氟硅酸,浸出时间16h,浸出温度95°C,浸出液固比1:1,此时V2O5浸出率能达到55%左右。钒的分离与富集阶段的实验结果表明,萃取的最佳工艺条件为:萃取体系10%P204+5%TBP+85%磺化煤油,萃原液pH=3.0,接触时间5min,O/A=1:1,萃取温度30°C,此时对石煤硫酸+氟硅酸浸出液单级萃取率达到60%以上;7级萃取后,萃取率达99%。反萃取的最佳工艺条件为:反萃剂中硫酸质量分数10%,接触时间10min,O/A=10:1,此时V2O5反萃率达到70%以上;5级反萃后,V2O5反萃率≥99%。沉钒与钒产品制备阶段的实验结果表明,对NaClO3氧化样,在pH=2,沉钒温度95°C,沉钒时间2h的条件下,沉钒率为95%;对H2O2氧化样,在pH=4,沉钒温度95°C,沉钒时间5h的条件下,沉钒率也能达到95%。将上述条件下沉淀下来热解后的钒产品进行检测,结果均达到国家钒产品98级V2O5标准。本文在现有的矿物酸溶解的机理上定性提出了在氟硅酸作用下石煤的浸出机理。溶液中氟硅酸首先在酸性溶液中分解生成HF,矿物晶格稳定结构中的阳离子随即在HF电离出的F-的作用下于酸性条件按照下述三个步骤进行溶出: nF-…nH++M-Az+?nF-…nH+?M-Az+ nF-…nH+?M-Az+?nF-…Az+?M–nH+ nF-…Az+?M–nH+?AFn+M–nH+其中,F-起到了加速矿物中阳离子溶出的作用。