论文部分内容阅读
钒钛磁铁矿冶炼过程中产生的钒渣，是提钒的主要原料，占所有原料的88％。本文提出以氧压浸出工艺处理转炉钒渣，与目前工业上采用的焙烧-浸出工艺相比，具有以下优点:(1)采用直接一步浸出取消了之前的焙烧预处理工艺，缩短了工艺流程;(2)不需要添加碱金属盐添加剂，使物料用量大为减小;(3)避免了焙烧过程中Cl2、HCl、CO2等有害气体的排放;(4)降低了反应能耗;(5)钒的综合回收率有所提高，与传统的焙烧-浸出工艺相比，渣中的钒含量降低至0.6％以下。 本文研究了不同温度下钒渣氧压浸出过程的电位-pH图变化趋势，进行了钒渣氧压浸出的单因素及正交实验，分析了钒渣浸出过程中的动力学规律，得出以下结论: (1)通过热力学计算，绘制出温度60℃、100℃、150℃、200℃，氧分压0.5MPa条件下的V-H2O系、Ti-H2O系、Fe-H2O系、V-Ti-H2O系、V-Fe-H2O系电位-pH图。由图可知，可溶性的V3+、VO2+、VO2+稳定区包含在TiO2及Fe3+、Fe2+的稳定区范围内。从热力学角度来说，氧压浸出过程能够使钒、钛较好的分离，但不能够使钒、铁分离，浸出液还需进一步净化。 (2)进行钒渣氧压浸出单因素实验，通过XRD、XRF、SEM、EDX等手段对浸出液及浸出渣进行分析。实验结果表明:在温度140℃、浸出时间120～150min、氧分压0.5MPa、液固比15∶1～20∶1、搅拌速率500rpm、粒度-0.075～+0.055mm、初酸浓度150～200g/L条件下，钒的浸出率＞96％，渣中钒含量＜0.6％;钛的浸出率＜10％，渣中TiO2含量为26％～31％。 根据单因素实验结果，选取温度、初酸浓度、液固比、浸出时间、搅拌速率5个因素进行正交实验，确定钒渣氧压浸出的优化工艺条件为:初酸浓度200g/L、液固比20∶1、温度140℃、浸出时间120min、搅拌速率500rpm、氧分压为0.5MPa、粒度范围-0.075～+0.055mm。 (3)钒渣氧压浸出的动力学研究表明:氧压浸出过程中，粒度对钒浸出率的影响较小，初酸浓度、搅拌速率、温度的影响较大，符合“未反应核收缩模型”的外扩散控制的动力学过程，其反应活化能Ea=11.84kJ/mol，表观反应级数n=0.92133，并进一步得出不同浸出条件下的动力学方程。 不同粒度条件下的动力学方程为: k=0.00491+0.0008843 exp[-(r+0.06261)2/0.001395]。 不同温度条件下的动力学方程为:lgk=-0.61839×1031/T-0.64215。 搅拌速率的动力学方程为:lnk=0.30459lnR-7.09105。 不同酸浓度的动力学方程为:lnk=0.92133lnC0-9.95326。