含钒酸浸液选择性电渗析分离回收酸的研究

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我国页岩提钒工艺中,酸浸工艺由于其污染小、钒回收率高而被广泛应用。但酸浸工艺的酸耗量大,浸出所得酸浸液残余有大量硫酸,导致酸浸液酸度高、pH低,同时在强酸作用下,多种杂质离子也随之进入酸浸液,形成高酸多杂的含钒酸浸液。而净化富集过程要求酸浸液的pH为1.8~2.0,因此净化富集前需要调节酸浸液pH。目前常用的方法是加入石灰或氨水等碱性药剂进行中和,不仅消耗大量的药剂,而且产生大量氨氮废水和废渣也需进一步的工序对其处理。本研究采用选择性电渗析(Selective electrodialysis,SED)分离回收酸浸液中的硫酸,以实现酸浸液pH的有效调节以及酸资源的回收利用,避免碱中和的废水废渣问题。研究对离子交换膜进行了选型,并根据pH调节能力和水损失率确定了以TWEDA1R阴离子交换膜和CIMS单价阳离子交换膜构成的膜堆。经选择性电渗析处理148 min,酸浸液pH升高到1.8,钒截留率保持在93%以上。通过扫描电镜和能谱分析发现,在SED处理实际酸浸液过程中出现的沉淀是Fe PO4,这些沉淀颗粒严重影响处理效果,而实际酸浸液中Fe3+还原后进行处理钒截留率可保持94.5%以上。探究了其他杂质离子对处理效果的影响,酸浸液中Na+,K+,Mg2+,Fe2+,Al3+,F-,PO43-浓度分别在0.5~1.5 g/L,7~8 g/L,4.5~5.5 g/L,3.5~4.5 g/L,11.5~12.5 g/L,6~9 g/L,1~2 g/L时,钒截留率、处理时间以及水损失率最高分别可达到98.06%、125 min和5.25%。所有杂质离子中Mg2+由于容易形成厚的离子层,对钒截留率的提升效果最好,Al3+由于水合能高和结合水多,对水损失率是有最好的优化效果,F-由于与H+结合力强,对处理时间有很好的优化效果。铁粉和亚硫酸钠用于选择性电渗析的还原处理,可达到较好的处理效果。试验确定了SED过程中的最佳工艺参数:电流密度25 m A/cm~2、流速40 L/h、体积比1:1,酸浸液处理102 min后,钒截留率达到98.26%,酸回收率达到90%,能耗为0.02 kw·h/mol H+,酸浸液可直接进行净化富集,处理过程不会产生废水废渣。
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