含钒石煤浸出过程的钒迁移规律及离子行为研究

In view of China's vanadium leaching process of theoretical research foundation weak, high energy consumption, low efficiency, development of vanadium migration and ion behavior of vanadium-containing stone coal leaching process, in order to enrich and develop the theoretical system of leaching vanadium extraction from stone coal. Through vanadium-containing stone coal leaching experiment design, determination of vanadium leaching reaction conditions and limitations, combined with chemical thermodynamics and dynamics simulation of thermodynamic equilibrium diagram, drawing V-H2SO4-H2O system at different concentrations and typical temperature conditions; at the same time ICP, XRD, SEM etc. detection of leaching residue, and compare the different ion concentration in leaching solution, determine the migration of vanadium from stone coal vanadium leaching process, establish the leaching kinetics model for extracting vanadium from stone coal process; the main reactive ion leaching solution process, synergistic reaction mainly ion prove through investigation vanadium and agglomeration state, and the new generation of phase detection and analysis, to obtain vanadium ion leaching behavior system of law in details; finally formed by the combination of vanadium leaching mechanism, feedback on the leaching process, verify the application effect. In order to effectively selective leaching agent, leaching conditions, control and analyze the main factors influencing the leaching, further explored and the variation of reaction in leaching process of leaching solution from the theoretical point of view.

针对我国石煤提钒浸出工艺基础理论研究薄弱、能耗大、效率低等问题，开展含钒石煤浸出过程的钒迁移规律及离子行为研究，以丰富和发展石煤提钒浸出理论体系。通过系统含钒石煤浸出试验设计，确定石煤提钒浸出反应进行的条件及限度，结合化学热力学计算和动力学模拟，绘制不同钒浓度和介质条件下V-H2SO4-H2O体系的热力学平衡图；同时对浸出渣进行ICP、XRD、SEM等检测，与浸出溶液的各离子浓度进行比对，确定石煤提钒浸出过程的钒迁移规律，建立适合石煤提钒过程的浸出动力学模型；考察浸出溶液体系中各主要离子反应过程，查明钒等主要离子的协同反应及集聚状态，并对新生成物相进行检测分析，获得详细的提钒浸出体系离子行为规律；最后结合所形成的石煤提钒浸出机理，对浸出过程进行反馈，验证其应用效果。从而有效地选择浸出剂种类、控制浸出条件、分析影响浸出的主要因素，进一步从理论角度探索浸出方案及揭示浸出过程中反应变化规律。

项目以湖北典型的云母型含钒石煤为研究对象，从石煤提钒浸出体系的溶液行为角度出发，主要开展了石煤提钒浸出过程相关元素浸出行为及化学热力学分析、石煤提钒浸出过程钒迁移规律、石煤提钒浸出过程动力学模型构建以及浸出体系的复杂离子行为等四个方面的研究。.研究发现典型云母型难处理含钒石煤最佳的浸出体系为H2SO4浸出体系，在酸浸的低温阶段，石煤中主要矿物均能自发溶解，溶解难易程度由难到易依次为赤铁矿＞钾长石≈石英≈钠长石＞磷灰石＞高岭石≈钒氧化物＞云母。在酸浸的高温阶段，主要矿物亦能自发溶解，各矿物的溶解难易度依次为赤铁矿＞钾长石≈石英≈钠长石＞高岭石＞云母＞钒氧化物＞磷灰石。综合确定，含钒石煤中各元素的浸出的难易顺序由难到易为Fe＞Na＞K＞V＞Al＞Mg＞P。.绘制了标准状态及高温H2SO4体系下钒溶液的浓度-pH图和E-pH图。浓度-pH图和E-pH图显示V(Ⅳ)和V(Ⅴ)是浸出溶液中钒的主要存在价态，V(Ⅳ)在酸性条件下主要以VO2+形式稳定存在，碱性条件下HV2O5-形成存在，高浓度时其会以V4O92-形成存在；V(Ⅴ)在强酸性条件下的主要存在形式为VO2+，低浓度时亦会以H2VO4-、HVO42-和VO43-等阴离子形式存在；当钒溶解度较高时，出现复杂的V4O124-、H3V2O7-、HV6O173-、H2V6O172-和H2V10O284-等形式存在。.通过热力学计算，确定了各离子协同作用下各种钒、铁、铝离子的组分图。结果表明在高温酸浸体系中，钒以VO2+和VOSO4的形式存在，亚铁离子以Fe2+和FeSO4形式存在，铁离子主要以FeSO4+和Fe(SO4)2-的形式存在，铝离子主要以AlF2+、AlF2+、AlSO4+和Al(SO4)2-的形式存在。助浸剂中关键组分氟离子与主要金属离子络合的平衡常数大小顺序为：铝离子铁离子钒氧基离子亚铁离子。.项目研究查明了相关浸出体系中的溶液行为，构建了新型浸出过程动力学模型，从理论角度探索了浸出方案及揭示出浸出过程中反应变化规律，为石煤高效浸出工艺以及浸出液的后续处理技术提出了理论性指导，对于推动我国优势含钒石煤资源的先进技术开发和应用具有重要意义。