氯化物体系萃取过程钒/铁迁移规律及分离机制研究

According to the characteristic of low-grade vanadium-bearing titanomagnetite in Liaoning province, a novel process to utilize the low-grade vanadium-bearing titanomagnetite efficiently has been proposed by our group. This project is one of the key important parts of the new process. The HCl leaching solution contains high acidity, high iron, high impurities and low vanadium as the research object. This project focused on key scientific problem of efficient extraction separation of vanadium and iron using D2EHPA and TBP synergist in chloride system. To obtain the regulation mechanism of vanadium and iron in chloride system, vanadium and iron chemical species and forms conversion rules were investigated. To obtain the extraction mechanism of vanadium and iron, the vanadium and iron influences on the structure of extracted complex, and activity and selectivity of extractant molecules etc. were investigated. Through regulating extraction separation parameters and transport rules, efficient extraction separation of vanadium and iron was obtained in the extraction separation process. The project has important academic significance and application background, and will provide the theory basis and the new technology for the regulation mechanism of vanadium and iron and the extraction separation method in the chloride system.

针对我国辽西地区高钒型超贫钒钛磁铁矿难以利用的问题，申请人所在课题组提出了一个湿法冶金优先提取钒及综合利用钛和铁的新方法。本项目是该新方法的关键组成部分之一，是以高酸、高铁、多杂质、低钒含量多金属复杂体系的盐酸浸出液为研究对象，基于氯化物体系中用P204萃取剂/TBP协萃剂高效萃取分离钒/铁的关键科学问题，通过研究氯化物体系钒、铁离子价态/形态的转化规律，建立钒、铁离子价态/形态的调控机制；研究钒、铁离子对萃合物结构及萃取剂分子中有效作用基团反应活性与选择性的影响等，探究氯化物体系P204萃取剂/TBP协萃剂分离钒/铁的机理；通过强化和调控萃取过程钒、铁迁移规律，实现钒/铁的高效萃取分离。本项目的实施，将为开发氯化物体系钒、铁离子价态/形态调控-高效萃取分离钒/铁新方法提供理论依据和应用基础，具有重要的学术意义和应用背景。

本项目是以高酸、高铁、多杂质、低钒含量多金属复杂体系的盐酸浸出液为研究对象，开展萃取剂/协萃剂高效萃取分离钒/铁的基础性研究。在基金的支持下，项目重点进行了以下几方面的研究:（1）氯化物体系中钒、铁离子的存在状态及转化规律；（2）氯化物体系P204-TBP萃取分离钒/铁；（3）界面污物稳定机理及消除；（4）Aliquat 336-TBP体系萃取高酸性溶液中钒；（5）TBP-MIBK体系萃取高酸性溶液中铁;（6）P507萃取钒（IV）机理及热力学。.研究结果表明：（1）在强酸性条件下（pH<1），钒以主要阳离子形式存在，在碱性条件下钒主要以钒氧根聚合阴离子存在；酸浸液中铁以Fe3+和Fe2+形式存在，钒以VO2+形式存在；（2）在较优的工艺条件下P204/TBP体系钒的萃取率大于97.0%，铁的萃取率小于8.0%，实现了钒/铁的高效萃取分离；（3）真实溶液中界面污物的稳定机理是由多相复合界面膜稳定机理、扩散双电层稳定机理和空间稳定机理综合影响的结果；（4）Aliquat 336-TBP体系具有萃取动力学快速、分离效果好、钒反萃容易等优点，在优化的萃取条件下，钒的三级萃取率达90.2%，Aliquat 336-TBP协同萃取是因为Aliquat 336的增溶作用使Aliquat 336-TBP混合萃取剂的萃取能力比单一萃取剂大幅度提高。（5）TBP-MIBK体系具有萃取铁的容量大、萃取分相良好、分离效果好等优点，在优化的萃取条件下，铁的一级萃取率达86.7%，TBP-MIBK协同萃取是因为MIBK的增溶作用使TBP-MIBK混合萃取剂的萃取能力比单一萃取剂大幅度提高。（6）确定P507 萃取VO2+是一个吸热反应，且萃取反应焓ΔH = 9.47 kJ/mol，P507 萃取钒（IV）的机理为阳离子交换过程。.本项目的实施，将为开发氯化物体系钒、铁离子价态/形态调控-高效萃取分离钒/铁新方法提供理论依据和应用基础，有望实现了从钒钛磁铁矿矿产资源到钒电池电解液的低成本、绿色制备重大突破，具有重要的学术意义和应用背景。