王 揚(yáng)，王海良，李培佑

（1．核工業(yè)北京化工冶金研究院，北京 101149；2．中核四川環(huán)保工程有限責(zé)任公司，四川 廣元 610006）

目前，國內(nèi)生產(chǎn)釩普遍采用間歇式化學(xué)沉淀法，這種方法存在雜質(zhì)分離程度低、能耗高等問題。五價釩的金屬氧化物能形成酸和同多酸，以陰離子形式存在于水溶液中，用胺鹽作萃取劑可以從水溶液中萃取釩［1］。

以溶劑萃取法取代傳統(tǒng)的化學(xué)沉淀法可實(shí)現(xiàn)釩與鉀、鈉等陽離子的完全分離，獲得高品位釩產(chǎn)品［2-5］，試驗(yàn)研究了用選擇性高、水溶性小的伯胺7101為萃取劑從釩渣浸出液中提取釩。

1 試驗(yàn)部分

1．1 原料及儀器

試驗(yàn)所用釩凈化液取自某釩化工廠，化學(xué)組成見表1。釩渣浸出液是用水在一定溫度下浸出氧化鈉化焙燒后的釩渣（簡稱釩渣熟料）所得，已經(jīng)過化學(xué)除雜去除部分磷、砷、硅等雜質(zhì)。

表1 釩凈化液的化學(xué)組成 g／L

由表1看出，釩凈化液中，鈉含量較高，釩鈉質(zhì)量比為1．3，其余雜質(zhì)相對較低。釩以VO-3陰離子形式存在，五價釩在水溶液中的行為較復(fù)雜，隨溶液酸度和釩濃度不同呈現(xiàn)不同的聚合離子形態(tài)［6］。

濃硫酸：分析純，18．4mol／L。

萃取劑：伯胺7101，核工業(yè)北京化工冶金研究院合成，物化性能見表2。

表2 伯胺7101的物化性能

攪拌設(shè)備：天壇榮華儀器制造廠，配100W電機(jī)。

1．2 試驗(yàn)原理與方法

溶液中的釩在一定條件下以含氧酸根陰離子形式被伯胺選擇性萃取，負(fù)載有機(jī)相中的釩用碳酸銨溶液反萃取轉(zhuǎn)化成釩酸銨沉淀，過濾洗滌后經(jīng)熱分解得粉（片）狀五氧化二釩產(chǎn)品。

萃取、反萃取中的化學(xué)反應(yīng)為：

試驗(yàn)在燒杯中進(jìn)行。將萃取劑加入到燒杯中，加入一定量釩凈化液，同時滴加9mol／L硫酸適量，開啟攪拌，一定時間后停止攪拌，靜置分相。將反萃取劑置于燒杯中，開啟攪拌并加熱至適宜溫度，緩慢加入負(fù)載有機(jī)相，充分接觸后靜置分相，過濾出固體物釩酸銨，再經(jīng)分解得五氧化二釩產(chǎn)品。貧有機(jī)相及反萃取母液處理后循環(huán)使用。

2 試驗(yàn)結(jié)果及討論

2．1 萃取

2．1．1 萃取劑配比對釩萃取率的影響

試驗(yàn)條件：料液體積100mL，料液中釩質(zhì)量濃度17．3g／L，室溫（28℃），接觸時間5min，相比Vo／Va＝1／1，用9mol／L硫酸調(diào)溶液pH為2左右。萃取劑組成對釩萃取率的影響試驗(yàn)結(jié)果見表3。

表3 萃取劑配比對釩萃取率的影響

從表3看出：酸性條件下，伯胺7101可有效萃取釩，單次萃取率為88．2%～90．2%；醇類的加入可有效改善萃取性能，增大萃合物在煤油中的溶解度，而無醇類添加時，有機(jī)相黏稠，兩相界面不清。確定萃取劑組成為10%7101＋10%仲辛醇＋80%煤油。

2．1．2 飽和容量的測定

在充分的接觸條件下，用一份轉(zhuǎn)型后的貧有機(jī)相與多份料液錯流萃取，以有機(jī)相及萃余水相中釩質(zhì)量濃度均不再發(fā)生變化為基準(zhǔn)確定萃取劑對釩的飽和容量。萃取劑為10%7101＋10%仲辛醇＋80%煤油，相比Vo／Va＝1／1，接觸時間5min，萃原液釩質(zhì)量濃度17．3g／L，萃取過程中每100 mL料液補(bǔ)加2．2mL硫酸溶液調(diào)pH。試驗(yàn)結(jié)果見表4?？梢钥闯?，經(jīng)過5次錯流萃取，萃取達(dá)平衡，有機(jī)相飽和，飽和容量為29．5g／L。

表4 10%7101＋10%仲辛醇＋80%煤油萃取劑的飽和容量

2．1．3 接觸時間對釩萃取率的影響

試驗(yàn)條件：萃取劑為10%7101＋10%仲辛醇＋80%煤油，萃原液中釩質(zhì)量濃度17．3g／L，相比Vo／Va＝1／1，室溫（28℃），每100mL料液補(bǔ)加硫酸2mL。兩相混合時間對釩萃取率的影響試驗(yàn)結(jié)果見表5。

表5 釩的萃取動力學(xué)試驗(yàn)結(jié)果

從表5看出：伯胺7101萃取釩的動力學(xué)較快，4min內(nèi)即達(dá)平衡，萃取時間的延長可能會對界面乳化物的形成提供有利條件［5］，因此選定接觸時間以不超過5min為宜。

2．2 反萃取

2．2．1 反萃取劑的選擇

試驗(yàn)選用NH4OH、銨鹽進(jìn)行反萃取，飽和有機(jī)相中釩質(zhì)量濃度為17．0g／L，兩相接觸時間為15min，相比Vo／Va＝1／1，溫度為室溫（28℃）。試驗(yàn)結(jié)果見表6?？梢钥闯觯喊彼吞妓徜@溶液均能有效反萃取釩，釩的單級反萃取率均大于99%。但由于氨水有強(qiáng)烈的刺激性氣味，并在相界面處形成大量三相物，所以從操作及環(huán)境等方面考慮，宜選用170g／L（NH4）2CO3溶液作為反萃取劑。

表6 不同反萃取劑對釩反萃取率的影響

2．2．2 反萃取溫度對反萃取的影響

（NH4）2CO3溶液質(zhì)量濃度為170g／L，有機(jī)相中釩質(zhì)量濃度為17．0g／L，反萃取接觸時間15 min，相比Vo／Va＝5／1。溫度對（NH4）2CO3反萃取釩的影響試驗(yàn)結(jié)果見表7。

由于反萃取的同時得到不溶于水的釩酸銨鹽，適當(dāng)提高溫度，釩酸銨鹽結(jié)晶顆粒較粗大，易沉淀，過濾洗滌快，產(chǎn)品質(zhì)量好，但溫度過高，煤油揮發(fā)損失加快，所以選擇反萃取溫度為40℃。

表7 溫度對釩反萃取率的影響

2．2．3 兩相接觸時間對釩反萃取率的影響

有機(jī)相中釩質(zhì)量濃度為17．0g／L，反萃取劑為170g／L的（NH4）2CO3水溶液，相比Vo／Va＝1／1，溫度40℃。接觸時間對釩反萃取率的影響試驗(yàn)結(jié)果見表8?？梢钥闯觯簝上嗷旌?0min后，釩反萃取率在99%以上。綜合考慮，選定反萃取接觸時間以10～15min為宜。

表8 接觸時間對釩反萃取率的影響

2．3 產(chǎn)品質(zhì)量分析

經(jīng)抽樣分析，本工藝得到的釩酸鹽產(chǎn)品純度在99%以上，達(dá)YB／T5304—2011冶金99級標(biāo)準(zhǔn)。產(chǎn)品質(zhì)量分析結(jié)果見表9。

表9 產(chǎn)品質(zhì)量分析結(jié)果

3 結(jié)論

用10%7101＋10%仲辛醇＋80%煤油作萃取劑可以從釩渣浸出液中有效萃取釩，萃取在常溫下進(jìn)行、反萃取所需溫度在40℃左右，與傳統(tǒng)工藝需95℃相比，可大大節(jié)能降耗；采用反萃取沉淀結(jié)晶法可直接得到產(chǎn)品，縮短工藝流程，減少了廢水排放。

工藝過程簡單，可實(shí)現(xiàn)連續(xù)化生產(chǎn)；所得產(chǎn)品質(zhì)量較高。所提出的工藝流程和工藝參數(shù)有待擴(kuò)大試驗(yàn)進(jìn)一步驗(yàn)證。

［1］王玉鑫，羅青娥，劉述枚．伯胺N1923萃取釩（V）的機(jī)理研究［J］．湘潭大學(xué)自然科學(xué)，1990，12（3）：139-146．

［2］高宏成，沈興海，吳杰．胺類萃取機(jī)理的探討［J］．高等學(xué)?；瘜W(xué)學(xué)報，1994，10（15）：1425-1428．

［3］劉彥華，楊超．用溶劑萃取法從含釩浸出液中直接沉淀釩［J］．濕法冶金，2010，29（4）：263-266．

［4］劉彥華，楊超．中溫萃取提釩工藝擴(kuò)大試驗(yàn)［J］．濕法冶金，2011，30（2）：130-133．

［5］曹耀華，高照國，劉紅召，等．從淅川釩礦石中提取V2O5的擴(kuò)大試驗(yàn)［J］．濕法冶金，2012，31（6）：353-356．

［6］廖世明．國外釩冶金［M］．北京：冶金工業(yè)出版社，1985：135-136．