鄧孝伯，韋林森，申長(zhǎng)帥，李千文，汪超，范兵強(qiáng)，張賀東，張洋

（1 攀鋼集團(tuán)釩鈦資源股份有限公司，四川攀枝花 617023；2 鄭州中科新興產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院，河南鄭州 450000；3 中國(guó)科學(xué)院過程工程研究所，北京 100190）

釩和鉻皆是重要的戰(zhàn)略資源，廣泛應(yīng)用于航空、航天、冶金、材料、電鍍、制革、印染、顏料、木材防腐和超導(dǎo)體等領(lǐng)域[1-3]。釩和鉻物理化學(xué)性質(zhì)相似，在許多礦物中常伴生共存，如釩鈦磁鐵礦、鉻鐵礦[4]。攀西地區(qū)有豐富的釩鈦磁鐵礦資源，釩、鈦資源分別占全國(guó)儲(chǔ)量的50%和90%以上，占世界儲(chǔ)量的18%和35%以上，是中國(guó)第二大鐵礦區(qū)，被稱為“富甲天下的聚寶盆”。其中，紅格礦儲(chǔ)量36 億噸，是攀西四大礦區(qū)中最大的一個(gè)。紅格原礦中Cr2O3品位為0.25%，為其他礦區(qū)的8～10 倍，是最大的鉻資源礦床[5-6]。釩鈦磁鐵礦在高爐冶煉提釩的過程中，釩和鉻一起被氧化進(jìn)入到釩渣中，紅格礦冶煉得到釩渣中鉻含量較高，被稱為高鉻型釩渣，該釩渣含8%～12%的V2O5和10%～20%的Cr2O3[7]。

釩是釩鉻渣中最有價(jià)值的元素，工業(yè)通常采用鈉化焙燒-水浸法提取。提釩過程中，釩、鉻同時(shí)進(jìn)入溶液，經(jīng)沉釩工藝處理后，大部分釩資源得以有效回收利用[8]。但沉釩過程產(chǎn)生大量的含Cr(Ⅵ)和V(Ⅴ)廢水，沉釩廢水凈化過程包括還原、中和、過濾，該過程得到大量的釩鉻還原渣。釩鉻還原渣為釩冶金行業(yè)典型固體廢棄物，一般由釩、鉻及水溶性鹽等組成，國(guó)內(nèi)氧化釩生產(chǎn)企業(yè)每年產(chǎn)生的釩鉻還原渣總量超過5萬(wàn)噸。鉻的附加值不及釩，同時(shí)現(xiàn)有提釩方法無(wú)法實(shí)現(xiàn)鉻的綜合利用，造成高毒性的釩鉻廢渣大量堆存，廢渣在空氣中被氧化產(chǎn)生六價(jià)鉻及五價(jià)釩污染物，易與水溶性鹽類一同滲入土壤及地下水系，對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重污染。廢渣資源化利用的難點(diǎn)是釩、鉻、鐵等離子的深度分離技術(shù)[9]，研究釩鉻還原渣中V、Cr 等元素的深度分離提取技術(shù)，規(guī)避重金屬?gòu)U渣對(duì)環(huán)境的重大威脅，實(shí)現(xiàn)提釩過程釩鉻渣的同步處理，具有重要的經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益。

目前，分離提取釩鉻的方法主要有化學(xué)沉淀法、離子交換法、萃取法、結(jié)晶法、吸附法和膜分離等[4]。銨鹽沉釩是化學(xué)沉淀法分離溶液中的釩和鉻的代表工藝，該方法具有成本低、流程短、沉釩效果好等優(yōu)點(diǎn)，常用來(lái)生產(chǎn)偏釩酸銨和多釩酸銨。但銨鹽沉釩產(chǎn)生大量難處理的氨氮廢水，耗能大，脫氨成本高，且難以實(shí)現(xiàn)釩、鉻的深度分離，無(wú)法實(shí)現(xiàn)鉻的利用。水解沉釩因不產(chǎn)生氨氮廢水，且沉釩率高，已成功應(yīng)用于釩提取工業(yè)中，但該工藝也無(wú)法獲得合格的鉻產(chǎn)品。市場(chǎng)上出售的Cr2O3產(chǎn)品要求釩質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于0.15%，而V2O5產(chǎn)品要求鉻質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于0.1%。采用萃取的方式可以獲得高純度的釩、鉻產(chǎn)品，但萃取分離對(duì)溶液中目標(biāo)離子濃度及其他雜質(zhì)的含量要求高，前處理成本高，處理能力小，萃取劑易污染且價(jià)格昂貴，無(wú)法大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)[3]。離子交換[10]、膜過濾[11]和吸附法[12]等方法都有應(yīng)用的局限性，如樹脂循環(huán)性能不佳、吸附選擇性差等，尚處于研究開發(fā)階段。

本文以釩鉻還原渣經(jīng)硫酸浸出得到的高濃度釩鉻溶液為研究對(duì)象，提出了在酸性溶液中氧化法初步沉釩及絡(luò)合法深度分離釩鉻的聯(lián)合分離工藝，最終制備了合格的Cr2O3產(chǎn)品，并實(shí)現(xiàn)了釩資源的循環(huán)利用，釩鉻分離工藝流程如圖1。本研究主要探索氧化法初步分離釩鉻的工藝條件，通過實(shí)驗(yàn)研究了不同氧化劑、溶液初始pH、反應(yīng)溫度、反應(yīng)時(shí)間、氧化劑/沉淀劑用量等因素對(duì)沉釩效果的影響，獲得最佳的工藝條件，對(duì)釩鉻資源化提供參考依據(jù)。

圖1 釩鉻分離及回收工藝流程

1 材料和方法

1.1 實(shí)驗(yàn)原料

釩鉻還原渣由攀枝花釩制品廠提供，經(jīng)硫酸酸解高溫浸出預(yù)處理后，得到的酸浸液組成見表1。

表1 釩鉻還原渣的酸浸液組成（攀枝花釩制品廠）

1.2 試劑和儀器

所用試劑濃硫酸、氫氧化鈉、雙氧水（質(zhì)量分?jǐn)?shù)30%）、過硫酸鈉均為分析純。

所用設(shè)備有高壓反應(yīng)釜、雙層玻璃反應(yīng)釜、馬弗爐、集熱式恒溫加熱攪拌器、pH 計(jì)、電熱鼓風(fēng)干燥箱、循環(huán)水真空泵、ThermoFisher 7200電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀（ICP-OES）、SHIMADZU MXF-2400 多道X 射線熒光光譜儀（XRF）、荷蘭PANalytical B.V. 公司Empyrean X 射線衍射儀（XRD）、日本電子株式會(huì)社JSM-7610F 熱場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡（SEM）。

1.3 實(shí)驗(yàn)步驟

量取一定體積的酸浸液置于燒杯中，在機(jī)械攪拌下用氫氧化鈉調(diào)節(jié)溶液的pH 至設(shè)定值，分一定時(shí)間勻速加入氧化劑，充分混合后繼續(xù)攪拌一段時(shí)間，將溶液轉(zhuǎn)移至對(duì)應(yīng)的反應(yīng)釜中（實(shí)驗(yàn)溫度超過100℃采用高壓反應(yīng)釜，100℃以下使用玻璃反應(yīng)釜），設(shè)定實(shí)驗(yàn)溫度及保溫時(shí)間，待實(shí)驗(yàn)完成后，用布氏漏斗進(jìn)行固液分離。實(shí)驗(yàn)完成后，分析濾液中的釩、鉻含量，計(jì)算沉釩率及鉻損率，濾餅經(jīng)洗滌干燥后分析其主要成分含量。沉釩率及鉻損率采用式(1)、式(2)計(jì)算。

式中，V0為沉釩前溶液的體積，L；V1為沉釩后濾液的體積，L；cV0、cV1分別為沉釩前后溶液的釩濃度，g/L；cCr0、cCr1分別為沉釩前后溶液的鉻濃度，g/L。

1.4 樣品分析

溶液中釩、鉻濃度的測(cè)定采用硫酸亞鐵銨滴定法，分別參考行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)YB/T 547.1—2014和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 4702.1—2016，初步沉釩沉淀物各離子含量及濾液中其他雜質(zhì)金屬離子含量測(cè)定采用ICPOES和XRF測(cè)定。

2 結(jié)果與討論

2.1 沉釩工藝

釩鉻還原渣經(jīng)硫酸在pH=1.0～1.5 條件下直接浸出，釩、鉻浸出率均達(dá)到90%以上，浸出率高，適合工業(yè)應(yīng)用。釩鉻還原渣經(jīng)硫酸浸出后，釩主要以V(Ⅳ)存在，鉻以Cr(Ⅲ)存在溶液中。在酸性溶液中，利用V(Ⅳ)和Cr(Ⅲ)還原性的差異，常規(guī)氧化劑如H2O2、MnO2、過硫酸鹽系等氧化劑可以選擇性氧化V(Ⅳ)為V(Ⅴ)，Cr(Ⅲ)幾乎不被氧化，進(jìn)而可以利用V(Ⅴ)在pH為2左右的水解沉釩，實(shí)現(xiàn)大部分釩的回收利用[13]。

H2O2作為清潔氧化劑，在工業(yè)上被大規(guī)模使用。但H2O2易分解，儲(chǔ)存運(yùn)輸困難，氧化效率低，且在酸性釩鉻液中分解產(chǎn)生刺激性氣味污染環(huán)境。銨鹽沉釩是釩行業(yè)常用的沉釩工藝，(NH4)2S2O8作為強(qiáng)氧化劑可氧化V(Ⅳ)，進(jìn)而被還原成硫酸銨進(jìn)行銨鹽沉釩，經(jīng)預(yù)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證(NH4)2S2O8是可行的。但銨鹽沉釩產(chǎn)生大量難處理的氨氮廢水，易造成水體富營(yíng)養(yǎng)化。為規(guī)避銨鹽帶來(lái)的不良后果，采用Na2S2O8作為替代氧化劑。本文系統(tǒng)研究了H2O2和Na2S2O8的沉釩效果，確定適合工業(yè)推廣的最佳氧化劑及工藝條件。

本研究采用選擇性氧化V(Ⅳ)-水熱水解聯(lián)合沉淀工藝，理論上可實(shí)現(xiàn)上述酸浸液中釩、鉻的有效分離。制約沉釩的因素主要有氧化效果及水解效率，將從氧化劑加入量、氧化溫度、初始溶液pH、氧化時(shí)間、水解溫度、水解時(shí)間等因素研究其對(duì)沉釩效果的影響。

2.1.1 氧化劑加入量對(duì)沉釩效果的影響

V(Ⅳ)與H2O2發(fā)生氧化還原反應(yīng)的方程式為式(3)。

V(Ⅳ)與Na2S2O8發(fā)生氧化還原反應(yīng)的方程式為式(4)。

固定反應(yīng)條件：氧化溫度為60℃，初始溶液pH為2.0，氧化時(shí)間為1h，水解溫度為95℃，水解時(shí)間為3h。分別考察兩種氧化劑加入量對(duì)沉釩效果影響的單因素實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖2。

圖2 氧化劑加入量對(duì)沉釩效果的影響

從圖2 可以看出，當(dāng)H2O2與釩摩爾比從0.5 增加到0.8 時(shí)，沉釩率從49.1%增加到84.7%。再增加摩爾比，沉釩率與鉻損率基本不變，摩爾比為0.75 和0.8 時(shí)，沉釩率相差很小，兼顧經(jīng)濟(jì)性，最佳的H2O2與釩摩爾比為0.75。當(dāng)Na2S2O8與釩摩爾比從0.5 增加到0.65 時(shí)，沉釩率從75.3%升高到91.2%，此時(shí)鉻損率為8.1%，再增加摩爾比，沉釩率與鉻損率基本不變，因此最佳的Na2S2O8與釩摩爾比為0.65。圖2 中，采用Na2S2O8作為氧化劑時(shí)，沉釩率均大于H2O2，鉻損率均小于H2O2，且Na2S2O8的摩爾用量小于H2O2。

2.1.2 氧化溫度對(duì)沉釩效果的影響

氧化還原過程受化學(xué)反應(yīng)控制，溶液溫度較低時(shí)，氧化還原反應(yīng)速率低，反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)。溶液溫度較高時(shí)，不穩(wěn)定氧化劑大量分解。釩鉻還原渣酸浸液初始溫度在90℃左右，降低溫度能耗增加。因此，合適的氧化溫度對(duì)生產(chǎn)成本影響很大。為考察氧化溫度對(duì)沉釩效果的影響，固定反應(yīng)條件：H2O2與釩摩爾比為0.75，Na2S2O8與釩摩爾比為0.65，初始溶液pH 為2.0，氧化時(shí)間為1h，水解溫度為95℃，水解時(shí)間為3h。在40～90℃之間進(jìn)行了氧化溫度對(duì)沉釩效果影響的單因素實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖3。

圖3 氧化溫度對(duì)沉釩效果的影響

從圖3可以看出，以H2O2為氧化劑時(shí)，當(dāng)氧化溫度為60℃時(shí)，沉釩率達(dá)到最大值，氧化溫度繼續(xù)增加，沉釩率急劇下降。以Na2S2O8為氧化劑時(shí)，沉釩率呈遞增趨勢(shì)但幅度較小。兩者鉻損率趨勢(shì)均與沉釩率一致。圖3 說(shuō)明H2O2比Na2S2O8受溫度影響大，因此，以H2O2為氧化劑時(shí)的最佳氧化溫度為60℃，以Na2S2O8為氧化劑時(shí)，最佳氧化溫度選擇初始酸浸液溫度90℃節(jié)約能耗。

2.1.3 氧化時(shí)間對(duì)沉釩效果的影響

從加氧化劑到開始升溫的時(shí)間定義為氧化時(shí)間（用t表示，min），由兩部分構(gòu)成：一是加料時(shí)間（t1），二是充分反應(yīng)時(shí)間（t2），t=t1+t2。預(yù)實(shí)驗(yàn)表明，加完H2O2持續(xù)攪拌30min能保證充分氧化，再延長(zhǎng)時(shí)間未反應(yīng)的H2O2基本分解完全，因此固定t2=30min，即t=t1+30，用滴定管均勻控制t1，考察加料時(shí)間t1對(duì)沉釩效果影響。Na2S2O8為固體氧化劑，分解程度小，可一次投料，不考慮加料時(shí)間，即t1=0，t=t2，主要考察反應(yīng)時(shí)間t2對(duì)沉釩效果的影響。為研究氧化時(shí)間t對(duì)沉釩的影響，固定反應(yīng)條件：H2O2與釩摩爾比為0.75，H2O2氧化溫度60℃，Na2S2O8與釩摩爾比為0.65，Na2S2O8氧化溫度90℃，初始溶液pH均為2.0，水解溫度均為95℃，水解時(shí)間均為3h?？疾煅趸瘯r(shí)間對(duì)沉釩效果的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖4。

圖4 氧化時(shí)間對(duì)沉釩效果的影響

從圖4可以看出，以H2O2為氧化劑時(shí)，當(dāng)氧化時(shí)間從35min 增加到60min 時(shí)，沉釩率迅速上升，繼續(xù)增加氧化時(shí)間，沉釩率基本趨于穩(wěn)定。以Na2S2O8為氧化劑時(shí)，沉釩率在氧化時(shí)間為45min時(shí)達(dá)到最大值90.5%。因此，以H2O2為氧化劑的最佳氧化時(shí)間為60min，以Na2S2O8為氧化劑的最佳氧化時(shí)間為45min。H2O2氧化時(shí)間長(zhǎng)增加操作時(shí)間，進(jìn)而影響產(chǎn)能。

2.1.4 初始溶液pH對(duì)沉釩效果的影響

溶液pH 不僅影響氧化效果，還影響水解沉釩反應(yīng)。氧化劑發(fā)生氧化反應(yīng)后，生成的H+使溶液的pH降低。為探索合適的初始溶液pH，固定反應(yīng)條件：H2O2與釩摩爾比為0.75，H2O2氧化溫度為60℃，H2O2氧化時(shí)間為60min，Na2S2O8與釩摩爾比為0.65，Na2S2O8氧化溫度為90℃，Na2S2O8氧化時(shí)間為45min，水解溫度均為95℃，水解時(shí)間均為3h?？疾斐跏既芤簆H 對(duì)沉釩效果的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖5。

從圖5可以看出，以H2O2為氧化劑，溶液初始pH=2.0 沉釩率最大，以Na2S2O8為氧化劑，初始溶液pH=2.5 沉釩率最大。Na2S2O8為氧化劑沉釩率波動(dòng)幅度較H2O2大，表明Na2S2O8的沉釩效果受溶液pH 影響大，這可能與Na2S2O8發(fā)生氧化還原反應(yīng)后，溶液中生成H+較多使溶液pH 下降幅度大有關(guān)，所以Na2S2O8反應(yīng)需要的溶液初始pH 要高于H2O2。圖5表明，H2O2為氧化劑的最佳溶液初始pH為2.0，Na2S2O8為氧化劑最佳溶液初始pH為2.5。

圖5 溶液初始pH對(duì)沉釩效果的影響

2.1.5 水解溫度對(duì)沉釩效果的影響

水解沉釩受化學(xué)反應(yīng)控制，理論上提高反應(yīng)溫度有助于沉釩進(jìn)行。高溫高壓反應(yīng)必然造成設(shè)備及運(yùn)行費(fèi)用增加。為考察水解溫度對(duì)沉釩效果的影響，固定如下實(shí)驗(yàn)條件：H2O2與釩摩爾比為0.75，H2O2氧化溫度為60℃，H2O2氧化時(shí)間為60min，H2O2初始溶液pH 為2.0，Na2S2O8與釩摩爾比為0.65，Na2S2O8氧化溫度為90℃，Na2S2O8氧化時(shí)間為45min，Na2S2O8初始pH 為2.5，水解時(shí)間兩者均為3h?？疾焖鉁囟葘?duì)沉釩效果影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖6。

圖6 水解溫度對(duì)沉釩效果的影響

從圖6可以看出，以H2O2為氧化劑，在常壓下水解溫度從75℃增加到95℃，沉釩率從75.3%升高到87.2%。當(dāng)反應(yīng)轉(zhuǎn)移至高壓反應(yīng)釜，繼續(xù)升高溫度，沉釩率出現(xiàn)下降的趨勢(shì)。以Na2S2O8為氧化劑，沉釩溫度從70℃增加到90℃，沉釩率從80.1%增加到92.1%，當(dāng)沉釩溫度繼續(xù)增加時(shí)，沉釩率基本保持不變。兩種氧化劑在不同水解溫度下，鉻損失均變化不大。因此，H2O2水解沉釩的最佳反應(yīng)溫度為95℃，Na2S2O8水解沉釩的最佳反應(yīng)溫度為90℃。

2.1.6 水解時(shí)間對(duì)沉釩效果的影響

水解反應(yīng)時(shí)間是生產(chǎn)運(yùn)行費(fèi)用的重要參考指標(biāo)之一，為考察水解時(shí)間對(duì)沉釩效果的影響，在以上得到的最佳工藝參數(shù)下，進(jìn)行水解溫度對(duì)沉釩效果影響的單因素實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖7。

圖7 水解時(shí)間對(duì)沉釩效果的影響

從圖7可以看出，兩種氧化劑當(dāng)水解時(shí)間增加時(shí)，沉釩率均呈現(xiàn)先上升后穩(wěn)定趨勢(shì)，鉻損率趨勢(shì)相當(dāng)且變化幅度小。因此，綜合考慮操作時(shí)間成本等因素，兩種氧化劑的最佳水解沉淀時(shí)間均選擇2.5h。

以單因素分析分別確定了H2O2和Na2S2O8兩種氧化劑的水解沉釩效率，得到了各自的最佳操作工藝參數(shù)。綜合實(shí)驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，Na2S2O8的沉釩效果均優(yōu)于H2O2，鉻損率均低于H2O2，且H2O2易分解，對(duì)儲(chǔ)運(yùn)及投料要求較高，因此Na2S2O8更適合工業(yè)推廣應(yīng)用。

2.2 沉淀產(chǎn)物及形貌特征

2.2.1 沉淀產(chǎn)物組成

以H2O2和Na2S2O8為氧化劑，經(jīng)單因素實(shí)驗(yàn)研究，得出了兩種不同氧化劑氧化沉釩的最佳工藝參數(shù)。為驗(yàn)證最佳工藝條件下沉釩穩(wěn)定性，采用同一批0#酸浸液，在最佳工藝參數(shù)下分別用兩種氧化劑各進(jìn)行3組沉釩實(shí)驗(yàn)，得到的沉釩液各元素質(zhì)量濃度見表2。高鉻釩液氧化沉釩得到的釩氧化產(chǎn)物中夾帶較多的Cr、Na+等離子，采用純水經(jīng)二級(jí)逆流洗滌得到相對(duì)純凈的釩氧化產(chǎn)物，其組成見表3。

從表2 可以看出，在最佳工藝條件下，采用H2O2為氧化劑時(shí)，平均沉釩率為84.2%，平均鉻損率為11.9%。采用Na2S2O8為氧化劑時(shí)，平均沉釩率為93.1%，平均鉻損率為7.6%。綜合以上研究，Na2S2O8的沉釩效果均優(yōu)于H2O2，鉻損率均低于H2O2，且H2O2易分解，對(duì)儲(chǔ)運(yùn)及投料要求較高，因此，Na2S2O8更適合工業(yè)推廣應(yīng)用。

表2 兩種不同氧化劑對(duì)應(yīng)的沉釩液元素質(zhì)量濃度

表3 沉淀產(chǎn)物中各元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)

從表3可以看出，采用兩種氧化劑進(jìn)行沉釩分離時(shí)，液固分離得到的沉淀物經(jīng)純水二級(jí)逆流洗滌后，固體中還含有Si、Fe、P、S、Na 等雜質(zhì)，其中Si 跟S 的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在3%以上。采用H2O2為氧化劑時(shí)，得到的沉淀物中平均鉻質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5.5%，Na2S2O8為氧化劑時(shí)，得到的沉淀物中平均鉻質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3.7%。該部分鉻經(jīng)水洗并不能有效去除，表明在沉釩過程中，少量的鉻可能發(fā)生了共沉淀。從鉻含量來(lái)分析，Na2S2O8為氧化劑沉釩效果要優(yōu)于H2O2。

2.2.2 沉淀產(chǎn)物形貌分析

采用場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡對(duì)得到的沉淀物粉末進(jìn)行形貌分析，分析結(jié)果如圖8所示。

從圖8(a)的SEM 圖可以看出，以H2O2為氧化劑，得到的釩氧化產(chǎn)物的微觀形貌呈現(xiàn)多孔的中空網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。結(jié)合該氧化物組成分析，這可能是由于酸浸液中含一定量的硅，在酸性條件下形成多聚硅酸鹽進(jìn)入到釩氧化產(chǎn)物中形成中空網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。從圖8(b)可以看出，采用Na2S2O8為氧化劑，得到的沉淀產(chǎn)物的微觀結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)類蒲公英似的絨簇狀分散結(jié)構(gòu)，根據(jù)氧化物成分分析，附著在氧化物上的可能為洗滌過程中殘留的硫酸鈉等鹽類化合物。

2.3 五氧化二釩產(chǎn)品制備及表征

2.3.1 五氧化二釩產(chǎn)品制備

將分別采用H2O2和過硫酸鈉氧化沉釩得到的沉淀物置于馬弗爐中550℃煅燒4h，將煅燒后的產(chǎn)品用稀鹽酸洗滌干燥后得到V2O5產(chǎn)品。采用XRF進(jìn)行全組分分析，分析結(jié)果如表4所示。

表4 V2O5產(chǎn)品中各組分質(zhì)量分?jǐn)?shù)

2.3.2 五氧化二釩產(chǎn)品表征

將煅燒后的V2O5產(chǎn)品進(jìn)行X射線衍射分析，得到的結(jié)果如圖9所示。

圖9 采用H2O2和Na2S2O8制備的五氧化二釩產(chǎn)品XRD圖

從圖9可以看出，得到的兩種V2O5產(chǎn)品的XRD圖譜基本重合，說(shuō)明采用H2O2和Na2S2O8兩種氧化劑得到的沉淀產(chǎn)物經(jīng)煅燒得到的V2O5產(chǎn)品基本一致。XRD 圖譜中的主要峰強(qiáng)且尖銳，半高寬窄，表明樣品結(jié)晶度好[14]。2θ為15.4°、20.3°、21.7°、26.3°、31.0°、32.4°和34.3°處的特征衍射峰與V2O5標(biāo)準(zhǔn)圖譜的強(qiáng)特征譜線重合，晶格常數(shù)a=1.151nm，b=0.3565nm，c=0.4372nm，α、β和γ角均為90°，說(shuō)明得到的V2O5產(chǎn)品為正交晶型。2θ在12.2°、18.6°、27.7°、29.2°出現(xiàn)了多釩酸鈉的特征衍射峰，表明部分多釩酸鈉未完全轉(zhuǎn)化成V2O5產(chǎn)品，煅燒工藝待進(jìn)一步優(yōu)化。XRD 圖譜中還出現(xiàn)了微弱的SiO2和鉻釩氧化物的特征峰，與XRF 結(jié)果相對(duì)應(yīng)，表明該部分鉻可能與釩發(fā)生共沉淀形成了穩(wěn)定的鉻釩氧化物。

3 結(jié)論

（1）釩鉻還原渣酸浸得到的高濃度釩鉻溶液，采用H2O2或Na2S2O8氧化后進(jìn)行沉釩，可以獲得較高的沉釩率，實(shí)現(xiàn)釩、鉻的高效分離。

（2）H2O2為氧化劑的最佳水解沉釩工藝參數(shù)為：H2O2與釩摩爾比為0.75，氧化溫度為60℃，氧化時(shí)間60min，初始溶液pH 為2.0，水解溫度為95℃，水解時(shí)間為2.5h。該條件下可獲得84.2%的沉釩率，鉻損率為11.9%。

（3）以Na2S2O8為氧化劑得到的最佳沉釩工藝參數(shù)為：Na2S2O8與釩摩爾比為0.65，氧化溫度90℃，氧化時(shí)間45min，初始溶液pH 為2.5，沉釩溫度90℃，沉釩時(shí)間2.5h。該條件下可獲得93.1%的沉釩率，鉻損率為7.6%。

（4）Na2S2O8與H2O2相比，氧化效率高，氧化過程溫和，沉釩率高，鉻損失較小，適合工業(yè)推廣。

（5）通過SEM 獲得了沉淀產(chǎn)物的微觀形貌，將沉淀物煅燒得到V2O5產(chǎn)品，采用XRF 獲得了產(chǎn)品組成，通過X射線衍射確定得到的V2O5產(chǎn)品為正交晶型。