利用oa作萃取劑從廢釩催化劑酸浸液中萃取釩的研究

利用oa作萃取劑從廢釩催化劑酸浸液中萃取釩的研究

目前，70%以上的鈉是由富氮鐵、廢催化劑和石煤生產(chǎn)的。從上述資源中回收釩,基本上可分兩步:首先用酸或堿將釩從原料中溶解出來,得到酸性或堿性含釩溶液;然后富集溶液中的釩,得到釩化合物或五氧化二釩。萃取法具有選擇性強、平衡速度快、分離效果好、處理能力大、金屬回收率高及容易實現(xiàn)自動控制等特點,因而更適合從酸性溶液中富集釩。但由于萃取法對釩含量低的溶液存在單級萃取效果差、多級萃取操作繁瑣和萃取劑損失大等原因,其應(yīng)用受到一定限制。為此,在前期試驗基礎(chǔ)上,研究了在硫酸介質(zhì)中萃取劑TOA對釩的萃取性能,確定了萃取最佳條件,提出了從酸性溶液中單級萃取釩、萃取尾液集中處理、單獨再萃取替代多級萃取的工藝。1釩的機制三-正辛胺(TOA,R3N)為液體陰離子交換劑,萃取釩的機制主要為陰離子交換。用TOA萃取釩時,其與溶液中的硫酸首先形成硫酸鹽,即所謂轉(zhuǎn)型,反應(yīng)式為pH在2.0~2.5范圍內(nèi),溶液中的釩酸根陰離子與胺的硫酸鹽之間的主要反應(yīng)為2試驗部分2.1廢水樣品中含釩廢水,主要試劑為3.廢釩催化劑取自開封某化工集團,其中,V2O5、K2SO4、SiO2、Fe2O3質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為5%~6%、20%~27%、65%~70%及1.1%。廢催化劑磨碎后用水浸出,水浸渣用11%的硫酸和適量K2SO3還原酸浸,酸浸液合并水浸液并氧化后得釩質(zhì)量濃度為4~6g/L的含釩溶液。主要試劑為:TOA、癸醇、碳酸鈉、98%硫酸、氫氧化鈉、亞硫酸鉀、氯化銨等,均為分析純;磺化煤油自制。主要儀器:250mL分液漏斗,pHS-3CpH電位計,康式電動振蕩器,馬弗爐。2.2釩與釩萃取率試驗在常溫下進行。將一定pH的萃原液(釩質(zhì)量濃度約5g/L)和配制的萃取劑按一定體積比混合,放入分液漏斗中,勻速振蕩一段時間后靜置分相。分相后取水相(即萃余液)分析釩質(zhì)量濃度,計算釩萃取率;對含釩有機相,用反萃取劑反萃取后,分析反萃取液中釩質(zhì)量濃度,計算反萃取率;對反萃取液采用堿性銨鹽沉淀法沉淀釩。分析方法:采用硫酸亞鐵銨滴定法測定水相中釩質(zhì)量濃度,由質(zhì)量平衡法計算有機相中釩質(zhì)量濃度。3試驗結(jié)果與討論3.1萃取劑配比a,toa萃取率下降,a水相pH=2.5,Vo∶Va=1∶3,分別考察TOA、癸醇和磺化煤油體積分?jǐn)?shù)對釩萃取率的影響試驗結(jié)果見表1。可以看出,隨TOA體積分?jǐn)?shù)增大,釩萃取率增大。但TOA體積分?jǐn)?shù)較高時,有機相黏度增大,易產(chǎn)生乳化,致使有機相和水相分離不完全,釩萃取率下降。癸醇和TOA聯(lián)合使用時,萃取效果明顯:癸醇作為有機相調(diào)節(jié)劑不僅具有破乳作用,大大改善分相效果,而且可減少有機相損失,保證萃取過程順利進行。調(diào)整萃取劑配比,可使釩萃取率提高,TOA用量相對減少,生產(chǎn)成本降低。綜合考慮,確定萃取劑組成為10%TOA+4%癸醇+86%磺化煤油。3.2ph對釩萃取的影響溶液中的釩在pH和釩質(zhì)量濃度不同時有著不同的聚集狀態(tài),這些聚集狀態(tài)之間處于動態(tài)平衡中,當(dāng)其中的某一種狀態(tài)的濃度增減時,平衡被打破,聚集狀態(tài)會發(fā)生改變。通常,含釩絡(luò)陰離子中釩原子數(shù)(n)與含釩絡(luò)陰離子的價態(tài)(z)的量荷比(n/z)越大,絡(luò)陰離子的半徑越大,水化程度就越弱,理論萃取量也就越大;另外,大離子的空腔及鹽析作用也有利于萃取:所以,為了提高萃取率,應(yīng)使被萃取的含釩陰離子具有最大的量荷比。在其他條件相同情況下,水相pH對TOA萃取釩的影響試驗結(jié)果如圖1所示?？梢钥闯?溶液pH對釩萃取率影響很大:pH在2.0~3.0之間時,釩萃取率較高;pH<2.0或pH>3.0時,釩萃取率均很低。這主要是因為pH<2.0時,釩主要呈陽離子(VO2+)狀態(tài)存在,難于萃取;pH>3.0時,V2O5易被反萃取、難于萃取。綜合考慮,水相pH以控制在2.0~3.0之間較為適宜。3.3單位有機相利用率低在溶液pH=2.5條件下,相比對釩萃取率的影響試驗結(jié)果見表2。從表2看出,相比對釩萃取率影響不大。萃取相比太小時,雖可減少萃取級數(shù),但單位有機相利用率不高,并且對萃取設(shè)備體積和動力要求較高,投資和生產(chǎn)成本也會提高;相比增大,不僅可以改善乳化程度和分層速度,而且還可以提高萃取劑有效利用率,降低萃取劑損失,但萃取級數(shù)提高,流程加長:因此,綜合各種因素,確定相比以1∶3為宜。3.4u3000萃取時間的影響水相pH=2.5,Vo∶Va=1∶3,單級萃取,萃取時間對釩萃取率的影響試驗結(jié)果如圖2所示?？梢钥闯?隨萃取時間延長,釩的單級萃取率增大;2min后,釩萃取率變化不大。萃取劑在萃取釩的同時,也在緩慢萃取其他雜質(zhì)離子,隨萃取時間延長,雜質(zhì)離子萃取率增大,進而影響釩的萃取;萃取進行到一定時間后,萃取達(dá)到平衡,再繼續(xù)萃取沒有意義。因此,萃取時間以2.5min左右較為適宜。3.5釩在分相時間內(nèi)的釩質(zhì)量濃度水相pH=2.5,Vo∶Va=1∶3,分相時間對釩萃取率的影響試驗結(jié)果如圖3所示?？梢钥闯?分相時間在5min之內(nèi),萃余液中釩質(zhì)量濃度變化較大,說明分相不充分;而分相5min以后,萃余液中釩質(zhì)量濃度較低且變化不大。所以,兩相分相時間以5min左右為宜。3.6釩萃取系數(shù)對釩萃取率的影響在Vo∶Va=l∶3、水相pH=2.5條件下,對萃原液進行多級萃取,試驗結(jié)果見表3。從表3看出,隨萃取級數(shù)增大,釩萃取率增大。但由于一次萃取率即達(dá)到95%以上,萃余液中釩質(zhì)量濃度已降至0.21g/L,經(jīng)過2、3次萃取后,釩總萃取率僅提高2.2%,而萃余液中釩質(zhì)量濃度僅下降0.09g/L,所以沒有必要增加萃取級數(shù),采用1級萃取即可。3.7萃余液最佳ph的確定在Vo∶Va=1∶17條件下,考察溶液pH對釩質(zhì)量濃度0.21g/L溶液的單級萃取情況,結(jié)果如圖3所示?？梢钥闯?萃余液中釩質(zhì)量濃度與萃取時的pH有較大關(guān)系,萃余液最佳pH控制在2.7左右最為有利。實際應(yīng)用中,可采用單級萃取,萃取不完全的萃余液集中在一起,調(diào)整pH后再用少量有機相單獨萃取,這樣既可降低成本,又可提高釩回收率。3.8反萃取效果測試在Vo∶Va=2∶1、pH>12條件下,分別用Na2CO3和NaOH溶液作反萃取劑對負(fù)載有機相進行2級反萃取,試驗結(jié)果見表4。由圖4看出:Na2CO3溶液的反萃取效果相對較好,有機相分層效果較為理想。綜合考慮,以采用0.6mol/L左右的Na2CO3溶液反萃取釩較為適宜。3.9釩以偏釩酸銨沉淀法調(diào)整反萃取液的pH為8.0左右,加入適量氯化銨,將釩以偏釩酸銨形式沉淀析出。沉淀物經(jīng)過濾、焙燒得到紅棕色五氧化二釩產(chǎn)品,其質(zhì)量(見表5)達(dá)到GB3283—1987冶金99級V2O5的標(biāo)準(zhǔn)。4釩的萃取效果采用10%TOA+4%癸醇+86%磺化煤油作萃取劑可以從廢釩催化劑酸浸液中萃取釩。酸浸液釩質(zhì)量濃度為4~6g/L,pH=2.5,在Vo∶Va=1∶3條件下萃取2.5min后靜置5min,釩的單級萃取率高達(dá)95.2%,萃取效果非常好。在堿性條件下,用0.6mol/