钒页岩硫酸焙烧—协同萃取提钒工艺及机理研究

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1、分类号学号２０１５０１６０１００５学校代码１０４８８密级博士学位论文钒页岩硫酸焙烧－协同萃取提钒工艺及机理研究学位申请人：师启华学科专业：矿业工程指导教师一：张敏教授答辩日期：２０１８年５月１８日分类号学号201501601005学校代码10488密级博士学位论文钒页岩硫酸焙烧-协同萃取提钒工艺及机理研究学位申请人：师启华学科专业：矿业工程指导教师：张一敏教授答辩日期：2018年5月18日ADissertationSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirement

2、sfortheDegreeofDoctorofPhilosophyinEngineeringStudyonprocessandmechanismofvanadiumextractionfromvanadium-bearingshalebysulfuricacidroasting-synergisticsolventextractionPh.D.Candidate：ShiQi-huaMajor：MiningEngineeringSupervisor：Prof.ZhangYi-minWuhanUniversityofScienceandTec

3、hnologyWuhan,Hubei430081,P.R.ChinaMay18,2018；武汉科技大学研究生学位论文创新性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文是本人在导师指导下，独立进行研究所取得的成果。除了文中已经注明引用的内容或属合作研究共同完成的工作外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。一申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担切相关责任。：４雜曰期论文作者签名：研究生学位论文版权使用授权声明本论文的研宄成

4、果归武汉科技大学所有，其研宄内容不得以其它单位的名义发表。本人完全了解武汉科技大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向有关部门（按照《武汉科技大学关于研宄生学位论文收录工作的规定》执行）送交论文的复印件和电子版本，允许论文被查阅和借阅，同意学校将本论文的全部或部分内容编入学校认可的国家相关数据库进行检索和对外服务。论文作者签名：指导教师签名：日期：＾＾＾■摘要钒页岩属于低品位含钒资源，页岩中钒大部分以V(III)形式稳定赋存于白云母等硅酸盐矿物晶格中，提取难度极大。反应效率低和分离

5、困难一直是制约页岩提钒发展的技术瓶颈。本研究采用硫酸焙烧强化含钒白云母的解离反应，针对浸出液高铝多杂质的特点，联合结晶和协同萃取两种方法优化浸出液中钒的分离过程，提出了页岩硫酸焙烧-协同萃取的提钒工艺，实现了页岩钒的高效提取，同时对硫酸焙烧和协同萃取的机理进行深入分析，主要研究内容和结论如下：（1）硫酸焙烧条件确定及硫酸焙烧反应机理通过单因素试验确定了合适的硫酸焙烧工艺为：硫酸用量50wt.%、水添加量30wt.%、焙烧温度200°C、焙烧时间90min，硫酸焙烧样加热浸出后钒浸出率达到90.1%。采用SEM-EDS和XRD研究了钒页岩在

6、硫酸焙烧过程中的微观形貌与物相变化，结果表明，硫酸焙烧样呈蜂窝状结构，白云母晶体结构被破坏，钒摆脱晶格束缚转化为游离态，白云母中K、Al转化为KAl(SO4)2、Al2(SO4)3。结合FT-IR分析硫酸焙烧反应历程包括：硫酸扩散、浓酸介质形成、白云母脱羟基、金属离子硫酸化与钒物相转化。基于未反应核收缩模型，以页岩中钒化学物相转化率为评判指标分析硫酸焙烧反应动力学，在120°C-140°C时，硫酸焙烧反应为化学反应控制，焙烧温度升高至160°C-220°C时，控制步骤转变为内扩散控制。（2）不同浸出方式下钒页岩硫酸焙烧样的浸出规律以水为浸

7、出剂，分别采用常温浸出和加热浸出两种方式，考查了浸出时间、液固比等主要因素对V、Al、K、Fe浸出率的影响。结果表明，常温浸出速率较慢，在浸出初期，低液固比能有利于V、Al、K的浸出，浸出后期，高液固比有利于V、Al、K浸出，Fe的浸出率随着液固比的增加而增加；加热浸出速率极快，可溶性硫酸盐及游离态V在酸性溶液体系中迅速被浸出，使矿物颗粒裂解并形成扩散通道，促进浸出剂与颗粒内部未反应硅酸盐在高温溶液中发生二次反应，V浸出率提升至90.1%，但大量杂质Al、K、Fe同时被浸出。沉钒产生的氨氮废水作为浸出剂，焙烧样中V也能被有效浸出。（3）浸

8、出液结晶-协同萃取联合分离富集钒及协同萃取机理I冷却结晶法可促使Al迁移进入固相KAl(SO4)2·12H2O或NH4Al(SO4)2·12H2O中而被选择性分离。除铝前后钒的萃取过程对比分析