酸浸提取釩鉻的工藝研究

楊 勇，葉宇玲，張朝蘭，楊 虎

（四川理工學院材料與化學工程學院，四川自貢643000）

釩鉻共沉渣是一種具有危害性的廢渣，廢渣中的釩和鉻不僅污染環(huán)境而且對生態(tài)的破壞難以修復［1-2］。目前釩鉻共沉渣提釩工藝大多數(shù)采用焙燒—浸出—銨鹽沉釩—煅燒工藝［3］。筆者以某公司制釩廢水產(chǎn)生的釩鉻共沉渣為原料，研究釩鉻共沉渣酸浸過程中釩鉻的浸出率，浸出液中的釩鉻可以分兩步利用：第一步沉釩得到釩酸鐵［4］；第二步利用沉釩后的溶液制備堿式硫酸鉻［5］。鉻是一種可利用的二次資源，不僅由于中國鉻資源存在不足，而且釩鉻共沉渣有效利用還可以降低制釩企業(yè)的環(huán)境污染風險，提高資源的利用率，因此研究釩鉻共沉渣的利用具有十分重要的意義。

1 實驗部分

1.1 實驗原料、試劑及儀器

原料：某公司制釩廢水產(chǎn)生的釩鉻共沉渣，其主要成分及含量見表1。

表1 釩鉻共沉渣主要成分及含量 %

試劑：碳酸鈉、硫酸，均為分析純。

儀器：DK-98-Ⅱ電熱恒溫水浴鍋；5-12馬弗爐；ND-L球磨機；JSH-1電子恒速攪拌器；AR1140分析天平；SHB-Ⅲ循環(huán)水式多用真空泵。

1.2 工藝流程

釩鉻共沉渣添加焙燒劑在馬弗爐內(nèi)焙燒，焙燒后的渣用硫酸浸取使釩和鉻溶出，然后用水浸出溶出的釩鉻得到浸出液。釩鉻共沉渣浸取工藝流程示意圖見圖1。

圖1 釩鉻共沉渣浸取工藝流程示意圖

2 實驗結(jié)果與討論

2.1 焙燒溫度對釩鉻浸出率的影響

釩鉻共沉渣焙燒的目的是為了將渣中的釩和鉻氧化，使渣中的三價和四價釩氧化為五價，鉻從三價氧化為六價，高價態(tài)的氧化物更容易使釩鉻浸出。而且焙燒還可以將釩鉻共沉渣中的銨鹽和絮凝劑分解，使釩和鉻更容易浸出。溫度的升高增加了分子間的能量，使活化分子間的碰撞次數(shù)增多，加快反應速率，更多的釩和鉻被氧化。圖2為焙燒溫度對釩鉻浸出率的影響。圖2表明，由于焙燒溫度的升高釩和鉻的浸出率增加，當焙燒溫度從150℃升高到300℃時釩和鉻的浸出率迅速增加，當焙燒溫度達到300℃以后釩和鉻的浸出率增加緩慢。表明焙燒溫度達到300℃時即可使渣中的釩和鉻達到最大程度的氧化。若繼續(xù)升高焙燒溫度效果并不明顯，而且還要增加焙燒熱負荷，使生產(chǎn)成本增加。故焙燒溫度選擇300℃。

圖2 焙燒溫度對釩鉻浸出率的影響

2.2 碳酸鈉用量對釩鉻浸出率的影響

碳酸鈉用量（碳酸鈉占釩鉻共沉渣的質(zhì)量分數(shù)）對釩鉻浸出率的影響見圖3。由圖3可以看出，隨著碳酸鈉用量的增加，焙燒時被氧化成五價的釩增加，釩的浸出率升高；一部分的鉻被氧化成六價，鉻的浸出率增加比較緩慢。當碳酸鈉用量達到10%以后釩和鉻的浸出率升高比較平緩。碳酸鈉用量增加，生成的可溶性鹽增多，釩鉻的浸出率雖有增加但幅度不大，而且焙燒劑的增加使生產(chǎn)成本增加，鈉鹽的增加對后面提取釩和鉻過程不利。故焙燒過程中碳酸鈉的用量選擇10%。

2.3 硫酸用量對釩鉻浸出率的影響

酸浸過程使用的是濃硫酸，濃硫酸的加入一是為了破壞釩鉻共沉渣中的絮凝劑，二是將焙燒過程中生成的不溶于水而溶于酸的釩鉻化合物回收。濃硫酸與釩鉻共沉渣是中和反應，能與難溶性鹽、二氧化硅反應。硫酸用量的增加使酸與釩鉻共沉渣的反應速度加快，反應向生成產(chǎn)物的方向移動，釩鉻的浸出更快。圖4為硫酸用量（硫酸與釩鉻共沉渣質(zhì)量的比值）對釩鉻浸出率的影響。由圖4可知，隨著硫酸用量的增加釩的浸出率迅速升高，鉻的浸出率增加緩慢，當硫酸用量達到1.5時釩浸出率幾乎不再提高，若繼續(xù)增加硫酸用量不但不經(jīng)濟而且硫酸用量的增加對設(shè)備的損耗也比較嚴重，綜合考慮選擇硫酸用量為1.5。

圖4 硫酸用量對釩鉻浸出率的影響

2.4 液固質(zhì)量比對釩鉻浸出率的影響

圖5為液固質(zhì)量比（水與釩鉻共沉渣的質(zhì)量比）對釩鉻浸出率的影響。圖5表明，釩鉻浸出率隨著液固質(zhì)量比的增加而增加。當液固質(zhì)量比達到5時釩和鉻的浸出率增加緩慢。水浸的目的是為了提高過濾速率，若液固比過小，原料中硅含量較大使得形成的硅酸鈉使物料黏度增大，對釩和鉻的浸出不利；若液固比太大，單位時間內(nèi)浸出的釩和鉻的濃度降低，生產(chǎn)周期延長。綜合考慮選擇液固質(zhì)量比為5。

圖5 液固質(zhì)量比對釩鉻浸出率的影響

2.5 酸浸溫度對釩鉻浸出率的影響

圖6為酸浸溫度對釩鉻浸出率的影響。由圖6可知，隨著酸浸溫度的升高釩鉻的浸出率逐漸增加，最后達到平衡。當酸浸溫度達到80℃以后，釩鉻浸出率的變化緩慢，繼續(xù)升高溫度對釩的浸取率影響不大。酸浸溫度越高，離子間活性越大，離子間相互碰撞使反應的速率加快，溶解度增大，對釩鉻的浸出有利。溫度升高還可以使離子和分子的運動速度加快，使氫離子更加徹底地破壞釩鉻共沉渣結(jié)構(gòu)，將低溫下難以浸出的釩鉻浸取出來，提高釩和鉻的浸出率。當溫度達到一定值后，繼續(xù)增加溫度釩鉻浸出率的增加不明顯，而且還會耗費大量的熱能。從節(jié)約能源考慮，選擇酸浸溫度為80℃。

圖6 酸浸溫度對釩鉻浸出率的影響

3 結(jié)論

釩鉻共沉渣中釩鉻的浸出率是有效利用釩鉻渣的重要指標，把釩鉻浸取出來有利于后續(xù)工藝生產(chǎn)釩鉻產(chǎn)品。釩鉻浸取適宜條件：焙燒溫度為300℃、碳酸鈉用量為釩鉻共沉渣質(zhì)量的10%、硫酸與釩鉻共沉渣的質(zhì)量比為1.5、水與釩鉻共沉渣的質(zhì)量比為5、酸浸溫度為80℃。在此條件下釩的浸出率可達90%，鉻的浸出率可達60%。該方法工藝簡單。以釩鉻共沉渣為原料制備釩鉻產(chǎn)品，不但為制釩企業(yè)解決了廢渣的污染問題，還為企業(yè)帶來了經(jīng)濟效益。

［1］矯旭東，滕彥國.土壤中釩污染的修復與治理技術(shù)研究［J］.土壤通報，2008，39（2）：448-452.

［2］鄧紅艷，陳剛才.鉻污染土壤的微生物修復技術(shù)研究進展［J］.地球與環(huán)境，2012，40（3）：466-472.

［3］邱士星，劉先松，周丹，等.釩渣提取五氧化二釩的研究［J］.無機鹽工業(yè)，2010，42（4）：46-48.

［4］陳亮.從釩浸出液中沉淀結(jié)晶型釩酸鐵試驗研究［J］.濕法冶金，2010，29（3）：171-175.

［5］鄧棹栩，葉宇玲，楊虎.制釩廢水中釩鉻渣制備堿式硫酸鉻的工藝研究［J］.無機鹽工業(yè)，2012，44（10）：46-48.