制備高品質(zhì)多釩酸銨工藝參數(shù)優(yōu)化與研究

馮國晟

（河鋼承鋼釩鈦事業(yè)部，河北 承德 067002）

在實際生產(chǎn)過程中，一般要通過調(diào)節(jié)釩液酸度、銨鹽加入量、釩液雜質(zhì)含量、沉釩溫度以及攪拌速度等條件盡可能縮短沉釩時間，以達到生產(chǎn)高質(zhì)量多釩酸銨和降低生產(chǎn)工序成本的目的。

而優(yōu)質(zhì)的釩液是生產(chǎn)高質(zhì)量多釩酸銨的關(guān)鍵，目前釩液凈化所采用最新研發(fā)的鋁鹽絮凝法，從生產(chǎn)實際上看，其除雜參數(shù)對雜質(zhì)的去除效果比較理想，主要雜質(zhì)硅的含量在200mg/l以下，雜質(zhì)P含量在8mg/l以下。但是，用此組除雜參數(shù)凈化后的釩液用于沉釩，上清液不容易達標、沉淀時間長，增加了能耗、影響了下道工序順行，而且產(chǎn)生APV紅料的現(xiàn)象時有發(fā)生，因此需要進一步優(yōu)化鋁法除雜參數(shù)以達到酸性銨鹽法制備高品質(zhì)多釩酸銨的目的。

1 研究內(nèi)容及技術(shù)思路

本研究的重點是在現(xiàn)使用除雜、沉釩各參數(shù)的基礎(chǔ)上通過試驗研究進行工藝參數(shù)優(yōu)化，得到既能滿足優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品的要求又能節(jié)能降耗的釩液除雜及沉淀參數(shù)，即通過研究找出最優(yōu)的釩液除雜pH值、除雜劑加入量、反應(yīng)溫度、攪拌時間及沉釩作業(yè)加酸溫度、沉淀劑加入量、加入溫度等參數(shù)，以達到配合各工序生產(chǎn)順行、優(yōu)化上清液含釩及釩收率指標的目的。

2 實施方案

研究從優(yōu)化除雜溫度、時間及除雜劑加入量著手，通過試驗、分析、對比找到優(yōu)質(zhì)沉淀液的最適宜除雜溫度、時間及除雜劑消耗合理參數(shù)，在確定這三項參數(shù)后，后續(xù)所有實驗所需釩液的除雜過程均采用此參數(shù)進行。本研究第二步從沉淀原液PH值入手，在不改變其他條件的情況下，準備出不同PH值沉淀液，進行沉釩實驗，把所得APV燒制成粉劑五氧化二釩、隨后進行成品檢驗。最后確定上清液合格時間短，釩酸銨質(zhì)量純正，成品質(zhì)優(yōu)的原液PH值，按照確定的PH值范圍進行間歇式除雜，找到除雜劑加入前的最適宜酸度區(qū)間，再用所得釩液進行沉淀參數(shù)優(yōu)化工作，從而確定沉釩參數(shù)。

3 試驗結(jié)果及分析

3.1 最佳釩液除雜溫度的確定

通過實驗數(shù)據(jù)分析，溫度在60℃到80℃之間釩液除雜效果相差很小，雜質(zhì)去除率均大于60%和80%，在溫度為90℃左右時效果反而較差，且溫度在70℃～80℃之間釩損最小。故本研究選擇除雜溫度在80℃以下的情況下進行釩液除雜凈化。

3.2 釩液除雜劑加入系數(shù)以及除雜合格液pH值范圍的選擇

采集濃密池含釩濃度為29.44g/l、硅557.5mg/l、磷129.6 mg/l的釩液7組，每組1000ml，其他除雜條件均為：釩液溫度75℃，除雜時間5分鐘，攪拌速度相同，改變除雜系數(shù)，除雜效果見表1。

表1 不同除雜系數(shù)除雜效果對比表

通過以上實驗數(shù)據(jù)分析，按照除雜劑系數(shù)為1.1～1.2進行除雜，除雜效果非常理想，所得沉淀原液主要雜質(zhì)硅含量在53mg/l～98mg/l之 間，雜 質(zhì)P在0.6mg/l～2.2mg/l之間，含量都極低。雖然這對于沉釩有好處，但是大量的Al3+的存在將會影響沉釩效果，為降低輔料消耗、釩損和提升沉釩效果，確定最佳除雜系數(shù)為0.8～0.95，其他釩液雜質(zhì)異常情況可根據(jù)實際情況調(diào)整。

通過大量試驗總結(jié)，將pH值為8.5～10.5之間的原液調(diào)整到pH值為8～9后，定量加入除雜劑，除雜完成后pH值可以控制在5.3～7.8之間，這也是最適合沉釩操作的酸度范圍。

3.3 釩液除雜攪拌時間的確定

設(shè)定釩液除雜攪拌時間分別為3min、6min、9min、12min、15min，對除雜效果進行對比，6分鐘除雜攪拌與9分鐘除雜攪拌效果最佳，時間低于6分鐘時聚合反應(yīng)不完全，局部反應(yīng)過快釩損增加，時間高于10分鐘時Al3+水解，破壞了聚合物的生成。選擇6～9分鐘除雜攪拌，除雜效果能夠達到除雜指標和生產(chǎn)實際要求。

3.4 釩液沉淀溫度范圍的選擇

足夠的溫度是沉釩必備的條件。在其它條件完全相同的情況下，溫度的升高可加快釩從溶液中析出的速度。使用硫酸銨沉釩時要求的溫度較使用氯化銨要求的溫度條件苛刻，釩液必須達到沸騰狀態(tài)并保持一段時間沉淀才能徹底，保溫溫度必須大于95℃才能保證沉釩向正反應(yīng)方向進行所需溫度。生產(chǎn)中依據(jù)反應(yīng)釜內(nèi)物料狀態(tài)提高或降低釩液溫度，就足以滿足縮短沉釩時間、提高釩收率降低能耗的要求。

3.5 沉釩pH值的選擇

從實驗數(shù)據(jù)得出不同pH值條件下沉釩所得APV質(zhì)量有所不同，隨著酸度的增加釩酸銨的外觀顏色加重，雜質(zhì)含量、堆比重增加，主品位有降低趨勢。但在pH值在1.9～2.4所得釩酸銨各項工藝參數(shù)比較理想，燒制粉劑各項指標均達到國標要求。

當(dāng)pH值大于2.4后，雖所得APV及粉劑成品符合標準，但上清液指標高于0.18g/l，物料堆比重較小，不但不利于后續(xù)工序的使用，而且造成一定程度的釩損，故選擇沉釩酸度在1.9～2.4之間。

3.6 沉釩加銨系數(shù)的選擇

為降低沉淀劑消耗，降低沉釩加銨系數(shù)的探索在實驗室與生產(chǎn)中同步進行。加銨系數(shù)從1.0降到0.8后，釩酸銨質(zhì)量依然保持良好水平，沉釩時間也沒有明顯變化，小試中在嘗試系數(shù)0.7時上清液合格時間明顯增長，所以生產(chǎn)中加銨系數(shù)定為0.79～0.83，并根據(jù)實際生產(chǎn)進行調(diào)整。

4 結(jié)論

通過鋁法除雜參數(shù)的優(yōu)化可以得出，除雜溫度不高于80℃、攪拌時間6～9分鐘、pH值8～9，除雜系數(shù)0.8～0.95。

沉釩系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化后可以得出，釩液濃度在28g/l左右時采用一次加酸沉釩，進液后直接加銨鹽和硫酸（進液溫度42℃左右），沉釩酸度控制在1.9～2.4之間。硫酸銨沉釩反應(yīng)溫度大于95℃，氯銨沉釩溫度大于90℃。加銨系數(shù)調(diào)整為0.8左右。