堿性含釩溶液除硅實(shí)驗(yàn)研究

成寶海,韓 通，謝智卓

(長(zhǎng)春師范大學(xué)，吉林長(zhǎng)春 130032)

堿性含釩溶液除硅實(shí)驗(yàn)研究

成寶海,韓 通，謝智卓

(長(zhǎng)春師范大學(xué)，吉林長(zhǎng)春 130032)

本文的研究目的是除去堿性含釩浸出液中的雜質(zhì)硅，得到較純的含釩溶液。通過實(shí)驗(yàn)得出：除硅試驗(yàn)應(yīng)保持在90℃溫度下，加入20%硫酸鋁溶液量為原料液體積的2%，終點(diǎn)pH值8.5為宜，濾渣用pH=10的熱水洗滌。在此條件下，除硅率可達(dá)95%以上，釩回收率在98%以上。

堿性含釩溶液；除硅；沉淀法

堿法提釩技術(shù)越來越多地被應(yīng)用到工業(yè)提釩工藝中，因浸出液堿濃度較高，其中主要的雜質(zhì)離子是H2SiO42-，其他雜質(zhì)PO43-、Al(OH)4-含量較低。本文根據(jù)堿性浸出液的特點(diǎn)，分別采用中和除硅法和試劑除硅法，以浸出液的除硅率、釩回收率和溶液過濾性能為主要考察對(duì)象進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)試劑

用于除雜的浸出液含V2O5濃度為5.550 g/L；含SiO2濃度為6.371 g/L；2 mol/L硫酸溶液；20%硫酸鋁溶液。

1.2 實(shí)驗(yàn)原理

加酸調(diào)pH中和凈化除硅，溶液中的H2SiO42-通過水解生成H3SiO4-和原硅酸H4SiO4，得到的H3SiO4-和H4SiO4發(fā)生聚合生成聚硅酸，聚硅酸再向各方向聚合，形成支鏈的、環(huán)狀的或網(wǎng)狀的立體結(jié)構(gòu)，且隨著聚合模數(shù)增大而析出。

加入某些試劑除硅是為了讓除硅更快捷、干凈[1]。鋁鹽除硅的原理是在堿性溶液環(huán)境中可能發(fā)生下述兩類反應(yīng)對(duì)除硅有利。(1)單硅酸與鋁反應(yīng)：在pH=10的情況下，單硅酸與Al3+迅速發(fā)生反應(yīng)，生成鋁硅酸鹽沉淀，如多水高嶺土沉淀或類似水鋁英石組成的鋁硅酸鹽等[2-3]。(2)聚硅酸與鋁反應(yīng)[4]：鋁與聚硅酸形成螯合鍵，影響聚硅酸離子的生長(zhǎng)。在pH=7時(shí)，鋁抑制聚硅酸的生長(zhǎng)速度；在pH=9時(shí)，六配位的鋁形成帶正電的離子，吸附在聚硅酸表面，中和了聚硅酸表面的負(fù)電荷，使聚硅酸生長(zhǎng)速度加快，直至絮凝沉淀，最終達(dá)到除去溶液中硅的目的[5]。

1.3 分析方法

硅的分析方法：采用硅鉬藍(lán)分光光度法(GB 7315.2-87)。

釩的分析方法：采用高錳酸鉀氧化-硫酸亞鐵銨滴定法(GB 7315.1-87)。

溶液pH采用電位pH計(jì)測(cè)定。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 不加沉淀劑時(shí)溫度對(duì)除硅的影響

(1)試驗(yàn)方法：取100 ml溶液于燒杯中，攪拌，加熱到一定溫度，滴加2 mol/L的硫酸，調(diào)至pH=9.0，隨后保溫1 h。洗滌、過濾，并觀察濾渣形態(tài)以及其過濾性能。分析其中V、Si的濃度，計(jì)算除硅率、釩回收率。

表1 溫度條件實(shí)驗(yàn)

(2)實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論：試驗(yàn)結(jié)果如表1所示。在不加沉淀劑的情況下，溫度越高，釩回收率越高，但是除硅率越低；90℃時(shí)，釩回收率較好；不加沉淀劑除硅，濾渣為膠體，其過濾性能不佳，提高溫度時(shí)，過濾性能稍有改善。

2.2 不加沉淀劑時(shí)終點(diǎn)pH值對(duì)除硅的影響

(1)試驗(yàn)方法：取100 ml溶液于燒杯中，攪拌，加熱至90 ℃，滴加2 mol/L的硫酸，分別調(diào)至pH=4、7、8、8.5、9、10，并且保溫1 h。洗滌、過濾，并觀察濾渣形態(tài)以及其過濾性能。分析其中V、Si的濃度，計(jì)算除硅率、釩回收率。

表2 終點(diǎn)pH值條件實(shí)驗(yàn)

(2)實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論：試驗(yàn)結(jié)果如表2所示。溶液pH對(duì)除硅率的影響很大，當(dāng)溶液的pH低于8.5時(shí)除硅率較高；釩回收率和pH關(guān)系復(fù)雜，在pH=8.5時(shí)釩回收率較高；當(dāng)溶液的pH為4的時(shí)候，釩損失較大，原因可能是硫酸加入量大，造成局部過酸，產(chǎn)生V2O5沉淀；只靠酸調(diào)整pH，溶液的過濾性能都不佳，且隨著pH的減低，濾渣過濾性能變壞且釩回收率減低。

2.3 硫酸鋁溶液加入量對(duì)除硅的影響

(1)試驗(yàn)方法：取100 ml溶液于燒杯中，攪拌，加溫至90 ℃，加酸至pH=10，再加入一定量的20%硫酸鋁溶液，然后加入硫酸調(diào)節(jié)溶液pH至8.5，保溫1 h，洗滌、過濾。分析其中V、Si的濃度，計(jì)算除硅率、釩回收率。

表3 硫酸鋁溶液加入量條件實(shí)驗(yàn)

(2)實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論：試驗(yàn)結(jié)果如表3所示。在硅沉淀出現(xiàn)之前加入硫酸鋁，釩回收率比較高，而且濾渣過濾性能也比較好；pH=8.5時(shí)，隨著硫酸鋁溶液加入量的增加，除硅率稍有降低，釩回收率也隨之降低；硫酸鋁溶液的加入量為原料液量的2%時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)較高的除硅率和釩回收率，而且濾液的過濾性能也很好。

2.4 終點(diǎn)pH值對(duì)硫酸鋁除硅的影響

(1)試驗(yàn)方法：取100 ml溶液于燒杯中，攪拌，加溫至90 ℃，加酸至pH=10，再加入20%硫酸鋁溶液2 ml，然后加入硫酸調(diào)節(jié)溶液pH值分別至8.0、8.5、9.0，保溫1 h，洗滌、過濾、分析其中V、Si的濃度，計(jì)算除硅率、釩回收率。

表4 硫酸鋁除硅pH條件實(shí)驗(yàn)

(2)實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論：試驗(yàn)結(jié)果如表4所示。在硅析出前加入硫酸鋁，濾渣呈現(xiàn)細(xì)晶態(tài)，其過濾性能極好；隨著溶液pH的減低，除硅率提高，釩損失率增大；在pH為8.5時(shí)，除硅率較高，釩的損失也最低。

2.5 溫度對(duì)硫酸鋁除硅的影響

(1)試驗(yàn)方法：取100 ml溶液于燒杯中，攪拌，加熱至一定溫度，加酸至pH=10，再加入的20%硫酸鋁溶液2 ml，然后加入硫酸調(diào)節(jié)溶液pH至8.5，保溫1 h，過濾洗滌。分析其中V、Si的濃度，計(jì)算除硅率、釩回收率。

表5 硫酸鋁除硅溫度條件實(shí)驗(yàn)

(2)實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論：試驗(yàn)結(jié)果如表5所示。隨著溫度的升高，除硅率降低，釩的損失率也減小。保持90 ℃以上，可實(shí)現(xiàn)較好的除硅效果和較高的釩回收率。

3 結(jié)論

(1)在不加沉淀劑的條件下，濾渣呈膠態(tài)，過濾性能較差，溫度越高，除硅率越低，釩回收率越高；pH值對(duì)除硅的影響較大，在pH=8.5時(shí)可以得到較好的除硅率和釩回收率。

(2)使用硫酸鋁做沉淀劑效果良好，通過實(shí)驗(yàn)得出：除硅試驗(yàn)應(yīng)保持在90 ℃溫度下，20%硫酸鋁溶液加入量為原料液量的2%，終點(diǎn)pH值8.5為宜，濾渣用pH=10的熱水洗滌。在此條件下，除雜率可達(dá)95%以上，釩回收率在98%以上。

[1]劉桂華,李小斌,周秋生.鋁、硅在強(qiáng)堿溶液中的結(jié)構(gòu)[J].輕金屬,1998(6):13-16.

[2]Christopher J.Gabelich.The role of dissolved aluminum in silica chemistry for membrane processes[J]．Desaliation,2005(108):307-319.

[3]D.L.Gallup.Aluminum silicate scale formation and inhibition：scale characterization and laboratory experiment[J].Geothermics,1997(4):483-499.

[4]叢濤泉,丁璐,毛澤星,等. 聚硅酸金屬鹽類絮凝劑的研究進(jìn)展[J].當(dāng)代化工,2014(1):48-50.

[5]張曦,鄒曉勇.含釩液體除硅過程的研究[J].無機(jī)鹽工業(yè),2008(4):42-43.

SiliconRemovalFromtheAlkaliLeachLiquor

CHENG Bao-hai,HAN Tong,XIE Zhi-zhuo

(Changchun Normal University,Changchun Jilin 130032,China)

This study is aimed to remove the silicon from alkaline leaching solution containing vanadium, and to obtain the pure vanadium containing solution. The results show that under the optimal conditions, that is adding 20% Al2(SO4)3solution by 2% the volume of the alkali leach liquor at 90℃, controlling the final pH value at 8.5, the residue with pH=10 hot water washing. Under the above conditions, the silicon removal rate is up to 95 % and the recovery rate of vanadium is more than 98%.

alkaline leaching solution containing vanadium; silicon removal; precipitation

TF841.3

A

2095-7602(2017)10-0059-03

2017-06-04

吉林省大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目“微波焙燒對(duì)礦石浸出率的影響”(201710205150)。

成寶海(1982- )，男，講師，博士研究生，從事有色金屬冶金研究。