钒泥浸出提钒工艺的研究

李敏 刘超 杨文君(河钢集团承钢公司钒钛事业部，河北 承德 067002)

0 引言

河钢承钢采用钠化焙烧工艺将钒渣中钒元素氧化，将其转化为可溶性钒酸盐后，经过水浸工艺提钒。在可溶性钒酸盐溶解的同时，部分硅酸盐和磷酸盐等杂质共同溶解进入钒溶液中。为提高钒产品的纯度，需使用硫酸铝及絮凝剂，通过沉淀除杂的方法将钒溶液中溶解的Si、P 等杂质出去。此除杂过程又必然共沉淀出部分钒元素，使得除杂泥中钒含量达到10%左右。因此除杂泥回收具有极高的经济价值。

攀钢集团有除杂泥通过酸浸，浸出液使用硫酸铁直接沉淀出钒酸铁的研究；锦州钒业有使用碳酸钙进行碱浸提钒的研究。以上各工艺均存在产品纯度较低，或钒收率偏低等弊端。本实验研究采用两步酸浸工艺，降低硫酸消耗，浸出液使用阴离子交换树脂进行吸附提纯，制备高纯五氧化二钒的工艺。

1 实验及设备

1.1 实验原材料

实验原料来自于河钢承钢钒钛事业部除杂工序除杂泥，除杂泥湿基含水率53.6%，经过脱水烘干后检测，主要化学成分见表1。

表1 钒泥主要化学成分Tab.1 Main chemical compositions of Vanadium sludge

1.2 实验设备及试剂

实验设备：电子天平、JJ-6数显搅拌器、高温电阻炉、电热鼓风恒温干燥箱、真空泵、pH 计、电感耦合等离子发射光谱。

实验试剂：98%硫酸、磷酸、氯化钠、氢氧化钠、阴离子交换树脂、硫酸亚铁铵、高锰酸钾、N-苯基邻氨基苯甲酸、尿素、亚硝酸钠、二苯胺磺酸钠、重铬酸钾。

2 实验目的

本实验的实验目的有二：1、弃泥含钒量小于0.2%；2、成品五氧化二钒达到98%标准。

3 试验方法

3.1 浸出率与pH关系实验

按照固液质量比(湿基钒泥与加水量)1:2的比例混合置于烧杯中，在常温条件下以350rpm 充分搅拌，并缓慢加入98%硫酸试剂，充分反应。在各pH 值处检测钒浸出率，绘制浸出率与pH 关系曲线，如图1所示。

图1 浸出率与pH关系曲线Fig. 1 The relationship between leaching rate and pH

由浸出率与pH 关系曲线可知，钒泥中钒元素的浸出率随着酸度增加而提高，当pH 在6～2.5时，浸出率提升缓慢，当pH小于2.5时，浸出率随酸度增加而大幅提高。pH 达到0.8时，钒浸出率达到97.73，过滤后滤饼(弃泥)含钒小于0.2%。

3.2 一步浸出

为使得弃泥含钒量达标，将钒泥与水按固液比1:2混合置于1号烧杯中，常温下充分搅拌，加入足量98%硫酸调整pH=0.8，充分反应后过滤，滤饼含钒量0.16%达标，滤液pH=0.8，不满足树脂柱吸附条件(树脂吸附pH 为2～3)。

3.3 二步浸出

将一步浸出后pH=0.8的滤液置于2号烧杯中，搅拌并加入原料钒泥，充分搅拌反应至pH 值2～2.5时过滤，滤液采用树脂吸附流程提纯，滤饼按照一步浸出流程与水混合进入1号烧杯，深度提钒后弃泥达标。

3.4 树脂吸附

根据文献记录，选择大孔弱碱性阴离子交换树脂D301对2#滤液进行静态吸附浓缩、提纯，吸附平衡时间13h，由于吸附交换过程为吸热反应，故适当提高反应温度有利于提高反应速度和吸附容量。吸附完成后，采用NaOH+NaCl 溶液进行钒的解析。经树脂浓缩、提纯前后钒溶液即吸附液与解析液的浓度如表2所示。

表2 吸附液与解析液的浓度Tab.2 Concentration of adsorbed and analytical solution

3.5 沉淀

采用NH4Cl 作为沉淀剂，进行碱性沉淀偏钒酸铵，待上清液含钒浓度小于0.2g/L 后过滤，沉淀率达99.5%。偏钒酸铵滤饼经洗涤，焙烧制备成品五氧化二钒。经检测各项指标均达到YBT 5304-2017中V2O598产品标准。

4 结语

根据钒泥浸出率与pH 值关系，在一步浸出时采用pH=0.8，保证弃泥含钒达标。在二步浸出时采用原料钒泥代替碱基，减少酸、碱辅料消耗，同时减少新杂质的引入并提高了钒浸出率。浸出液直接进行树脂吸附，浓缩、提纯，实现符合标准的五氧化二钒产出。实验解决了钒泥提钒浸出率和高品质五氧化二钒产品的产出问题。避免了以下两种情况的发生：应浸出率低，提钒后弃泥再次回炉焙烧；产品纯度较低，需要再次溶解提纯。

从而实现钒泥浸出提钒工艺的优化。