钒是一种重要的稀有金属,具有非常良好的特性和广泛的应用性。我国钒资源储量丰富,已成为世界钒制品的生产和消费大国。由钒钛磁铁矿通过“高炉炼铁、转炉提钒”工艺制得的钒渣,是生产五氧化二钒等下游钒制品的主要原料,针对国内钒渣钠化焙烧法五氧化二钒生产工艺存在的生产流程长、废水处理量大、低附加值硫酸钠副产品产排量大、提钒尾渣存在环境污染隐患等问题,本文采用钒渣铵浸提钒法短流程清洁制备五氧化二钒,并以高铬钒渣为原料,对钒的浸出过程进行了系统的研究,优化了钒渣高温选择性氧化与铵浸提钒的工艺条件,研究了钒渣铵浸提钒的宏观动力学,建立了碳酸氢铵-偏钒酸铵-水三元体系相图以优化和指导偏钒酸铵的冷却结晶工艺。本文主要取得了以下创新性进展:1)研究了高温焙烧的氧化过程,探究了该过程中温度、时间和料层厚度对钒渣物相变化及其对后续钒浸出过程的影响。结果表明:钒渣中的钒主要是和铁等金属缔合共同存在于尖晶石和钒铁化合物中,当钒渣预氧化温度为900℃、预氧化时间为1 h,料层厚度小于4 mm时,钒渣中低价钒的氧化率最高。2)以碳酸氢铵为浸出剂,对钒渣中钒的浸出过程进行了优化,通过单因素实验得到了最佳工艺条件:反应液固比为5,反应温度150℃,碳酸氢铵浓度为500 g/L,搅拌速率为400 r/min、颗粒粒度为-300目,浸出反应时间为3 h,在该最佳工艺条件下,钒的浸出率可达93.39%。3)系统的研究了钒渣铵浸提钒过程的宏观动力学。研究结果表明:钒渣铵浸提钒过程遵循未反应收缩核的模型,浸出过程主要受内扩散控制(固体产物层扩散控制)。钒的浸出率随着反应液固比的增大、搅拌速率的加快、反应温度的升高、碳酸氢铵浓度的增大和颗粒粒度的减小而提高。经过对实验数据的处理和分析,建立了反应的宏观动力学模型,计算了反应的表观活化能和指前因子,从而获得到了宏观动力学方程,为钒渣浸取提供了一定的指导意义。4)测定了偏钒酸铵-碳酸氢铵-水三元相图。相图分析结果表明:随着温度升高,偏钒酸铵结晶区域扩大,因此在冷却结晶制备偏钒酸铵晶体的过程中需要适当的提高结晶终点温度。