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钒是重要的战略金属,我国88%以上的钒及钒制品是以钒渣为原料生产的。针对传统提钒技术存在的能耗高、成本高、三废排放量大等缺陷,课题组提出以钛白废酸直接加压酸浸以及浸出液萃取分离为核心的无焙烧短流程清洁提钒新技术。本文以该工艺浸出液为研究对象,进行了浸出液化学成分、元素赋存状态以及钒铁离子存在形式的分析,并进行了 P2O4对V4+、V5+萃取实验、V4+、Fe3+的分离实验,对V4+萃取机理进行了探究。本文的主要研究内容如下:(1)通过热力学计算,绘制酸浸过程中V-Ti-H2O系、V-Mn-H2O系、V-Cr-H2O系、V-Al-H2O系、V-Fe-H2O系的电位-pH图,热力学分析表明:在相应酸浸条件下,酸浸液中可溶性钒主要以VO2+、VO2+或V3+、VO2+的形式与Fe2+、Fe3+、Mn2+、Cr3+、Al3+、TiO2+等离子共同进入浸出液。(2)在浸出液pH=2时,以标准加入法间接测得浸出液中V4+浓度为0.238mol/L(12.124g/L)、V4+ 浓度为 0.017mol/L(0.866g/L),Fe2+ 浓度为0.452mol/L(25.312g/L)、Fe3+浓度为 0.585(32.760g/L)。再通过绘制 V-H2O 系、Fe-H2O 系组分优势区域图,可知浸出液中四价钒主要以V02+形式存在,五价钒主要以VO2+形式存在,三价铁主要以Fe3+形式存在。(3)以P2O4为萃取剂,考察P2O4对V4+的萃取性能和机理,确定V4+(1Og/L)最优的萃取条件为:pH=2.2,有机相组成25%P2O4+75%磺化煤油,相比(O/A)=3:1,震荡时间6min,该条件下V4+单级萃取率可达91.36%。在V4+浓度为10g/L,P2O4用量为25%时,萃取平衡反应式可写成VO(a)2++1.5H2A2(o)(?)VOA2·HA(o)+2Ha)即平均3个P2O4分子与1个VO2+离子结合。(4)通过对比P2O4对低浓度下V4+、V5+的萃取性能可知,V4+的被萃性能明显优于V5+,V5+较优的萃取工艺条件为:pH=2.4,有机相组成20%P2O4 +80%磺化煤油,相比(O/A)=1:1,震荡时间8min,该条件下其萃取率为88.41%;而相同浓度的V4+在该条件下萃取率可达96.39%。(5)研究P2O4对V4+、Fe3+的萃取分离效果,萃取V4+浓度为10g/L、Fe3+浓度为30g/L的混合溶液。较优异的萃取条件为:T=30℃,pH=1.6,有机相30%P2O4+15%TBP+55%磺化煤油,相比(O/A)=3:1,震荡时间8min,还原剂Na2S03用量0.4Fe,该条件下V4+的萃取率为79.39%,Fe3+的萃取率为18.72%。结合钒铁分离正交实验及单因素实验结果,计算出多级错流萃取级数为3级,钒的总收率为98.17%,铁的总收率为29.13%,钒铁最终分离系数为126.7,达到较好的钒铁分离效果。