用伯胺7101從釩渣浸出液中萃取釩

王 揚，王海良，李培佑

（1．核工業(yè)北京化工冶金研究院，北京 101149；2．中核四川環(huán)保工程有限責任公司，四川 廣元 610006）

目前，國內生產釩普遍采用間歇式化學沉淀法，這種方法存在雜質分離程度低、能耗高等問題。五價釩的金屬氧化物能形成酸和同多酸，以陰離子形式存在于水溶液中，用胺鹽作萃取劑可以從水溶液中萃取釩［1］。

以溶劑萃取法取代傳統(tǒng)的化學沉淀法可實現釩與鉀、鈉等陽離子的完全分離，獲得高品位釩產品［2-5］，試驗研究了用選擇性高、水溶性小的伯胺7101為萃取劑從釩渣浸出液中提取釩。

1 試驗部分

1．1 原料及儀器

試驗所用釩凈化液取自某釩化工廠，化學組成見表1。釩渣浸出液是用水在一定溫度下浸出氧化鈉化焙燒后的釩渣（簡稱釩渣熟料）所得，已經過化學除雜去除部分磷、砷、硅等雜質。

表1 釩凈化液的化學組成 g／L

由表1看出，釩凈化液中，鈉含量較高，釩鈉質量比為1．3，其余雜質相對較低。釩以VO-3陰離子形式存在，五價釩在水溶液中的行為較復雜，隨溶液酸度和釩濃度不同呈現不同的聚合離子形態(tài)［6］。

濃硫酸：分析純，18．4mol／L。

萃取劑：伯胺7101，核工業(yè)北京化工冶金研究院合成，物化性能見表2。

表2 伯胺7101的物化性能

攪拌設備：天壇榮華儀器制造廠，配100W電機。

1．2 試驗原理與方法

溶液中的釩在一定條件下以含氧酸根陰離子形式被伯胺選擇性萃取，負載有機相中的釩用碳酸銨溶液反萃取轉化成釩酸銨沉淀，過濾洗滌后經熱分解得粉（片）狀五氧化二釩產品。

萃取、反萃取中的化學反應為：

試驗在燒杯中進行。將萃取劑加入到燒杯中，加入一定量釩凈化液，同時滴加9mol／L硫酸適量，開啟攪拌，一定時間后停止攪拌，靜置分相。將反萃取劑置于燒杯中，開啟攪拌并加熱至適宜溫度，緩慢加入負載有機相，充分接觸后靜置分相，過濾出固體物釩酸銨，再經分解得五氧化二釩產品。貧有機相及反萃取母液處理后循環(huán)使用。

2 試驗結果及討論

2．1 萃取

2．1．1 萃取劑配比對釩萃取率的影響

試驗條件：料液體積100mL，料液中釩質量濃度17．3g／L，室溫（28℃），接觸時間5min，相比Vo／Va＝1／1，用9mol／L硫酸調溶液pH為2左右。萃取劑組成對釩萃取率的影響試驗結果見表3。

表3 萃取劑配比對釩萃取率的影響

從表3看出：酸性條件下，伯胺7101可有效萃取釩，單次萃取率為88．2%～90．2%；醇類的加入可有效改善萃取性能，增大萃合物在煤油中的溶解度，而無醇類添加時，有機相黏稠，兩相界面不清。確定萃取劑組成為10%7101＋10%仲辛醇＋80%煤油。

2．1．2 飽和容量的測定

在充分的接觸條件下，用一份轉型后的貧有機相與多份料液錯流萃取，以有機相及萃余水相中釩質量濃度均不再發(fā)生變化為基準確定萃取劑對釩的飽和容量。萃取劑為10%7101＋10%仲辛醇＋80%煤油，相比Vo／Va＝1／1，接觸時間5min，萃原液釩質量濃度17．3g／L，萃取過程中每100 mL料液補加2．2mL硫酸溶液調pH。試驗結果見表4。可以看出，經過5次錯流萃取，萃取達平衡，有機相飽和，飽和容量為29．5g／L。

表4 10%7101＋10%仲辛醇＋80%煤油萃取劑的飽和容量

2．1．3 接觸時間對釩萃取率的影響

試驗條件：萃取劑為10%7101＋10%仲辛醇＋80%煤油，萃原液中釩質量濃度17．3g／L，相比Vo／Va＝1／1，室溫（28℃），每100mL料液補加硫酸2mL。兩相混合時間對釩萃取率的影響試驗結果見表5。

表5 釩的萃取動力學試驗結果

從表5看出：伯胺7101萃取釩的動力學較快，4min內即達平衡，萃取時間的延長可能會對界面乳化物的形成提供有利條件［5］，因此選定接觸時間以不超過5min為宜。

2．2 反萃取

2．2．1 反萃取劑的選擇

試驗選用NH4OH、銨鹽進行反萃取，飽和有機相中釩質量濃度為17．0g／L，兩相接觸時間為15min，相比Vo／Va＝1／1，溫度為室溫（28℃）。試驗結果見表6?？梢钥闯觯喊彼吞妓徜@溶液均能有效反萃取釩，釩的單級反萃取率均大于99%。但由于氨水有強烈的刺激性氣味，并在相界面處形成大量三相物，所以從操作及環(huán)境等方面考慮，宜選用170g／L（NH4）2CO3溶液作為反萃取劑。

表6 不同反萃取劑對釩反萃取率的影響

2．2．2 反萃取溫度對反萃取的影響

（NH4）2CO3溶液質量濃度為170g／L，有機相中釩質量濃度為17．0g／L，反萃取接觸時間15 min，相比Vo／Va＝5／1。溫度對（NH4）2CO3反萃取釩的影響試驗結果見表7。

由于反萃取的同時得到不溶于水的釩酸銨鹽，適當提高溫度，釩酸銨鹽結晶顆粒較粗大，易沉淀，過濾洗滌快，產品質量好，但溫度過高，煤油揮發(fā)損失加快，所以選擇反萃取溫度為40℃。

表7 溫度對釩反萃取率的影響

2．2．3 兩相接觸時間對釩反萃取率的影響

有機相中釩質量濃度為17．0g／L，反萃取劑為170g／L的（NH4）2CO3水溶液，相比Vo／Va＝1／1，溫度40℃。接觸時間對釩反萃取率的影響試驗結果見表8?？梢钥闯觯簝上嗷旌?0min后，釩反萃取率在99%以上。綜合考慮，選定反萃取接觸時間以10～15min為宜。

表8 接觸時間對釩反萃取率的影響

2．3 產品質量分析

經抽樣分析，本工藝得到的釩酸鹽產品純度在99%以上，達YB／T5304—2011冶金99級標準。產品質量分析結果見表9。

表9 產品質量分析結果

3 結論

用10%7101＋10%仲辛醇＋80%煤油作萃取劑可以從釩渣浸出液中有效萃取釩，萃取在常溫下進行、反萃取所需溫度在40℃左右，與傳統(tǒng)工藝需95℃相比，可大大節(jié)能降耗；采用反萃取沉淀結晶法可直接得到產品，縮短工藝流程，減少了廢水排放。

工藝過程簡單，可實現連續(xù)化生產；所得產品質量較高。所提出的工藝流程和工藝參數有待擴大試驗進一步驗證。

［1］王玉鑫，羅青娥，劉述枚．伯胺N1923萃取釩（V）的機理研究［J］．湘潭大學自然科學，1990，12（3）：139-146．

［2］高宏成，沈興海，吳杰．胺類萃取機理的探討［J］．高等學?；瘜W學報，1994，10（15）：1425-1428．

［3］劉彥華，楊超．用溶劑萃取法從含釩浸出液中直接沉淀釩［J］．濕法冶金，2010，29（4）：263-266．

［4］劉彥華，楊超．中溫萃取提釩工藝擴大試驗［J］．濕法冶金，2011，30（2）：130-133．

［5］曹耀華，高照國，劉紅召，等．從淅川釩礦石中提取V2O5的擴大試驗［J］．濕法冶金，2012，31（6）：353-356．

［6］廖世明．國外釩冶金［M］．北京：冶金工業(yè)出版社，1985：135-136．