钒钛磁铁矿尾矿中钒的提取工艺和动力学研究

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我国攀枝花地区蕴含着丰富的钒钛磁铁矿,该矿物是一种以铁、钒、钛为主的多元共生铁矿,占提钒原料的88 %。传统的提钒工艺不仅钒回收率低,而且造成了严重的环境污染和资源浪费。本文在前人研究的基础上提出了一种无污染、高效的提钒新工艺,该工艺既解决了生产中的废气污染问题,又能综合利用资源,有良好的经济效益、环保效益和社会效益。本文采用单因素条件实验,对钒钛磁铁矿尾矿的提钒工艺进行了详细的研究,依次考察焙烧和浸出工艺中各因素对钒浸出结果的影响,并运用SEM图、XRD图谱和V-H2O体系溶解组分优势区域图,分析焙烧和浸出过程的反应机理。实验确定的最佳熟料制备工艺条件为:矿物粒度:200目;添加剂:8 % CaCO3;焙烧温度:900℃;焙烧时间:3 h。最佳浸出工艺条件是:固液比:1:3;浸出剂:30 % H2SO4;浸出时间:2 h;浸出温度:90℃。在此焙烧—浸出工艺条件下钒的浸出率达到81.87 %。本文对钒钛磁铁矿尾矿中钒的浸出过程动力学进行了研究。结果表明浸出过程动力学模型符合粒径不变的收缩未反应核模型,1 -(1-R)1 3=kt,通过Arrhenius经验公式,由一系列不同温度下的lnk-1/T图,求得活化能为48.31 kJ·mol-1。浸出过程属于化学反应控制。浸出过程动力学方程为:该工艺的成本核算结果表明:将钙化焙烧—硫酸浸出这一工艺应用于钒钛磁铁矿尾矿中钒的提取上有可观的经济效益,每产出一吨V2O5可获得利润约3万元,且提取过程中钛的损失较小,有利于矿物资源综合利用。
摘要第4-5页
Abstract第5-6页
第1章 引言第9-20页
    1.1 研究意义第9-14页
        1.1.1 钒的发现第9页
        1.1.2 钒的理化性质第9页
        1.1.3 钒的用途第9-11页
        1.1.4 钒的供需形势第11-12页
        1.1.5 生产钒的主要原料及其分布第12-14页
    1.2 研究现状第14-18页
        1.2.1 提钒工艺研究现状第14-17页
        1.2.2 动力学研究现状第17-18页
    1.3 课题研究的主要内容第18-20页
第2章 实验部分第20-25页
    2.1 实验室仪器及药品第20-21页
        2.1.1 实验仪器第20页
        2.1.2 实验药品第20-21页
    2.2 钒的分析及计算方法第21-25页
        2.2.1 钒的分析方法第21-23页
        2.2.2 钒钛磁铁矿中钒的含量和矿物结构测定第23-25页
第3章 焙烧工艺研究第25-34页
    3.1 粒度对钒浸出率的影响第25-26页
    3.2 不同钙源及其添加量对钒浸出率的影响第26-29页
    3.3 焙烧温度对浸出率的影响第29-31页
    3.4 焙烧时间对钒浸出率的影响第31-32页
    3.5 X 射线衍射分析第32-33页
    3.6 本章小结第33-34页
第4章 浸出工艺研究第34-41页
    4.1 固液比对钒浸出率的影响第34-35页
    4.2 浸出剂对浸出率的影响第35-37页
        4.2.1 硫酸浓度对钒浸出率的影响第35-36页
        4.2.2 氢氧化钠浓度对钒浸出率的影响第36-37页
    4.3 浸出时间对浸出率的影响第37-38页
    4.4 浸出温度对浸出率的影响第38-39页
    4.5 X 射线衍射分析第39-40页
    4.6 本章小结第40-41页
第5章 浸出过程动力学研究第41-53页
    5.1 矿物浸出步骤第41-45页
    5.2 浸出动力学模型的选择第45-46页
    5.3 搅拌速度对浸出率的影响第46-47页
    5.4 浸出过程动力学方程第47-49页
    5.5 钒的浸出动力学方程第49-52页
    5.6 本章小结第52-53页
第6章 工艺的经济效益分析第53-54页
结论与展望第54-56页
致谢第56-57页
参考文献第57-60页
攻读学位期间取得学术成果第60页
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