从钒渣钙化焙烧硫酸浸出液中除磷试验研究

2015-12-16唐红建

湿法冶金 2015年1期

唐红建

（攀钢集团研究院钒钛资源综合利用国家重点试验室，四川攀枝花 617000）

钒渣钠化焙烧—水浸提钒［1-3］工艺综合回收率高，工艺成熟，在提钒工业应用广泛。但该工艺存在钠盐熔点低，焙烧时容易造成炉料结块、粘炉、结圈，影响钒的转化和设备的正常运行；提钒尾渣中钠盐含量高，不能直接作为高炉冶炼原料，给提钒尾渣的综合利用带来困难［4］；钠化焙烧过程中分解出的废水废气严重污染环境［5］，腐蚀设备，限制了其进一步发展。为此，攀钢集团研发了环境更为友好、原料可实现闭路循环的钒渣钙化焙烧—硫酸浸出提钒［6］工艺，但该工艺在提高钒浸出率的同时，也使部分杂质进入溶液，增加了净化工序难度。特别是磷的存在会对后期处理带来极大的危害，尤其对沉钒影响极大，磷与钒会形成稳定的络合物H7［P（V2O5）6］，还会与 Fe3＋、Al3＋生成磷酸盐沉淀，污染多钒酸铵（APV），影响五氧化二钒的质量［7］，所以，在沉钒前必须去除浸出液中的磷。

目前，从含钒酸浸液中除磷的研究鲜有报道。试验研究了用除磷剂X从钒渣钙化焙烧硫酸浸出液中去除磷，为从含钒酸浸液中除磷探求有效途径，从而完善钙化焙烧—酸浸提钒工艺，提高该工艺的经济和环境效益。

1 试验部分

1．1 试验原料

试验用钒渣钙化焙烧硫酸浸出液（pH＝2．5）的主要元素质量浓度采用ICP-AES测定，结果见表1，其中P主要以磷酸根形式存在。

表1 酸性浸出液中主要元素质量浓度 g／L

1．2 试验原理

试验用除磷剂X是一种多孔、高分散度的材料，比表面积大，对酸浸液中的磷酸根具有很强的吸附亲和力。利用磷在该除磷剂表面粘附、架桥、表面沉淀作用，实现酸浸液中杂质元素磷与有用元素钒的分离。同时，因酸浸液pH较低，可使除磷剂X中的部分离子溶解出来，与磷酸根离子生成羟基磷酸钙等沉淀而析出。

1．3 试验方法

取含钒酸浸液100mL置于恒温水浴锅中的烧杯中，待恒温水浴达到指定温度后，加入一定量除磷剂X，搅拌反应一段时间后，停止搅拌，过滤，用少量去离子水洗涤滤渣，取滤液测定磷和钒的质量浓度，计算磷去除率（α）和钒损失率（β）。

式中：ρ0（P）—酸浸液中磷质量浓度，g／L；ρ1（P）—滤液中磷质量浓度，g／L；ρ0（V）—酸浸液中钒质量浓度，g／L；ρ1（V）—滤液中钒质量浓度，g／L。

2 试验结果与讨论

2．1 除磷剂X加入量对除磷效果的影响

试验条件：初始pH＝2．5，反应温度为60℃，反应时间为25min，搅拌速度为600r／min。除磷剂X加入量对除磷效果的影响试验结果如图1所示。

图1 除磷剂X加入量对除磷效果的影响

从图1看出，随除磷剂加入量增加，磷去除率和钒损失率均升高。这可能是因为除磷剂在吸附磷的同时也吸附部分钒离子，造成钒的损失。除磷剂X加入量越大，吸附钒离子就越多，因此要控制除磷剂的加入量，使钒损失率控制在较低水平。综合考虑，除磷剂X加入量选择为10g。

2．2 反应温度对除磷效果的影响

试验条件：初始pH＝2．5，除磷剂X加入量为10g，反应时间为30min，搅拌速度为600 r／min。反应温度对除磷效果的影响试验结果如图2所示。

图2 反应温度对除磷效果的影响

从图2看出，随温度升高，磷去除率先升高后降低，钒损失率逐渐升高。原因可能是温度升高，在热力学上有利于除磷过程的进行，但温度过高会影响除磷剂X的吸附性能。综合考虑，适宜的反应温度确定为60℃。

2．3 反应时间对除磷效果的影响

试验条件：初始pH＝2．5，除磷剂X加入量为10g，反应温度为60℃，搅拌速度为600 r／min。反应时间对除磷效果的影响试验结果如图3所示。

图3 反应时间对除磷效果的影响

从图3看出，随反应时间延长，磷去除率和钒损失率均升高。时间越长，除磷效果越好，但磷反应越充分，过程夹杂的钒也越多，导致钒损失量逐渐增多。综合考虑，反应时间确定为25min。

2．4 酸浸液pH对除磷效果的影响

试验条件：除磷剂X加入量为10g，反应时间为25min，搅拌速度为600r／min，温度为60℃。酸浸液pH对除磷效果的影响试验结果如图4所示。

图4 酸浸液pH对除磷效果的影响

酸浸液pH会影响溶液中磷与钒的存在状态，进而影响除磷效果。从图4看出，随酸浸液pH增大，磷去除率先升高后降低，这可能是因为适宜的pH改变了酸浸液中磷的存在形式，而此种形式的磷能更好地被除磷剂X吸附；同理，pH的改变也会影响酸浸液中钒的存在形式，不同状态的钒被除磷剂吸附夹带的能力不同，所以钒损失率先升高，后随pH增大又降低，之后又升高。综合考虑，确定酸浸液pH以2．25为宜。