6 五氧化二钒

五氧化二钒
丁满堂
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复习上次课内容
• • • • 1、国外提钒流程 2、国内提钒流程 3、国外钛产业、工艺 4Biblioteka Baidu国内钛产业、工艺
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本次课重点
• 1、五氧化二钒的制备原理 • 2、五氧化二钒的生产工艺
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提钒主要原料
• 钒钛磁铁矿精矿、钒渣、碳质页岩、废催 化剂、石油灰渣等。
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一、用钒渣生产V2O5的基本原理
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• ④600~700℃五氧化二钒与钠盐（碳酸钠、硫酸钠 或氯化钠）反应生成溶于水的钒酸钠： • V2O5+Na2CO3→2NaVO3 • V2O5+Na2SO4→2NaVO3+1/2SO2↑ • V2O5+2NaCl+H2O→2NaVO3+2HCl ↑ (有水蒸气存在) • V2O5+2NaCl+1/2O2→2NaVO3+Cl2 ↑ (无水蒸气存在) • ⑤600~700℃五氧化二钒与铁、锰、钙等氧化物生 成溶于酸的钒酸盐： • V2O5+CaO→Ca(VO3)2 • V2O5+MnO→Mn(VO3)2 • V2O5+Fe2O3→2FeVO4 •
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连续式浸出工艺流程
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间歇式浸出工艺流程
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2）影响浸出的因素： 熟料粒度： 熟料可溶钒含量 液固比 浸出温度 浸出时间 搅拌 浸出方式 浸出液的pH值
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• 3）浸出液的净化 • A、对某些阳离子杂质的去除 • 可用来比较形成氢氧化物沉淀的顺序如下： • ①当氢氧化物从含有价数相同的几种离子的溶液中沉 淀时，首先开始析出的是其形成沉淀的pH值最低，其溶 解度最小的氢氧化物。 • ②对同一近似的离子，高价阳离子形成氢氧化物沉淀 的pH值，总是低于低价阳离子沉淀的pH值。这是因为 高价金属氢氧化物比低价金属氢氧化物的溶解度更小的 缘故。 • ③价数相同的不同金属离子其氢氧化物溶度积常数越 大，则形成氢氧化物沉淀的pH值越高。 • ④氢氧化物形成的pH值与被沉淀金属离子的活度 有 关，随着 减小而增大。 • ⑤温度对沉淀pH值也有影响，溶液温度高时，形成氢 氧化物沉淀的pH值下降，即金属离子可在较高酸度下沉 淀。
• 苏打比=
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• 例题： • 采用苏打和食盐作为添加剂，钒渣中的V2O5含 量为15%，苏打比为1.2，食盐配入量为苏打量 的30%。求：一吨钒渣需配入多少苏打和食盐？ • 解： 按照：苏打比=苏打量/V2O5量 • 1.2=苏打量/150kg • 苏打量=1.2×150=180kg(是添加剂总量) • 因此，实际食盐配入量为：180×30%=54kg • 实际苏打配入量为：180-54=126kg。
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V2O5-Na2CO3相图
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①首先在300℃左右金属铁氧化： Fe+1/2O2→FeO 2FeO+1/2O2→Fe2O3 ②在500~600℃粘结相铁橄榄石氧化并分解： 2FeO· SiO2+1/2O2→Fe2O3· SiO2 (低价氧化物氧化) Fe2O3· SiO2→Fe2O3+SiO2 (复合氧化物分解) ③600~700℃尖晶石氧化分解： FeO· V2O3+FeO+1/2O2→Fe2O3· V2O3 (Fe2+氧化为Fe3+) Fe2O3· V2O3+1/2O2→Fe2O3· V2O4 (V3+氧化为V4+) Fe2O3· V2O4+1/2O2→Fe2O3· V2O5 (V4+氧化为V5+) Fe2O3· V2O5→Fe2O3+V2O5 (分解)
还可以采用磷酸铵镁沉淀法：溶液中常常有杂质 磷、砷等，使其以磷酸镁和砷酸镁形态从溶液中 沉淀，但是最完善的净化磷和砷的方法是使磷和 砷以磷酸铵镁和砷酸铵镁的沉淀
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小结
• • • • • 1、钒渣生产V2O5的原理 2、添加剂用量的计算 3、影响焙烧转化率的因素 4、影响浸出的因素 5、浸出液的净化
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• D、焙烧温度 • 根据钒渣和钠盐在炉内的反应变化过程，通常将炉 子分为三个带（阶段）：氧化带、钠化带(或称为烧 成带)和冷却带。 • E、焙烧时间 • 3 浸出 • 1）浸出方法 • 钒渣经焙烧后称为熟料。熟料的浸出通常指水浸， 水浸是将熟料中的可溶性钒酸钠溶解到水溶液的过 程。此外，对不溶解于水的钒酸盐(钒酸铁、钒酸锰、 钒酸钙等)，可以用酸或碱浸出的方法。熟料用水浸 出，有两种方式，连续式和间歇式。
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二、用钒渣生产五氧化二钒工艺
• 传统的以苏打为主 作为添加剂的钒渣 生产V2O5的工艺流 程主要有原料预处 理（包括钒渣破碎、 粉碎、配料、混 料），氧化焙烧、 熟料浸出、沉钒及 熔化五个工序。
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• 1、原料的预处理 • 原料预处理的工艺流程包括钒渣破碎、球磨、除铁、 配料(配入添加剂)、混料等 • 2、焙烧 • 影响焙烧转化率的条件 • 焙烧转化率是熟料中转化为可溶钒的钒量占全钒之 比例。 • A、钒渣的粒度 • B、添加剂的种类 • C、添加剂的用量 • 一般情况下，用苏打比来表示添加剂的配入量。
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• B、对溶液中的阴离子杂质的去除 溶液中的磷酸根或砷酸根阴离子，可加入金属盐 沉淀剂使其生成沉淀。
表 金属磷酸盐开始沉淀的pH值
形成磷酸盐 Mg Ca Mn Zn Al Be Th Zr 的金属 开始沉淀的 9.76 7.00 5.76 5.66 3.79 3.41 2.72 1.57 pH值
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作业：
• 1、某厂采用苏打法焙烧钒渣5吨。已知： 钒渣五氧化二钒品位为18%，苏打比1.2， 食盐配入量为苏打量的30%。求：需配入多 少苏打和食盐？ • 2、在钒渣提取V2O5的浸出液净化过程中， 金属氢氧化物沉淀的顺序是什么？
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• ⑥根据碳酸钠与一些氧化物反应的差热分析结果，在焙 烧过程中可能有如下的副反应发生： • Na2CO3+Al2O3→Na2O· Al2O3+CO2 (920℃生成) • Na2CO3+Fe2O3→Na2O· Fe2O3+CO2 (800℃生成，1060℃相 变，1280℃熔化) • Na2CO3+TiO2→Na2O· TiO2+CO2 (780℃生成，980℃熔化) • Na2CO3+SiO2→Na2O· SiO2+CO2 (820℃生成) • 2Na2CO3+SiO2→2Na2O· SiO2+2CO2 (850℃生成) • Na2CO3+Al2O3+2SiO2→Na2O· Al2O3· 2SiO2+CO2 (760℃生成)。 • 4Na2CO3+2Cr2O3+3O2→4(Na2O· CrO3)+4CO2 • 3Na2CO3+P2O5→3Na2· P2O5+3CO2 • 当上述产物在水浸时，可溶性的盐溶解到水中，部分 产物将发生水解。
• 由钒渣的物相结构可知，钒在钒渣中是以 V3+离子状态存在于尖晶石物相中，同时， 钒渣中还含有硅酸盐玻璃体，金属铁等物 相，从钒渣中提钒主要是将低价钒V3+氧化 成V5+，然后使之生成溶解于水的钒酸钠， 再用水浸出到溶液中使钒与固相分离，然 后再从溶液中沉淀出钒酸盐，使钒与液相 分离，最终将钒酸盐转化成五氧化二钒。
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• Na2CO3-V2O5的相图，由图可见，它们可以 生成五种钒酸盐，其中偏钒酸钠（NaVO3）、 焦钒酸钠（Na4V2O7）和正钒酸钠(Na3VO4) 是可溶解于水的的钒酸盐，另外两种钒酸 盐（Na2V12O31和NaV3O8）称作钒青铜，是 在高温下，偏钒酸钠冷却到500℃结晶时脱 出一部分氧后生成的，同时含有五价钒和 四价钒的化合物，它们不溶解于水中，因 此这两种在焙烧过程中是不希望生成的。