已改_also4除去钒浸出液中硅的试验研究11(1)[精选]

1、 1424340108 本科毕业论文also4除去钒浸出液中硅的试验研究study of using also4 to dislodge silicon from vanadium leaching solution姓 名： 姜 凯 鑫 专 业： 冶金工程 成 宝 海 职称： 讲 师 2018年5月摘 要研究了从含钒浸出液中分离硅的有效方法，考察了沉淀剂种类、沉淀剂用量，浸出液 ph 值、反应时间、沉淀温度和静置时间对除硅和钒损失的影响。结果表明，在弱碱性条件下，铝盐对含钒液除硅有良好的效果，除硅率达到 99.12%，钒损失率小于 1.21%。该工艺过程简单，钒硅分离效果好。关键词：含钒浸出液

2、 镁盐 除硅abstractthe effective method of separating silicon from vanadium containing leaching solution was studied. the effects of the type of precipitant, the amount of precipitant, the ph value of the leaching solution, the reaction time, the precipitation temperature and the static time on the loss

3、of silicon and vanadium were investigated. the results show that under the condition of weak alkali, aluminum salt has good effect on removing silicon from vanadium containing liquid, and the loss rate of vanadium is less than 1.21% except 99.12% of silicon. the process is simple, and the separation

4、 effect of vanadium and silicon is good.keywords: vanadium containing leaching solution magnesium salt desilication目 录摘 要iabstractii第一章 绪 论11.1 引言11.2 金属钒简介11.2.1 金属钒的历史与资源分布11.2.2 金属钒的物化性质21.2.3 金属钒的反应及其化合物31.2.4 金属钒的应用领域31.2.5 金属钒的的危害与防护41.2 钒浸出液除硅的研究内容51.3 国内钒产业的发展建议51.4 研究背景51.5 实验意义6第二章 实验方法92.

5、1 实验仪器及用品92.1.1 原料92.1.2 试剂及仪器设备92.2 实验方法9钒液中硅的测定92.2.2 浸取液中钒的测定102.2.3 浸出液的除硅处理12第三章 结果讨论133.1 沉淀剂对除硅率和钒损失率的影响133.2 ph值对浸出率和钒损失率的影响133.3 铝盐用量对钒损失率的影响143.4 反应时间对除硅的影响：153.5 温度对钒损失率的影响153.6 静置时间对钒损失率的影响16第四章 结 论17致 谢18参考文献19原创性声明20版权使用授权书20第一章 绪 论1.1 引言钒是一种重要的战略资源，被广泛运用在很多行业。但是钒不能形成纯度很高的富集矿，其中掺杂着很多杂质

6、，比如硅、铁、磷等。含钒溶液的净化除杂是十分重要的一个步骤，通过净化除杂可以有效地将杂质除去，并且使含钒液的浓度大幅度提高，为制备高纯度v2o5打下良好的基础。其中，对制备高纯度钒影响最大的杂质是硅，钒渣在水浸过程中，大量硅等杂质以阴离子形态进入浸出液，给后续钒的分离富集及沉钒率造成严重影响，并导致产品硅含量普遍超标。目前工业上含钒液的净化除硅过程均采用静置沉淀法，该法存在除硅率低、静置时间长等特点。目前产业化的钒渣提钒工艺主要有钠化焙烧-水浸提钒和钙化焙烧-酸浸提钒两种，国内外钒厂大多采用钠化焙烧-水浸提钒工艺从钒渣生产氧化钒产品。上述提钒工艺技术虽不相同，但大都包括焙烧、浸出、分离净化、沉

7、淀、煅烧等工序，含钒溶液在进行下一工序前都需要净化处理。本研究针对工业现状，在保证高钒回收率的前提下，对钒液中硅离子的去除进行了试验研究，筛选了适宜的除硅剂，确定了适宜的除硅工艺条件，以实现钒与硅有效分离。1.2 金属钒简介1.2.1 金属钒的历史与资源分布1882年，英国列克鲁佐特钢铁公司用含钒1.1%的炼钢炉渣制得钒的磷酸盐，年产量约60t。用户是生产苯胺黑的染料厂。在19世纪末20世纪初，俄罗斯开始利用碳还原法还原铁和钒氧化物，首次制备出钒铁合金(含v35%40%)。19021903年俄罗斯进行了铝热法制取钒铁的试验。1927年，美国的马尔登和赖奇用金属钙还原五氧化二钒(v2o5)，第一

8、次制得了含钒99.3%99.8%的可锻性金属钒。19世纪末，研究还发现了钒在钢中能显著改善钢材的机械性能，从而使钒在工业上才得到广泛应用。至20世纪初，人们开始大量开采钒矿。到目前为止，世界上生产钒的矿石主要以钒钛磁铁矿为主，在俄罗斯、南非、中国、澳大利亚及美国等国家都有丰富的钒钛磁铁矿资源，此外在钒铀矿、铝土矿、磷岩矿、碳质页岩、石油燃烧灰渣、废催化剂等均可作为回收钒的资源。钒的踪迹遍布全世界。在地壳中，钒的含量并不少，平均在两万个原子中，就有一个钒原子，比铜、锡、锌、镍的含量都多，但钒的分布太分散了，几乎没有含量较多的矿床。在海水中，在海胆等海洋生物体内，在磁铁矿中，在多种沥青矿物和煤灰中

9、，在落到地球的陨石和太阳的光谱线中，人们都发现了钒的踪影。钒是地球上广泛分布的微量元素，其含量约占地壳构成的0.02%，获取相对容易。世界上已知的钒储量有98%产于钒钛磁铁矿。除钒钛磁铁矿外、钒资源还部分赋存于磷块岩矿，含铀砂岩，粉砂岩，铝土矿，含碳质的原油、煤、油页岩及沥青砂中。世界钒钛磁铁矿的储量很大，并且集中在少数几个国家和地区，包括：独联体、美国、中国、南非、挪威、瑞典、芬兰、加拿大、澳大利亚，并且集中分布在南非洲、北美洲等地区。根据1988年美国矿业局统计资料表明，世界钒储量基础为1.6亿吨（以钒计）。按目前的开采量计算，世界现探明的钒资源可供开采150年。从储量基础看，南非占46%

10、，独联体占23.6%，美国占13.1%，中国占11.6%，其它国家的总和不足6%。4在南非，钒通常在钒磁铁矿的矿层中产生。这些矿层的平均品位为1.5%。据估计，南非钒储量约为1250万吨，世界第一。矿物有钒酸钾铀矿、褐铅矿和绿硫钒矿、石煤矿等。中国是钒资源比较丰富的国家，钒储量为2055万吨（以v2o5计）主要赋存钒钛磁铁矿中，且集中分布在四川的攀枝花市、河北承德市。攀枝花钒储量为1295万吨，占中国钒储量的63%。1.2.2 金属钒的物化性质钒是一种银灰色的金属。熔点189010，属于高熔点稀有金属之列。它的沸点3380，纯钒质坚硬，无磁性，具有延展性，但是若含有少量的杂质，尤其是氮，氧，氢

11、等，能显著降低其可塑性。表 1-1 金属钒的物理性质性质参数原子体积（立方厘米/摩尔）相对原子质量莫氏硬度7声音在其中的传播速率（m/s）4560密度（g/cm3）熔点189010沸点3000原子序数23质子数23中子数37电子数23钒的性质和钽以及铌相似，英国化学家罗斯科研究了它的性质，确定它与钽和铌相似，这为它们三个在元素周期表中共建一个分族建立了基础。钒属于中等活泼的金属，化合价+2、+3、+4和+5。其中以5价态为最稳定，其次是4价态，五价钒的化合物具有氧化性能，低价钒则具有还原性。钒的价态越低还原性越强。电离能为6.74电子伏特，具有耐盐酸和硫酸的本领，并且在耐气、耐盐、耐水腐蚀的性

12、能要比大多数不锈钢好。钒空气中不被氧化，可溶于氢氟酸、硝酸和王水。表 1-2 金属钒的化学性质性质参数所属周期4所属族数vb电子层分布2-8-11-2电子层2-8-11-2价电子排布k-l-m-n氧化态v+3, v+4, v+5 ,v-3, v-1, v0, v+1, v+2外围电子层排布3d3 4s2核电荷数231.2.3 金属钒的反应及其化合物高温下，金属钒很容易与氧和氮作用。当金属钒在空气中加热时，钒氧化成棕黑色的三氧化二钒、深蓝色的四氧化二钒，并最终成为桔黄色的五氧化二钒：钒在氮气中加热至9001300会生成氮化钒。钒与碳在高温下可生成碳化钒，但碳化反应必须在真空中进行。当钒在真空下或

13、惰性气氛中与硅、硼、磷、砷一同加热时，可形成相应的硅化物、硼化物、磷化物和砷化物。不同价态的钒离子有不同的颜色：（vo2）+颜色为浅黄色或深绿色，（vo）2+颜色为蓝色，v3+为绿色，v2+为紫色。我们平常说的钒盐是指这几种：含有v4+的，含有(vo3)-的（偏钒酸盐），含有(vo4)3-的（正钒酸盐），他们包括：偏钒酸铵、偏钒酸钠、偏钒酸钾、正钒酸钠、焦钒酸钠；四价盐：硫酸氧钒、草酸氧钒；四氯化钒等卤化钒类；三氯氧钒等卤氧化钒类。钒的盐类的颜色真是五光十色，有绿的、红的、黑的、黄的，绿的碧如翡翠，黑的犹如浓墨。如二价钒盐常呈紫色；三价钒盐呈绿色，四价钒盐呈浅蓝色，四价钒的碱性衍生物常是棕色或

14、黑色，而五氧化二钒则是红色的。这些色彩缤纷的钒的化合物，被制成鲜艳的颜料：把它们加到玻璃中，制成彩色玻璃，也可以用来制造各种墨水。1.2.4 金属钒的应用领域在钢中加入百分之几的钒，就能使钢的弹性、强度大增 ，抗磨损和抗爆裂性极好，既耐高温又抗奇寒，难怪在汽车、航空、铁路、电子技术、国防工业等部门，到处可见到钒的踪迹。此外，钒的氧化物已成为化学工业中最佳催化剂之一，有“化学面包”之称。主要用于制造高速切削钢及其他合金钢和催化剂。把钒掺进钢里，可以制成钒钢。钒钢比普通钢结构更紧密，韧性、弹性与机械强度更高。钒钢制的穿甲弹，能够射穿40厘米厚的钢板。但是，在钢铁工业上，并不是把纯的金属钒加到钢铁中

15、制成钒钢，而是直接采用含钒的铁矿炼成钒钢。钒具有众多优异的物理性能和化学性能，因而钒的用途十分广泛，有金属“维生素”之称。最初的钒大多应用于钢铁，通过细化钢的组织和晶粒，提高晶粒粗化温度，从而起到增加钢的强度、韧性和耐磨性。后来，人们逐渐又发现了钒在钛合金中的优异改良作用，并应用到航空航天领域，从而使得航空航天工业取得了突破性的进展。随着科学技术水平的飞跃发展，人类对新材料的要求日益提高。钒在非钢铁领域的应用越来越广泛，其范围涵盖了航空航天、化学、电池、颜料、玻璃、光学、医药等众多领域。钒“现代工业的味精”，是发展现代工业、现代国防和现代科学技术不可缺少的重要材料。钒在冶金业中用量最大。从世界

16、范围来看，钒在钢铁工业中的消耗量占其生产总量的85%。与此同时，钒在化工、钒电池、航空航天等其它领域的应用也在不断扩展，且具有良好发展前景。钒在钢铁工业中主要用作合金添加剂，钢铁工业的发展变化对预测钒的需求至关重要。也就是说，钢铁对钒的需求趋势决定了钒工业的命运。中国钢产量大约6亿吨，平均每吨钒的消费强度增加10g，折合五氧化二钒约为1.1万吨。而在美国，碳素钢和高强度低合金钢是钢铁工业中钒用量最大的钢种，占钢铁工业钒用量的60%以上，其次是高合金钢。1.2.5 金属钒的的危害与防护钒在天然水中的浓度很低，一般河水中为0.0120ppb，平均为1ppb。海水含钒量为0.92.5ppb。尽管水体

17、中可溶性的钒含量很低，但是水中悬浮物含钒量是很高的。悬浮物的沉积导致水中钒向底质迁移，并使水体得到净化。土壤中的钒主要以vo3-阴离子状态存在。土壤的氧化性越高、碱性越大，钒越易形成vo3-离子。当土壤的酸度增大时，vo3-离子易转变成多钒酸根复合阴离子。它们都容易被粘土和土壤胶体及腐殖质固定而失去活性，钒在土壤中的迁移性较弱。对人体危害金属钒的毒性很低。钒化合物（钒盐）对人和动物具有毒性，其毒性随化合物的原子价增加和溶解度的增大而增加，如五氧化二钒为高毒，可引起呼吸系统、神经系统、胃肠和皮肤的改变。危害防治皮肤接触：脱去污染的衣着，用肥皂水及清水彻底冲洗。眼睛接触：立即翻开上下眼睑，用流动清

18、水冲洗15分钟。就医。吸入：脱离现场至空气新鲜处，用水漱洗鼻咽部的粉尘。就医。食入：误服者就医。对症治疗。1.2 钒浸出液除硅的研究内容净化除去溶液中的硅对制备纯钒化合物是一个十分重要的课题，尤其采用弱碱性和弱酸性按盐沉钒法是如此，因此除去钒溶液中的硅引起不少研究者重视。有一些科学家利用cacl2+naoh和al(oh)3的碱性溶液除硅：ca：al=1：2(摩尔比)，用量al：si=1。原液成分：v2o5150g/l，si0.47g/l，fe0.4g/l，mn0.45g/l，净化时间4小时。确认温度不影响净化率，但大于800摄氏度时al(oh)3溶解。也有科学家用以下办法除硅：（1）聚丙烯酸胺

19、或聚乙烯醇在不同温度下进行试验,未取得成功；（2）预先加少量nh4cl亦未取得成功；（3）加naf未成功；（4）加铝铵钒效果很好。用量铝铵钒4.55g/l，可使硅降到0.110.15%。上述原液均系接近中性的偏钒酸钠溶液。本文的目的是研究强碱性钒渣浸出液(即navo3一naoh一h2o或navo3一na2co3一nahco3一h2o系)中硅的除去方法。1.3 国内钒产业的发展建议1、拓展钒的应用领域，发展高技术钒产品，加快钒在电池、超导等高技术行业的应用研发。2、引导企业发展钒产品深加工。从政策上或相关行业(如建筑行业)标准上，加大力度鼓励高钒钢的使用，推动高钒钢技术的升级，向国际水平靠拢。3

20、、加强国内钒产业的监管与整合力度，从规模与环保上设定行业准入门槛。对那些不合法的投机者，进行严厉打击，以保护矿脉的完整性与可开采性，确保市场秩序。第85届国际钒技术委员会会员大会在京召开(2013年9月25日)，大会分析认为，未来五年,全球钒产品的市场消费结构不会有较大的改变,仍然是钢铁(90-93%)、有色合金(4-5%)、化学与功能材料(3-4%)三大应用领域,但产品品种将在延伸的基础上更加系列化、多样化、功能化, 钒产品的制造、消费与研发中心将转移至中国,中国高端钒产品将会基本实现国产化,钒氮合金与钒功能材料的消费比例将会进一步增加，中国国内钒产品的市场消费总量将会由目前的56万吨/年,

21、增长到2015年的89万吨/年；全球钒产品的市场消费总量将会由目前的12-13万吨/年,提高到16-18万吨/年(2015年)；钒电池储能技术预计在2018年左右开始形成产业化应用，届时钒产品市场又将增加一大消费领域，世界钒产业的前景将更加光明。1.4 研究背景钒是一种重要的战略资源，是发展现代工业、现代国防和现代科学技术不可缺少的重要材料1-4。钒钛磁铁矿是钒的主要矿物资源5，钒渣是主要的提钒原料，目前产业化的钒渣提钒工艺主要有钠化焙烧 - 水浸提钒和钙化焙烧 - 酸浸提钒两种，国内外钒厂大多采用钠化焙烧-水浸提钒工艺从钒渣生产氧化钒产品6。上述提钒工艺技术虽不相同，但大都包括焙烧、浸出、分

22、离净化、沉淀、煅烧 7 等工序，含钒溶液在进行下一工序前都需要净化处理。硅是影响高纯钒质量的主要杂质，钒渣水浸时，大量硅等杂质以阴离子形态进入浸出液8，给后续钒的分离富集及沉钒率造成严重影响，并导致产品硅含量普遍超标。为达到除去杂质、富集钒，制备高纯度高 v2o5 的目的，含钒液的净化处理尤为重要。目前工业上含钒液的净化除硅过程均采用静置沉淀法9-10，该法存在除硅率低、静置时间长等特点。本研究针对工业现状，在保证高钒回收率的前提下，对钒液中硅离子的去除进行了试验研究，筛选了适宜的除硅剂，确定了适宜的除硅工艺条件，以实现钒与硅有效分离。钒不仅在地壳中分布很广，而且量也很大，甚至比锌、镍、铜、锡

23、等金属的含量都多，但是却很少有集中，几乎没有富矿的矿床，而提取钒的过程就目前技术形式而言并不是十分的先进，石煤作为我国独有的一种矿物更是充分的体现出了这种特点，在早些年石煤是作为一种劣质燃料被大家所熟知，但是仅仅作为燃料对于石煤这种燃烧值并不高的矿石来说简直就是一种对资源的浪费，随着钒的广泛应用，石煤这种“劣质燃料”有了更有意义的使用方法用于制取钒。石煤提钒的传统工艺是经钠化焙烧后水浸出，得到含钒的浸出液，浸出液中加入硫酸或盐酸过滤后得到粗钒，粗钒再用氢氧化钠溶解后过滤取得滤液，向滤液中加入氯化铵，得到偏钒酸铵，加热分解得到五氧化二钒1。该工艺浸出的浸出率不到50%。沉粗硅过程中钒的损失率约为

24、6%，整个过程硅的收率不到百分之五十。所以如何高效提钒则成为了当今重要的一个研究项目。目前含钒矿物可经过焙烧，浸出，分离，净化沉淀煅烧等工序提取含钒的浸出液，而含钒的浸取液中主要杂质为硅。硅杂质在含钒浸出液中以阴离子形式存在，严重影响接下来的提钒工艺。在选择除去硅的方法时，在工业上多采用静置沉淀法，此方法耗时长，并且除硅效果差。而更有效的方法则是沉淀剂沉淀法，在沉淀剂除硅法中，常以铝盐作为沉淀剂去除浸出液中硅，铝盐具有良好的沉淀效果，而镁盐同样可以除去钒浸取液中的杂质硅，但除去硅的同时不可避免会有一部分的钒元素与形成的硅酸水合物夹杂在一起损失掉，让本就在矿石中含量不多的钒在提取过程中大量损失是

25、一种耗能耗时的做法。1.5 实验意义对工业硅而言，其在工业上用来获取单质硅。其通常用来制造有机硅合物，或者制造半导体材料，或者其他具有独特使用途径的化合物等等。1） 用于制造有机硅，例如硅脂、硅橡胶等有机化合物。其中，硅橡胶拥有承受的温度高、弹性性能强、通常用在医疗器械、工业器械高温垫层等等。硅油则是一类具有稠状结构的油，通常情况下其粘稠度不会受到温度的干扰，通常用来制造高端的润滑油等等，除此之外，其还能够被制成透明度高的无色液体，充当一种有效的防水涂层涂于某些材料的外表面。对于硅脂而言，其一般主要用来制造变电站高压室的绝缘漆、房屋外部图层等等。2） 用于生产半导体材料。在当前的社会中，电子行

26、业迅猛发展离不开集成电路的发展，然而对于集成电路而言，其主要的材料就是纯度极高的硅，因此，在工业生产中需要生产大量的高纯度硅来满足半导体材料。除此之外，其还能够被用来制造光缆，可以这么讲，单质硅已经在当前的信息科技时代中扮演中非常重要的角色。3） 用于生产硅合金。当前，在所有的硅合金当中，使用量最广的是硅合金。其通常被作为某种强复合脱氧剂而大量使用。在钢材炼制的流程中其能够替代作为脱氧剂的纯铝来提升反应过程中的脱氧效率，并且还能够使得钢的金属液体得到净化，从而使钢品质得到提升。这种材料的化学性质是，密度比较小，受热膨胀性较小，耐磨及铸造工艺性能优良，被用于生产某些铸件时其表现出非常优良的抗打击

27、性能及致密性能，能够使得铸件的使用时间大幅度提升，通常用来制造太空飞行器上的细小零件。除吃之外，用其制造的硅铜合金表现出非常优越的焊接能力，在焊接过程中，出现电火花的情况较少，并具有抗击爆炸能力，一般情况下用来制造储气罐。4） 用于制造硅钢片。在液态的钢中放入单质硅就能够生产出硅钢片，这种化合物能够使得钢的导磁性能得到很大的提升，并使铁磁损耗大幅度下降，通常情况下，主要用于生产各种变压器或者发电机内部的铁芯，从而使其自身的性能得到大幅度提升。5） 纯度很高的单质硅是制造半导体材料的最重要的元素。往单质硅中加入元素周期表中va族的一些化学元素，能够构成n型硅半导体材料，往单质硅中加入元素周期表中

28、iiia族的一些化学元素，能够构成p型硅半导体材料。然后将两种类型的半导体材料融合就能够制成具有空间电荷区，此材料被大量的应用于太阳能发电的电池板中，通过将太阳能转换为电能。在目前大力提倡新能源发电的时代，该材料在其中扮演着非常重要的角色。除此之外，其还用于生产一些晶体管，例如bjt，mosfet等。6） 用于生产航空器及金属陶瓷等高科技材料。在高温条件下，将其与陶瓷混合进行高温灼烧，就能够得到金属陶瓷复合材料，其具有柔韧性强，易于切割，抗高温，不断拥有了两种生产原料本身的特征，还对彼此存在的不足之处进行了补偿。通常用来军事领域，比如说枪械、导弹等。世界首个航空器“哥伦比亚号”之所以能够在穿越

29、大气层的时候没有被高温融化，就是依赖于其外表面覆盖的硅瓦来实现的。7） 用于制造光纤，实现最前沿的通讯方式。用纯净的sio2能够制造出透明度非常高的玻璃光纤。激光信息在光纤中通信时，借助于数亿次的光学传播将其向前传送，替代了传统用于信息传统的电缆。该材料能够容纳的信息量非常大，与头发丝大小的光纤，在某个时间点就能够一起传递大约256条数据信号，并且在其中传递的信号受到外界信号的影响非常小，无法对其进行窃听，拥有很强的保密性。该项通信技术的出现使我们的生活产生了跨越式的变化。8） 用于生产性能更佳的有机类化合物。比如说加入硅元素生产的有机硅所料拥有非常强烈的防水性能，能够用于生产防水薄膜。在潮湿

30、的墙壁上涂上含有该材料的涂层，则能够一次性将渗透水问题彻底解决。在比较重要的文物或者雕像上涂抹该材料，能够阻止其外表面滋生青苔，抵御风吹日晒。坐落于北京人民大会堂与天安门之间的纪念碑就使用了该材料，所以，在任何时候该碑对保持着光鲜、干净、清新。 9）因为有机硅本身特殊的结构，涵盖了有机与无机两种化合物的特点，因此，其具有粘度系数低、可压缩性能好，气态渗透性强等特点，此外，拥有抗低温、抗高温、绝缘性能强、抗氧化、不易然后、抗水性强、抗腐蚀性好、无色无味五毒等优良的性能，其被大量运用于工行各业中，例如用于军事领域、医疗卫生领域、工业生产领域等等。在这些领域中，本材料主要充当的作用包括用于充当外部图

31、层，用来抗水、抗潮，用来充当润滑、用来进行填充等等。由于该类型有机材料的类别不断增加，使用的范围也持续拓展，逐渐构成了新型材料市场中最具特点的产品系列，其中很多种类的化合物的性质是其他化学品无法替代的。（10）硅可以提高植物茎秆的硬度，增加害虫取食和消化的难度。尽管硅元素在植物生长发育中不是必需元素，但它也是植物抵御逆境、调节植物与其他生物之间相互关系所必需的化学元素。硅在提高植物对非生物和生物逆境抗性中的作用很大，如硅可以提高植物对干旱、盐胁迫、紫外辐射以及病虫害等的抗性。硅可以提高水稻对稻纵卷叶螟的抗性，施用硅后水稻对害虫取食的防御反应迅速提高，硅对植物防御起到警备作用。水稻在受到虫害袭击

32、时，硅可以警备水稻迅速激活与抗逆性相关的茉莉酸途径，茉莉酸信号反过来促进硅的吸收，硅与茉莉酸信号途径相互作用影响着水稻对害虫的抗性。第二章 实验方法 实验仪器及用品 原料试验所用弱碱性含钒浸出液为四川某公司提供，料液主要成分为 ：v2o5，47.88 g/l；sio2 ，0.6903 g/l。2.1.2 试剂及仪器设备硅标准溶液（1000 g/ml），国家有色金属及电子材料分析测试中心；盐酸；硫酸；磷酸；高锰酸钾溶液；硫酸亚铁铵溶液；尿素溶液；亚硝酸钠溶液；苯代邻位氨基苯甲酸（指示剂）；硫酸亚铁铵标准；五氧化二钒标准试剂（99.99%），优级纯；其他试剂除注明外，均为分析纯。fa2104n d

33、f-101s st10-ph 测试笔，美国奥豪斯公司；icp-oes 等离子体发射光谱仪，德国斯派克分析仪器公司。2.2 实验方法 2.2.1钒液中硅的测定本实验采用硅钼蓝分光光度法计算硅(gb 7315287):分光光度法是通过测量特定波长或测量物质在某一波长范围内的光的吸光度对该物质进行定性和定量分析的方法2。它具有灵敏度高、操作简便、实验快速等优点3。在分光光度计中，将不同波长的光连续地照射到一定浓度的样品溶液上时，便可得到与不同波长相对应的光吸收强度称之为消光度4。并用分光光度仪测得原浸取液的消光度后，代入以下公式：其中k为硅标准曲线斜率。e为测定的消光值。g为取样毫升数。通过测量在添

34、加沉淀剂前后的吸光度和配置标准溶液绘制标准曲线所得的斜率可得到除硅率。图2-1 具体操作为：准确移取1、2、3、4、5、6、标准溶液分别置于一组100 ml容量瓶中，并预留空白对照组。分别在每组中加入4 ml h2（so）4（1:9）用水稀释，然后加入6ml浓度为50g/l（5%）钼酸铵溶液，摇晃均匀，放置20min后加入酸混合溶液（草酸-硫酸-抗坏血酸）并用去离子水稀释至刻度线后混匀，放置20min后。加入1cm比色皿，和空白试样对比，于分光光度计（特定波长为700nm）。测量其吸光度，绘制硅的标准曲线，并根据曲线计算其斜率。再取某一特定条件下的一定量的钒浸取液，于100ml容量瓶中加入4m

35、l h2（so）4（1:9）用水稀释，加入6ml浓度为50g/l（5%）钼酸铵溶液。混匀后，放置20min，然后加入草酸-硫酸-抗坏血酸混合溶液稀释至刻度线，放置20min后，用1cm比色皿，于分光光度计波长为700nm时测量其消光值为e1。再加入沉淀剂后，取等量加入沉淀剂沉淀后的浸出液，重复上述操作测量出其消光值为e2。则除硅率为e2/ e1。重复实验即可得出每组试验的除硅率。2.2.2 浸取液中钒的测定表2-1 实验试剂试剂名称规格n-苯基邻氨基苯钾酸分析纯重铬酸钾优级纯硫酸亚铁铵分析纯高锰酸钾分析纯亚硝酸钠分析纯去离子水本实验采用含钒页岩作为原选矿，对矿物进行破碎、研磨、造球等预处理后入

36、炉，在马弗炉中温度1000下条件下进行恒温氧化焙烧，焙烧所得产物，再破碎，研磨后进行碱性浸出后得到用于除杂的浸出液，其中v2o5浓度为 6.650 g/l;含sio2浓度为 5.971g/l。浸出液放入塑料瓶内妥善保存备用，防止在玻璃瓶中的硅元素影响原浸出液的硅元素含量。本实验采用高锰酸钾氧化硫酸亚铁铵滴定法(gb 7315187):其反应式为：v2o5+2feso4+3h2so4fe2(so4)3+2voso4+3h2o将精确浓度的标准溶液加入到测量的溶液中，滴加到被测的溶液中，直到按照化学计量关系测量标准溶液和测量物质，直到达到定量反应，定量反应为止，在本实验中表现为，滴加钒指示剂后溶液由

37、紫色变为亮绿色，然后测量标准溶液所消耗的体积，根据已知标准溶液的浓度和滴定时所消耗的标准溶液体积，推算出待测溶液中特定成分含量，这种定量分析的方法称为滴定分析法，它是一种简便、快速并且在化学实验中应用广泛的定量分析方法，在排除人为误差的情况下，滴定法在常量分析实验中具有较高的精准度5。本实验采用高锰酸钾-硫酸亚铁铵作为滴定溶液，以不同条件下的钒浸出液作为被测溶液，记录数据并带入以下公式：其中为溶液中五氧化二钒浓度，单位g/l。为硫酸亚铁铵标准溶液的滴定度，单位g/l。为滴定消耗的硫酸亚铁铵标准溶液的体积，单位ml。为取样体积。可获得原溶液中五氧化二钒的浓度，再以同样方法即可测的加入沉淀剂后的五

38、氧化二钒的浓度，可以得到加入沉淀剂后钒的损失率。在控制变量的条件下做多组实验，对比结果即可得到钒损失量相对较小，除硅效果相对较好的一组实验条件。具体操作为：称取0.1gn-苯基邻氨基苯钾酸和0.1g碳酸钠加热溶于100ml水中。称取于150烘过3小时0.1180g的重铬酸钾（优级纯）溶于适量的水中，移入1000ml容量瓶中，并加水稀释至刻度，混合均匀以备用。准确称取分析纯硫酸亚铁铵1.087g，溶于1000ml 2.5%硫酸中。称取高锰酸钾1.25g溶于50ml水中，移入100ml 棕色滴定瓶。称取亚硝酸钠0.5g溶于50ml水中，移入100ml 棕色滴定瓶。（高锰酸钾溶液，亚硝酸钠溶液很容易

39、在光照下分解，应保存在棕色滴定瓶中）。称取5g硫酸亚铁铵溶解于20ml的硫酸（1：20）中，移入100ml容量瓶中，并用硫酸（1：20）稀释至刻度线，并混和均匀（现用现配）。在测定中需要进行标定，标定方法如下：准确吸取20ml的重铬酸钾标准浓度溶液，加入5ml磷酸溶液。及浓度为50%硫酸50ml，用水稀释至200ml，并用硫酸亚铁铵溶液滴至溶液呈淡黄色，再滴加n-苯基邻氨基苯钾酸指示剂2滴，继续滴定至红紫色变为亮绿色，即为滴定终点。计算滴定度。滴定度计算公式：t=cvv1其中：t为硫酸亚铁铵的标准溶液用量相对于待测溶液中五氧化二钒的量，单位为mg/ml。c为五氧化二钒标准溶液的浓度，单位为mg

40、ml。v为吸取五氧化二钒标准溶液的体积，单位为ml。v1为滴定五氧化二钒标准溶液消耗硫酸亚铁铵标准溶液滴定的平均体积，单位为ml。准确吸取一定量标准溶液，放置于250ml锥形瓶中，向锥形瓶中加入20ml水，然后20ml体积浓度为50%的稀硫酸和2.5ml的浓磷酸。滴加4%的硫酸亚铁铵至溶液呈淡蓝色，摇匀以水冷却至室温，然后滴加浓度为2.5%高锰酸钾溶液至试液呈红色且三分钟内不褪色，再向其中多加入12滴2.5%高锰酸钾溶液，然后加入20ml浓度为 10%的尿素，滴加浓度为1%亚硝酸钠至溶液中的红色恰好完全消失后再过量3滴，充分摇晃后放置1min，向其中加入钒指示剂23滴，用硫酸亚铁铵标准溶液滴定

41、至溶液由紫色变为亮绿色即为滴定反应终点。记录反应消耗的标准液，并计算溶液中钒的含量。温度，ph值测定：本实验采用恒温水浴加热炉测定溶液温度，恒温水浴锅广泛应用于干燥，浓缩，蒸馏，浸泡化学试剂，浸泡药品和生物制剂，也可用于水浴恒温加热和其他温度试验，是生物，遗传，病毒，水产，环保，医药，卫生，生化实验室，分析室教育科研的必备工具6，并拥有以下几个优点：1.恒温水浴加热炉工作室的水箱材料为不锈钢，有优秀的耐腐蚀性能。2.对温度的控置十分准确，方便研究易于观察，还可以自动调节温度，无需对其手动加热。3.操作简答，安全。采用恒温水浴加热炉改变浸出液温度，并且以确保温度准确，不会因为停止加热，导致实验误

42、差。本实验采用酸度计测量溶液的ph值:是一种化学实验中常用的仪器设备，主要用于精确测量液体介质的ph值，测量浸出液的ph值。本实验需要多次测量溶液的ph值，用酸度计多次测量以尽可能消除人为误差。2.2.3 浸出液的除硅处理提取200毫升的上述溶液，放在恒温水浴箱中，充分搅拌均匀，并慢慢的向浸出液中加入沉淀剂，完全反应以后，放置一段时间，然后过滤并滴定，然后从中去除部分过滤液进行钒、硅元素的测定，使用的方法和前面两小节所用的方法相同。第三章 结果讨论3.1 沉淀剂对除硅率和钒损失率的影响 在上述的实验中，我们分析了ca盐、mg盐、ba盐、al盐及paas等对硅的去除效果，当实验条件为碱性、恒温箱

43、的温度大约为60摄氏度的环境时，向溶液中加入上述准备好的除硅溶剂，充分反应后，放置大约1小时，可以得出除硅的效果，结果见图3-1。图3-1 不同沉淀剂对去除钒液中硅及钒损失影响从上面的图中，我们能够得出，所用的各种除硅剂中，al盐所达到的效果最佳，溶液中的沉淀物几乎消失殆尽，除硅率超过了96%。其他的除硅溶剂除硅的效果从高到低依次为mg盐、ca盐、ba盐、paas。从反应物的耗费量来讲，上述的各个反应中，利用al盐钒的消耗量最低，此外其对去除溶液中的磷也就有良好的效果。从效果来看，ba盐效果不是非常的好，大概是因为该反应的性质率属于吸热反应，所产生的生成物自身不稳定而会出现水解，从而造成除硅的

44、效率偏低。通盘对反应物的耗费量及最终的效果，本文认为al盐的效果最好。3.2 ph值对浸出率和钒损失率的影响在酸碱度不同的环境下，硅存在的状态也是不一样的。在ph值小于7的溶液中，sio32-会构成不同结构的h2sio3并且其队可以缩合为不同微细颗粒9，在ph值大于7的溶液，其通常是以nasio3的形式存在11，并且硅酸凝胶的生成快慢与反应条件的酸碱度有很大的联系。在温度为60摄氏度，si与al盐的摩尔比值为的反应条件下，将反应环境的酸碱度进行改变，充分反应以后，放置约1小时，能够得出不同的酸碱值对除硅效果的干扰情况，见图3-2。图3-2 ph值对除硅及钒损失率的影响从上图能够得出，在除硅反应

45、中，除硅的效率会因为酸碱度的改变呈现出先变大后变小的趋势。溶液酸碱度的增大，其硅聚合的速度不断的提升。当酸碱度为9时，反应除硅的效率达到最佳状态，硅酸的聚合物也达到了最多。此是因为在该反应条件下，na2sio3会发生水解反应生成h2sio3，其中一部分h2sio3与naalo2产生化学反应产生 na(alo2)(sio2)，剩下的部分则附着在该生成物的表面。当反应环境酸碱度继续增加时，除硅的效率逐渐降低，大概是由于该盐发生了水解反应生成了一些沉淀，使得其表面积减少，从而使附着能力降低，进而干扰硅的沉积快慢。与此同时，通过上述的化学实验，我们也能够得出，在ph值小于7的环境下，硅极易产生很小絮状

46、沉积物，且非常难以滤除。当其值不断减少时，钒也开始产生沉积。当反应溶液的酸碱值在6.5至9之间时，反应物中的钒通常与离子的方式存于溶液中11，该钒酸根离子会产生水合程度不相同的晶体，造成该元素析出而大量损失。按照实验所得的结果显示，本化学实验应该选择酸碱度为9的条件下开展。 铝盐用量对钒损失率的影响2.3在 ph 值为 9、水浴温度为 60 条件下，改变铝盐用量（与硅摩尔比），反应 1.5 h，静置时间 1 h，考察铝盐用量对除硅效果的影响，结果见图3-3。图3-3 沉淀剂用量对除硅及钒损失率的影响 从上面的图形可以得出，当反应所使用的al盐量比较少的时候，反应除硅的效率将会有所下降。当反应物

47、的量不断增加时，某些h2sio3与naalo2产生化学反应产生 na(alo2)(sio2)，絮凝剂效果不断增加，硅构成的大颗粒能够较好的与钒液分离开来，当反应物的使用量的比重为1:1.5时，反应除硅的效率达到最佳值，能够全部沉积下来。达到这个最佳状态以后，假设还不断地增加al盐的使用量，反应除硅的效率基本保持不变，但是钒损耗会不断的增加。这是因为在弱碱环境下，由于al盐量的不断增加，反应中的某些al会产生反应生成al(oh) n-，其拥有强烈的吸附作用，使钒大量的附着在其表面，从而造成钒的损失量不断增大。3.4 反应时间对除硅的影响：硅2.4在ph值为 9、水浴温度为 60 、铝盐与硅摩尔比

48、 1.51的条件下，改变反应时间，静置时间 1 h，考察反应时间对除硅效果的影响，结果见图3-4。图3-4 反应时间对除硅及钒损失率的影响从上面的图形能够得出，随着反应进程的不断向前推移，除硅的效果不断的提升，当反应历程经历了月1.5小时，反应基本保持了稳定。此时因为在该反应条件下，si通常是以h2sio3的形式存在，经过一段时间si以sio2凝胶的方式沉淀下来。随着反应进程的不断向前推移，钒损失量也会逐渐的减低，并最终趋近于稳定。此是因为反应开始铝盐的加入使部分钒析出，随温度逐步升高，钒又开始溶解。3.5 温度对钒损失率的影响1的条件下，改变温度，反应时间1.5 h，静置时间1 h，考察温度

49、对除硅和钒损失的影响，结果见图3-5。图3-5 温度对除硅及钒损失率的影响从图3-5可看出，反应会因为温度的提升，除硅的效率不断的提升。此是因为温度的增加，会促进h2sio3不断的朝着高聚合方向发展，造成某些没有被水解的nasio3发生水解反应，并且在温度较高的条件下，硅胶的胶体性质不复存在，从而使得硅的沉积速度不断的加快。然而过度高的温度则会造成絮凝剂的集合度大幅度降低。此外，温度的变化也会对钒的损失量有很大的影响，由于温度的增加，凝胶吸附钒的能力降低，造成钒的损失量减少。实验表明，当温度在60到70摄氏度左右时，反应除硅的效率都比较好，且在温度60摄氏度时，钒的损失量最低，因此，实验中我们

50、选取的反应温度为60度。3.6 静置时间对钒损失率的影响在ph 值为 9、水浴温度为60 1、反应时间为 1.5 h 的条件下，考察静置时间对除硅过程及钒损失的影响，结果见图3-6。图3-6 静置时间对除硅及钒损失率的影响由图3-6可见，随着静置时间延长，溶液逐步由浑浊变得澄清，沉淀显著增多，当静置时间达到 60 min 后除硅率基本保持不变，钒损失也逐步趋于平衡。故静置时间选择 60 min。第四章 结 论本实验采用also4作为沉淀剂除去含钒页岩浸取液中的杂质硅，结果表明镁盐除硅效果并不十分理想，虽然除硅率达到93.2%，但是却造成一部分钒和杂质硅胶体共同沉淀出来，造成不必要的钒资源浪费。

51、1.在弱碱性条件下，当ph为9时，溶液中的硅以sio23-形式存在，而sio23-能形成各种不同结构的硅酸，与镁盐中的mg2+形成硅酸镁沉淀，以达到除硅的更好效果，硅酸胶体沉淀会夹带部分钒，是钒的主要损失形式。2.当镁盐的用量较少时，溶液中杂质硅不能完全除去，除硅率相对较低，随着沉淀剂用量的增加，除硅率也随之增加，当加入比理论量适当过量的沉淀剂时，除硅率达到最大。镁硅比选为：1。3.而反应时间和静置时间达到一定值时浸出率和钒损失率基本不再变化，当反应进行到30min时，沉淀基本反应完成，继续延长时间并无更好效果。4.温度升高，有利于溶液中产生更多sio23-与镁盐形成mgsio2沉淀，增加除硅率，而温度过高时失去胶体性质，所以当温度达到70，能将杂质硅基本除去，钒损失率相对较小。综上所述在弱碱性条件下、ph为9时，镁与硅比为时，温度70时，除硅率最大达到93.2%，而此时钒的损失率却达到8.2%，而反应时间和静置时间达到一定值时浸出率和钒损失率基本不再变化，既反应达到完全后对实验影响可忽略不计。用硫酸镁除去钒浸取液中硅的实验中，用镁盐除硅的反