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钒浸出液的浓度较低、且杂质多,若直接沉钒,沉钒不完全、沉淀剂用量大、生产成本高,且产品质量无法得到保障,需要先对浸出液进行分离富集。分离富集的工艺主要有萃取和离子交换两种,由于离子交换法具有简化生产流程、改善工作环境、减少试剂消耗、降低生产成本、提高钒的回收率等优点,目前已被广泛运用于石煤提钒。实验对离子交换树脂的吸附性能和机理进行了研究,并对石煤浸出液中的钒进行分离富集。研究内容及结果如下: 通过对7种树脂的吸附量和吸附速率进行比较,筛选出SQD201树脂作为吸附材料,采用静态和动态法对其吸附、解吸行为进行研究。静态实验中,主要考察了pH值、温度、初始浓度、树脂粒径等因素对钒吸附的影响及解吸剂种类、解吸剂浓度、解吸温度等因素对钒解吸的影响;动态实验中,考察了温度和流速对吸附解吸效果的影响。从热力学和动力学方面对SQD201树脂吸附钒的过程进行了分析,通过红外光谱对吸附机理进行了解释,并用离子交换法对石煤浸出液中的钒进行分离富集研究。 (1)静态实验结果表明:在初始浓度为0.040mol/L、T=298K、pH=2.0条件下,吸附50h后,吸附趋于平衡状态,SQD201树脂的静态饱和吸附量为573.80mg/g。采用NaOH、NaCl、NaOH+NaCl三种解吸剂进行解吸,解吸能力依次为:NaOH>NaOH+NaCl>NaCl。NaOH的浓度越高,解吸效果越好,用1mol/L的NaOH解吸30min,解吸率达98％以上,1h基本可以完全解吸。 动态吸附解吸实验考察了温度和流速对吸附解吸效果的影响,结果表明低流速和较高温度有利于树脂对钒的吸附和解吸。动态吸附的适宜条件为:流速≤2BV/h,温度为298K左右。动态解吸时用1mol/L的氢氧化钠溶液做解吸剂,流速控制在2-3BV/h之间,能将SQD201树脂上的钒基本完全解吸。 (2)热力学研究表明,钒的吸附行为可以用Langmuir和Freundlich等温吸附方程描述,相关系数分别为0.9969和0.9722。SQD201树脂对钒的吸附过程是自发过程(?G<0),熵变为正值(ΔS>0)。SQD201树脂对钒的吸附是吸热过程(?H>0)。动力学研究表明,吸附-解吸过程主要受颗粒扩散控制,反应级数为1.2,吸附表观活化能20.41kJ/mol,解吸表观活化能22.21kJ/mol。 红外分析结果表明,pH=2.0时,钒以H2V10O284-形式存在,吸附过程中H2V10O284-与树脂的理论摩尔比为1:4。 (3)石煤浸出液的分离富集结果表明,在料液浓度2.567g/L,流速2BV/h,温度298K条件下,树脂吸附量达358mg/g,钒的吸附率99.2%;饱和树脂采用1mol/L氢氧化钠溶液洗脱,洗脱液钒浓度达32g/L以上,解吸率达98.9%。洗脱液通过沉钒、煅烧得五氧化二钒产品,产品纯度为98.8%,达国家冶金标准。