中合匯萃講述 N263對釩的萃取性能及濕法提釩新工藝的研究
摘要：本文研究了以N263為主萃劑配制的萃取劑對五價釩的萃取效果，萃取率和反萃率均達到了97%以上；同時研究了Cl-和Cr6+對萃取效果的影響，制定了萃取五價釩的工藝流程。按本工藝流程制得的V2O5純度可達到99%以上，可做為實驗試劑出售。
關鍵詞： N263 萃取 釩 工藝
1 引言
近二十多年來，在萃取法提釩方面曾試驗過多種萃取劑。其中以胺類萃取劑取得較大的進展，國內外都有一定的報導。其中，Coleman[1]曾綜述過這方面的早期工作。南斯拉夫的Deleon[2]也進行了用季胺型萃取劑Aliquat-336回收鋁礬土中釩的試驗。
在水溶液中，釩的賦存狀態是極其復雜的[3,4]，它隨溶液的PH和釩濃度的變化而變化，其賦存狀態可達十余種，因而釩的萃取過程也較復雜。季胺型萃取劑萃取釩的工藝尚無文獻記載。
從釩礦中提取釩普遍采取的鈉鹽焙燒—水浸—酸沉淀—堿溶—銨鹽沉淀—偏釩酸銨熱解工藝流程，因存在氯化氫、氯氣等有毒氣體的污染、總回收率低等問題。各地采取該技術的一些小企業迫于環境部門的壓力紛紛停產。采用直接硫酸浸出工藝，可克服以上缺點，但五氧化二釩回收率增大的同時，雜質含量也增加；若直接對浸出液沉釩，則沉淀率只有80%～90%，而且沉淀物中雜質含量很高，給凈化和沉釩帶來了極大的麻煩；若對酸浸液調整 pH值分別除去雜質后再沉釩，則凈化過程復雜、試劑加入量大，且五氧化二釩損失大，最多高15%。
針對上述問題，本文采用季胺鹽N263（氯化甲基三烷基銨）對中性浸出液中五價釩的萃取性能及濕法提釩的新工藝做了研究。
2 萃取原理及工藝流程
釩酸鹽水溶液中釩的賦存狀態很復雜，當N263與含釩溶液接觸時，含釩陰離子與N263中氯離子發生交換，生成可萃合物進人有機相。其反應如下列各式所示：
根據N263的萃釩原理，本實驗的萃取流程如下所示：
3 實驗
3.1 實驗儀器與試劑
N263（氯化三烷基甲基胺[CH3-N-(C8-10H17-21)3]+Cl-），中國科學院上海有機化學研究所試驗廠生產；260＃油；仲辛醇，工業品；NH4Cl；25%氨水。
3.2 實驗步驟及方法
1. 萃?。簩⒁?/span>N263為主配置的萃取劑（15%N263+5%仲辛醇+80%260＃油）與釩的中性浸出液按一定比例置于燒杯中，用攪拌器攪拌15min。在分液漏斗中放置2min后，將有機相和水相分離。
2. 反萃：用NH4Cl和NH3.H2按一定比例（1%氨水+10% NH4Cl）配置成反萃劑，與萃取有機相混合后攪拌15min。在分液漏斗中分相。在此過程中已形成偏釩酸銨NH4VO3沉淀。
3. V2O5的制備：沉釩后的溶液進行過濾。濾出的沉淀焙燒550℃，時間120min。濾液重新進行反萃。
4. V2O5純度測定：形成的NH4VO3沉淀用1%的氨水洗后，經400～550℃焙燒，冷卻到室溫，測定V2O5的純度。
5. Cl-、Cr6+、V2O5的濃度檢驗。
4 結果與討論
4.1 萃取實驗
表1 V5+萃取實驗結果
原液中V2O5的含量（g/l） | 5.07 | |
平衡有機相中V2O5的含量（g/l） | 1 | 7.42 |
2 | 0.41 | |
3 | 0.15 | |
萃余水相中V2O5的含量（g/l） | 0.12 | |
萃取率% | 97.63 | |
反萃后有機相中V2O5的含量（g/l） | 1 | 0.03 |
2 | 0.02 | |
3 | 0.03 | |
反萃率% | 98.18 | |
此次實驗采取錯流萃取方式，具體操作為：將水相和有機相以O/A=1/2的比例混合，攪拌15min后在分液漏斗中分相，有機相作V2O5的含量分析后留待備用，水相與新的萃取劑混合繼續萃取，如此三次。反萃過程與萃取過程相同，將三次萃取后的有機相混合后以O/A=2/1的比例與反萃劑混合、攪拌，具體過程和萃取相同。實驗結果如表1所示，萃取率達到了97.63%、反萃率達到98.18%，在反萃的過程中，會產生NH4VO3沉淀并全部進人水相，有的附著于器壁，但不污染有機相。NH4VO3為顆粒狀，很易于過濾。濾液中銨鹽的濃度仍較高，經適當補充銨鹽和氨后，可循環使用。
4.2 干擾實驗
由N263對釩的萃取機理可知，含釩陰離子與N263中氯離子發生交換形成萃合物進入有機相完成萃取過程，如果水相中Cl-的濃度過高，使反應平衡向左移動從而影響萃取效果；同時，在釩的浸出液中還有少量的Cr6+，N263在萃取V5+的同時也萃Cr6+，因此，鉻的影響也不得不考慮。
4.2.1 Cl-對萃取過程的影響
在釩的浸出液中加入NaCl，用萃取劑按萃取實驗步驟進行萃取并測定萃取率，得到Cl-含量對V5+的萃取率影響圖，如圖1所示。從圖1可以看出，隨著浸出液中Cl-含量增加，釩的萃取率幾乎直線下降，當Cl-的濃度達到91.03g/l（NaCl含量達到15%）時，釩的萃取率已經下降到了6.31%?？梢?/span>Cl-的存在對萃取率的影響很大，Cl-的濃度最好不要超過20g/l，否則將會影響萃取
圖1 Cl-濃度對N263的萃取率影響圖
4.2.2 Cr6+對N263萃釩的影響
由表3可知，釩的浸出液中鉻的含量為0.985g/l，N263對鉻的萃取率為93.4%，但反萃率為零，因此可以保證制得的五氧化二釩的純度，但同時Cr6+在N263中也會富集，最終導致萃取劑萃取效果的降低。所以，萃取劑在使用一段時間后需要集中進行對鉻的處理。
表2 N263對Cr6+的萃取結果
原液中的Cr6+含量（g/l） | 1 | 0.99 | 平均 | 0.985 |
2 | 0.98 | |||
萃釩后Cr6+的含量（g/l） | 1 | 0.07 | 平均 | 0.065 |
2 | 0.06 |
4.3 V2O5的純度測定
按實驗步驟5將偏釩酸銨燒制成V2O5后，經檢測V2O5的純度測定結果如表3所示，V2O5的純度在98%以上。
表3 V2O5的純度測定結果
實驗序號 | V2O5% |
1 | 99.01 |
2 | 100.25 |
3 | 99.47 |
4 | 99.20 |
5 | 99.90 |
5 結論
通過此次實驗，可得出如下結論：
1． 以N263為主萃劑所配置的萃取劑對V5+的萃取萃取率達到97%，反萃率達到98%，萃取效果良好。
2． Cl-對N263的萃取效果有很大的影響，因此，在礦的浸出過程中應避免Cl-的濃度過高。同時，浸出液中Cr6+的存在雖不會影響V2O5的純度，但長時間使用會影響N263的萃取率，所以在使用一段時間后應進行集中處理。
3． 此工藝流程所得的V2O5純度高，質量好，可做為實驗試劑使用。
參考文獻
[1] C.F.Coleman, USAEC ORNL-3516(1962)
[2] A. Deleon, proceeding of second Interenational Sympodium of ICSOBA, Vol. 3, 1971, 359.
[3] R.J.H.CLARK.Comprehensive Inorganic Chemistry, Vol. 3, P519, Rergamon Press, 1973.
[4] 陳厚生，化工百科全書，第四卷，釩化合物。北京化學出版社，1933.
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