中合汇萃讲述N263对钒的萃取性能及湿法提钒新工艺的研究

中合汇萃讲述 N263对钒的萃取性能及湿法提钒新工艺的研究 

摘要：本文研究了以N263为主萃剂配制的萃取剂对五价钒的萃取效果，萃取率和反萃率均达到了97%以上；同时研究了Cl^-和Cr⁶⁺对萃取效果的影响，制定了萃取五价钒的工艺流程。按本工艺流程制得的V₂O₅纯度可达到99%以上，可做为实验试剂出售。

关键词： N263  萃取   钒   工艺

1  引言 

近二十多年来，在萃取法提钒方面曾试验过多种萃取剂。其中以胺类萃取剂取得较大的进展，国内外都有一定的报导。其中，Coleman^[1]曾综述过这方面的早期工作。南斯拉夫的Deleon^[2]也进行了用季胺型萃取剂Aliquat-336回收铝矾土中钒的试验。

在水溶液中，钒的赋存状态是极其复杂的^[3,4]，它随溶液的PH和钒浓度的变化而变化，其赋存状态可达十余种，因而钒的萃取过程也较复杂。季胺型萃取剂萃取钒的工艺尚无文献记载。

     从钒矿中提取钒普遍采取的钠盐焙烧—水浸—酸沉淀—碱溶—铵盐沉淀—偏钒酸铵热解工艺流程，因存在氯化氢、氯气等有毒气体的污染、总回收率低等问题。各地采取该技术的一些小企业迫于环境部门的压力纷纷停产。采用直接硫酸浸出工艺，可克服以上缺点，但五氧化二钒回收率增大的同时，杂质含量也增加；若直接对浸出液沉钒，则沉淀率只有80%～90%，而且沉淀物中杂质含量很高，给净化和沉钒带来了极大的麻烦；若对酸浸液调整 pH值分别除去杂质后再沉钒，则净化过程复杂、试剂加入量大，且五氧化二钒损失大，最多高15%。

     针对上述问题，本文采用季胺盐N263（氯化甲基三烷基铵）对中性浸出液中五价钒的萃取性能及湿法提钒的新工艺做了研究。

2 萃取原理及工艺流程

钒酸盐水溶液中钒的赋存状态很复杂，当N263与含钒溶液接触时，含钒阴离子与N263中氯离子发生交换，生成可萃合物进人有机相。其反应如下列各式所示：

根据N263的萃钒原理，本实验的萃取流程如下所示：

3 实验

3.1 实验仪器与试剂

 N263（氯化三烷基甲基胺[CH₃-N-(C_8-10H_17-21)₃]⁺Cl^-），中国科学院上海有机化学研究所试验厂生产；260^＃油；仲辛醇，工业品；NH₄Cl；25%氨水。

3.2 实验步骤及方法

1. 萃取：将以N263为主配置的萃取剂（15%N263+5%仲辛醇+80%260^＃油）与钒的中性浸出液按一定比例置于烧杯中，用搅拌器搅拌15min。在分液漏斗中放置2min后，将有机相和水相分离。

2. 反萃：用NH₄Cl和NH₃.H₂按一定比例（1%氨水+10% NH₄Cl）配置成反萃剂，与萃取有机相混合后搅拌15min。在分液漏斗中分相。在此过程中已形成偏钒酸铵NH₄VO₃沉淀。

3. V₂O₅的制备：沉钒后的溶液进行过滤。滤出的沉淀焙烧550℃，时间120min。滤液重新进行反萃。

4. V₂O₅纯度测定：形成的NH₄VO₃沉淀用1%的氨水洗后，经400～550℃焙烧，冷却到室温，测定V₂O₅的纯度。

5. Cl^-、Cr⁶⁺、V₂O₅的浓度检验。

4 结果与讨论

4.1 萃取实验

表1   V⁵⁺萃取实验结果

此次实验采取错流萃取方式，具体操作为：将水相和有机相以O/A=1/2的比例混合，搅拌15min后在分液漏斗中分相，有机相作V₂O₅的含量分析后留待备用，水相与新的萃取剂混合继续萃取，如此三次。反萃过程与萃取过程相同，将三次萃取后的有机相混合后以O/A=2/1的比例与反萃剂混合、搅拌，具体过程和萃取相同。实验结果如表1所示，萃取率达到了97.63%、反萃率达到98.18%，在反萃的过程中，会产生NH₄VO₃沉淀并全部进人水相，有的附着于器壁，但不污染有机相。NH₄VO₃为颗粒状，很易于过滤。滤液中铵盐的浓度仍较高，经适当补充铵盐和氨后，可循环使用。

4.2 干扰实验

由N263对钒的萃取机理可知，含钒阴离子与N263中氯离子发生交换形成萃合物进入有机相完成萃取过程，如果水相中Cl^-的浓度过高，使反应平衡向左移动从而影响萃取效果；同时，在钒的浸出液中还有少量的Cr⁶⁺，N263在萃取V⁵⁺的同时也萃Cr⁶⁺，因此，铬的影响也不得不考虑。

4.2.1 Cl^-对萃取过程的影响

在钒的浸出液中加入NaCl，用萃取剂按萃取实验步骤进行萃取并测定萃取率，得到Cl^-含量对V⁵⁺的萃取率影响图，如图1所示。从图1可以看出，随着浸出液中Cl^-含量增加，钒的萃取率几乎直线下降，当Cl^-的浓度达到91.03g/l（NaCl含量达到15%）时，钒的萃取率已经下降到了6.31%。可见Cl^-的存在对萃取率的影响很大，Cl^-的浓度最好不要超过20g/l，否则将会影响萃取

图1 Cl-浓度对N263的萃取率影响图

4.2.2 Cr⁶⁺对N263萃钒的影响

由表3可知，钒的浸出液中铬的含量为0.985g/l，N263对铬的萃取率为93.4%，但反萃率为零，因此可以保证制得的五氧化二钒的纯度，但同时Cr⁶⁺在N263中也会富集，最终导致萃取剂萃取效果的降低。所以，萃取剂在使用一段时间后需要集中进行对铬的处理。

 表2  N263对Cr⁶⁺的萃取结果

4.3 V₂O₅的纯度测定

    按实验步骤5将偏钒酸铵烧制成V₂O₅后，经检测V₂O₅的纯度测定结果如表3所示，V₂O₅的纯度在98%以上。

表3  V₂O₅的纯度测定结果

5 结论

通过此次实验，可得出如下结论：

1． 以N263为主萃剂所配置的萃取剂对V⁵⁺的萃取萃取率达到97%，反萃率达到98%，萃取效果良好。

2． Cl^-对N263的萃取效果有很大的影响，因此，在矿的浸出过程中应避免Cl^-的浓度过高。同时，浸出液中Cr⁶⁺的存在虽不会影响V₂O₅的纯度，但长时间使用会影响N263的萃取率，所以在使用一段时间后应进行集中处理。

3． 此工艺流程所得的V₂O₅纯度高，质量好，可做为实验试剂使用。

参考文献

[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] 陈厚生，化工百科全书，第四卷，钒化合物。北京化学出版社，1933.

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