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从锅炉的灰渣利用的选择性浸出钒钠Carbonate-Bicarbonate二进制的解决方案

*通信:

El-Sayed一ManaaDeptartment化学、大学Turabah KSA,塔伊夫大学电话:12 + 966 727 2020;电子邮件: (电子邮件保护)

文摘

目前的工作目标是优化高效、经济和环境热液浸出钒方法使用碳酸钠和碳酸氢钠的混合物从锅炉灰渣的解决方案。为此,许多因素包括液/固相比,浸出温度、浸出时间、氧化剂添加和百分比和灰细度进行了研究和优化。从结果,得出最大钒浸出(84.3%)实现从磨灰(74μm)使用carbonate-bicarbonate二进制解决方案在液体/灰比20/1 KMnO4作为氧化剂的存在。然后获得的浸出液进行pH值调整为5 - 6。这是紧随其后的是氯化铵(NH4Cl)下加热(40°C)和激动人心的选择性降水淋溶钒物种meta-metavanadate铵(NH4VO3)。沉淀是在100°C,然后烤干750°C获得V2O5氧化物。

关键字

钒;热液浸出;锅炉灰;碳酸盐岩;Bi-carbonate

介绍

钒金属和氧化物在很多应用中都是非常重要的特别是在钢合金,航空航天应用,陶瓷和玻璃除了作为催化剂在化学工业(1]。在核应用程序中,短半衰期,良好的中子俘获,低诱导激活,高强度在高温,优越的延性低气温除了抗辐照损伤使钒合金(V-Ti-Cr)一个很好的材料内部结构的聚变反应堆除了在净化铀2]。自然存在于钒钒钾铀矿(K₂(UO₂)2(签证官₄)₂h·3₂O)、钒铅矿(Pb₅(签证官₄)₃Cl)和绿硫钒石(VS₄)矿石除钒磁铁矿矿石,但钒恢复从这些矿石不是有效的前使用。因此,石油骨灰作为额外的钒资源感兴趣(3- - - - - -5]。

石油的骨灰被从燃烧原油产生的残留物燃料电厂(每年数百万吨生成),但少量的这些灰烬重用(6]。化学火山灰是由两个主要部分;第一个有机部分包括硫酸盐、氮含量除了燃烧的碳化合物,另一种是无机部分包含重金属特别是钒、镍、硅和铁除铝、镁、锌、钠物种(7]。钒含量石油骨灰范围从2.5%到30%根据石油起源和火山灰消费条件。钒的恢复从石油骨灰自1960年以来一直受到关注的不仅是一个经济问题(金属复苏),但也从环境对人类而言,水和土壤8- - - - - -10]。

为这些目的许多技术应用钒浸出从灰烬,但常见的方法是湿法冶金术(酸性,碱性)和pyro-hydrometallurgy(烤)过程11- - - - - -19]。中最应用这些方法酸浸、碱浸出和酸/碱焙烧后或水浸出18]。通常,湿法冶金的过程比pyro-hydrometallurgy包括一些好处;低成本要求和空气污染释放(20.,21]。湿法冶金的过程;尽管比碱性即酸性的方法有很多优势;较高的金属回收率,简单的和低成本,但这些方法消耗高酸,需要抗酸设备除了生产高浪费。与酸性方法相比,碱解有很多优势,包括;高选择性、直接降水淋溶金属直接废物排放22,23]。根据浸出介质性质和溶液pH值、钒物种现在Pourbaix图演示了图1(24- - - - - -26]。这项工作的主要目标是优化环境和有效的程序从锅炉灰渣热液浸出钒的内容使用二进制carbonate-bicarbonate解决方案,这个过程是紧随其后的是钒的沉淀了酒的解决方案。

材料和方法

灰样品规格

锅炉灰是一个通用术语产生燃烧石油产品后产生热能发电站。落的灰底灰是指通过气流锅炉和代表的底部约5 - 15 wt %产生灰。因此,底灰被认为是有害残留物但不到粉煤灰(27]。底灰的属性是易碎的,非晶,淡灰色的颜色在暴露于阳光和与高碳含量的比重是2.3。

分析方法

锅炉灰定量分析,研究样本(0.25 g)是消化在聚四氟乙烯热板与浓缩酸的混合物(HNO支持者₃(10毫升)+ HClO₄(5毫升)+高频(10毫升)]直到干燥,残留物被稀释的盐酸溶解(10毫升)。钒(V)决定spectrophotometrically使用2 - (2-pyridylazo) 5-diethylaminophenol 595海里(28]。铬,铬(VI)决心spectrophotometrically使用1,5-diphenyl-carbazide染料在540纳米29日]。执行分析使用比色使用钛钛试剂(disodium-1 2-dihydroxybenzene 3, 5-disulfonate)作为络合剂在430海里。铁为铁^{+ 3}、钙^{2 +}和毫克^{2 +}物种确定使用磺基水杨酸对EDTA滴定盟友解决方案,分别骨螺紫和羊毛铬黑T指标。硅和铝氧化物测定研究了灰,加权样本(0.1 g)是融化与氢氧化钠(2 g)镍坩埚熔融蛋糕使用稀释盐酸溶解(10%)然后用蒸馏水完成。钼酸和茜素试剂用于二氧化硅和氧化铝决心spectrophotometrically分别为630和475海里(30.]。进行比色测量使用Unicam uv2 - 100分光光度计。旁边的钒测量微量离子浸出实验期间强调使用Unicam 969原子吸收分光光度计。点火的全损(L.O.I)研究样本包括碳含量和含油矩阵内容由热分解评估除了水马弗炉在750°C - 850°C。

一般的浸出过程

细粉火山灰样本(74µm)与0.5米混合Na₂有限公司₃-NaHCO₃(摩尔/摩尔)混合溶液在150毫升圆Pyrex瓶配备一个回流冷凝器(Na₂有限公司₃-NaHCO₃解决方案/灰(ml / g)比率是20/1在90°C 2 h 400 rpm搅拌速度)。冷却后获得的解决方案是过滤然后进行金属分析。获得的数据表明,铁;钛、锰和镍金属离子不利用Na淋溶₂有限公司₃-NaHCO₃解决方案,提高了钒浸出高纯度的沉淀步骤。得到了类似的结果在浸出钒的灰用氢氧化钠以避免铁、镍和钛物种浸出,而小硅溶解量(19]。研究灰样本包含在目前的工作低硅含量(1.91%)所以Na₂有限公司₃-NaHCO₃钒浸出的解决方案是一个合适的选择从火山灰样本。消费的其他内容carbonate-bicarbonate硫化物、硫酸盐和有机物示例所示。在浸出过程中,电磁搅拌器酒吧沉浸在捕获的解决方案是不溶性的杂质有磁性尤其是铁采用碱浸出解决方案。

结果与讨论

锅炉灰样品一直以扫描电子显微镜(SEM)和x射线衍射分析图2和湿化学分析。微量元素的灰使用ICP方法决定的。细研究了样品研磨和筛选后受到碱性热液消化过程使用碳酸钠和bi-carbonate二进制解决方案在高锰酸钾作为氧化剂的存在。因素包括碳酸盐、bi-carbonate和氧化剂浓度、样品细度,解决方案/固相比例;消化时间和温度进行了研究和优化。

碱溶液/灰比的影响

0.5 Na的效果₂有限公司₃-NaHCO₃/灰比(ml / g)对钒浸出从火山灰样本研究从5/1到30/1,而其他条件;100°C的反应温度和150分钟消化时间0.01 KMnO的存在₄作为氧化剂。结果认为,钒的浸出效率增加从32.1到82.4%,该解决方案/灰比增加从5/1到20/1。增加解决方案/灰比25/1导致稍微钒浸出在增加(83.2%)图3。增加液体/灰比30/1有钒浸出减少(79.3%),这被认为是由于铁全国女性主管协会(SiO丝硅酸钠(₃)2)形成使钒浸出变得更糟。在这种情况下;研究碱浸出钒的高选择性进行(31日]。结果表明选择性钒比许多解散物种特殊镍和铁。一些研究表明,钒经常出现在样例减少状态和碳酸盐形成可溶性五价的钒酸(签证官_{3 -})配合物3]。一项研究使用碱性钒物种形成的解决方案,获得的数据表明,钒物种浸出后签证官_3所示。(哦)_{2 -},签证官_{3 -},V₂O_{74 -}和签证官_{43 -}(26]。有一个额外的使用carbonate-bicarbonate解决方案的优点是公司的生存能力_32位阴离子再生通过反应方程1。还有另一个优势使用碳酸溶液比酸钒浸出从样本包含碳酸镍铁和钙的物种,是钒的选择性比铁和钙物种尽管碳酸钠转换示例中的不溶性calcium-vanadate碳酸钙和释放水溶性钒酸钠物种如方程4 (32]。提议的反应出现在方程1 - 3。最大的钒解散,生成的氢氧化钠物种在方程1和2必须被删除。生成的氢氧化钠中和NaHCO₃,以防止re-precipitation溶解钒的方程5表示。

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一般来说,钒的碱性浸出矿石应该为钒氧化条件下应用完全溶解。在浸出过程中整体钒损失是由于氧化不足V (IV) V (V) (25]。钒氧化进行选择使用氧化剂高锰酸钾、氯酸钾、过氧化氢等。尽管在碱性介质氧化剂效率小于在酸性的,但一个氧化剂应该用于增强了钒浸出。高锰酸钾是一种强大的氧化剂在碱性或酸性溶液,所以现在我们使用KMnO工作₄作为氧化剂。几个实验进行的1/20 (S / L 90°C - 95°C 3 h消化时间定义的最小数量氧化剂兼容最大钒浸出效率。高锰酸钾添加量变化从0.002到0.02 m .的结果图4。很明显,KMnO₄作为氧化剂钒解散中发挥了至关重要的影响通过释放活性氧对V (IV) / 6 - 8 V (V)氧化控制方程表示。钒的浸出效率KMnO从53.2增加到82.7%₄从0到0.005 m, KMnO浓度增加₄浓度增加到0.006米,钒的提取效率提高到83.4%。相同的行为被发现在从钒钾铀矿矿石浸出铀KMnO的存在₄作为氧化剂使用碱性溶液(33]。在存在KMnO完成实现铀浸出₄强调KMnO的作用₄氧化剂在基本的媒介。在这种背景下,进行的一项研究使用KClO₃氧化剂和2% (w / w) KClO₃是完全的好选择钒浸出从石油粉煤灰利用氢氧化钠溶液(34]。

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消化温度的影响

消化的影响温度对钒浸出的研究灰使用Na样本₂有限公司₃-NaHCO₃二进制的解决方案是研究使用浸出解决方案/固体比2.5 h消化时间的20/1 0.006 KMnO的存在₄作为氧化剂在不同温度范围从30°C到100°C。的结果图5研究表明,提高温度的范围增加了钒的复苏表明,使用钠的碱性浸出钒₂有限公司₃-NaHCO₃解决方案是一个吸热反应,增加温度导致提高钒浸出效率。钒浸出的增加从30.7%到82.3%通过提高反应温度从30°C到80°C。温度上升超过80°C导致轻微的钒浸出改善在100°C (83.2%)。所以,选择最佳浸出温度为80°C。

浸出时间的影响

评估的消化时间对钒浸出的影响灰使用Na样本₂有限公司₃-NaHCO₃解决方案,进行一系列的浸出实验在不同的时间范围从5到150分钟。其他浸出条件是固定的;液体/灰比20/1 0.006 KMnO的存在₄作为氧化剂反应温度为100°C。从结果中图6。得出的结论是,随着接触时间的增加从5到105分钟钒浸出效率LD乐动体育官网分别从8.81增加到84.23%。钒浸出率持平的浸出时间达到120分钟然后浸出效率一直下降随着时间的增加,从120年到135分钟(82.1%)。因此,120分钟浸出时间充足,可以考虑作为最大的钒浸出的最佳时间。

粒子粒径的影响

一般;固体是越快越精细分裂反应(浸出效率)。研究灰粒径对钒的影响溶解使用碳酸根和碳酸氢的混合物从灰处理解决方案,浸出实验用灰粒度从105 - 44µm(140到325网格大小)进行反应时间为2 h在90°C的液体/固体比20/1 0.006 KMnO的存在₄作为氧化剂。结果在图7表明,钒的浸出效率是增加了减少样品粒度由于增加颗粒的表面积暴露于浸出解决方案,促进了碱的攻击。钒的回收效率从61.2%上升到83.1%,从105年µm 74µm粒度下降。磨削比44µm导致只有约0.85%提高钒浸出效率。因此,74µm将被视为最佳粒度。

钒降水过程

碱性浸出后的浸出液的解决方案使用碳酸钠和碳酸氢钠混合解决方案在优化条件下应用,导致解决方案主要包含钒硅、钠、镁、铝与铬的痕迹物种与浸出百分比。

钒的沉淀,得到浸出液的pH值调整pH值7使用H₂所以₄解决方案图8沉淀的淋溶物种(V仍在解决方案)。溶液的pH值调整在5 - 6,然后1 M氯化铵(NH₄在搅拌下Cl)被添加到解决方案。反应(搅拌下50°C)被设置为24 h。钒和meta-metavanadate铵(NH沉淀₄签证官₃中提供)图8 b降水百分比达到97%(计算通过测量un-precipitated钒浸出液的解决方案)。获得的红色的蛋糕中所示图8 c过滤和洗涤后用蒸馏水在100°C 24 h和干烤在750°C获得黑颜色的氧化钒图8 d。剩下的滤液除了获得金属氧化物进行了分析内容。

结论

在目前的修改方法是调查工作的钒浸出油锅炉灰使用carbonate-bicarbonate二进制混合解决方案。获得最大的钒浸出(84.3%)使用浸出解决方案在固/液相比1/20在80°C (g / ml)浸出温度为2 h消化时间KMnO的存在₄氧化剂的最佳条件。然后获得酒的解决方案是受到使用氯化铵(NH钒复苏₄在微酸性溶液(Cl) pH值;6)沉淀钒meta-metavanadate铵(NH₄签证官₃)。然后干得到沉淀在100°C和点燃在750°C获得五氧化二钒(V₂O₅)残留。

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