CN105603191B - 一种石煤提钒酸浸液降酸除杂预处理的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种石煤提钒酸浸液降酸除杂预处理的方法，是用离子交换树脂与碳材料制成复合电极板，将复合电极板置于电容去离子组件中，接通直流电源，对石煤提钒酸浸液进行降酸除杂预处理，处理后的复合电极板电极短接或反接，进行脱附过程。本发明能量消耗较少；提高预处理效率，减少了固液分离过程中沉淀夹杂的V损失，故药剂用量较少，V损失率低且除杂效果明显。本发明还具有工艺灵活的特点，既可用于石煤提钒酸浸液降酸除杂的预处理，还可用于其他高酸多杂浸出液的处理。

Description

一种石煤提钒酸浸液降酸除杂预处理的方法
技术领域
本发明属于湿法冶金提钒领域，具体涉及一种石煤提钒酸浸液降酸除杂预处理的方法。
背景技术
电容去离子技术(CDI)是近年发展起来的一种新型水处理技术，特点具有低能耗，少污染，高效率的，被广泛的运用于海水淡化，工业废水处理，工业脱盐等领域，但是在选择性除杂领域应用较少，仅有少量关于工业废水中Fe、P的选择性去除研究。公开号为CN104609518A的专利介绍了一种通过电吸附技术从工业废水中选择性去除Fe2+和/或Fe3+的方法，该方法使用掺氮钠微孔碳材料作为电吸附电极材料，通过电极吸附和脱附的过程，达到Fe2+/Fe3+和其他离子分离的目的。公开号为CN104724798A的专利介绍了一种复合材料、电极及具有该电极的装置暨一种电化学除磷的方法，该方法利用具有选择性除磷效果的双层氢氧结构负载于碳载体上，制备可选择性吸附的电极，组成电容去离子装置后对液体选择性除磷。因此将电容去离子技术运用到溶液选择性除杂具有一定可行性，但其用于石煤提钒酸浸体系的净化富集尚未有人研究。
石煤是我国特有的一种含钒资源，清洁高效的从石煤中提取钒一直是学者们的研究热点。空白焙烧-酸浸提钒工艺是石煤提钒主要工艺之一，该工艺具有浸出率高、能耗低的优势，但是，酸浸液酸度高pH低，在后续钒的萃取工艺之前要加入大量的药剂调节pH，生成的絮状沉淀固液分离困难，且分离过程中钒损失率过大；同时硫酸浸出选择性较差，强酸会导致大量杂质离子进入液体，直接影响后续钒的提取工艺，造成产品指标不达标。因此，有必要在提钒之前对石煤提钒酸浸液中的杂质离子进行去除，同时降低液体中H+浓度。现有研究中，通常通过添加NaOH，Ca(OH)2等碱性药剂调节pH，生成Al(OH)3、Fe(OH)2等白色絮状沉淀，进行固液分离；对于杂质离子的去除，多采用化学法生成不溶性物质，固液分离后分离。公开号为CN104480308A的专利介绍了一种酸性钒浸出液中除磷的方法，该方法向浸出液中加入复合除磷剂，反应液陈化后过滤得到除磷后钒浸出液，其中符合添加剂为Al2(SO4)3、MgSO4、ZnSO4、SrSO4、CaSO4中的一种和[Fe(OH)n(SO4)m]q(0.5≦n≦2，1≦m≦3，10≦q≦100000)；对酸浸液中的Al，可用结晶法形成硫酸铝钾晶体，公开号为102424914的专利介绍了一种从石煤提钒酸浸液中回收提取铝的方法，该方法在石煤硫酸浸出液中加入富钾物料除铝，使铝以硫酸铝价钒形式析出，重结晶提纯或转型后，分别提取铝和钾，达到对酸浸液中铝提取回收的目的。这些对石煤提钒酸浸液预处理的方法，药剂消耗量过大，固液分离效率低，沉淀过程中易夹带钒，造成钒损失率过大等问题，因此本发明提出一种新的电化学吸附技术，利 用CDI对石煤提钒酸浸液进行预处理，达到降酸除杂的目的。
发明内容
本发明旨在补充现有工艺缺陷，目的是提供一种能量消耗较小，药剂用量较少，钒损失率低，且除杂效果明显的石煤提钒酸浸液降酸除杂的技术，以期达到对石煤提钒酸浸液降低杂质离子含量，提高pH的降酸除杂的目的。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种石煤提钒酸浸液降酸除杂预处理的方法，是用离子交换树脂与碳材料制成复合电极板，将复合电极板置于电容去离子(CDI)组件中，接通直流电源，对石煤提钒酸浸液进行降酸除杂预处理，处理后的复合电极板电极短接或反接，进行脱附过程。
按上述方案，复合电极板是采用将碳材料与离子交换树脂按比例混合，其中碳材料：离子交换树脂质量比为1：1-1：5，加入粘结剂，充分混合后，加入溶剂充分搅拌，均匀涂覆在集电极两面并烘干，制成复合电极板。
按上述方案，所述直流电源的电压范围在0.5V-3.0V，控制石煤提钒酸浸液液体流速在5mL/min-50mL/min。
按上述方案，所述的石煤提钒酸浸液中V浓度为500mg/L～3000mg/L，杂质离子P浓度为50mg/L～1000mg/L，Al浓度为2000mg/L～10000mg/L，初始pH为0.3-1.0，降酸处理后pH为0.7-1.5。
按上述方案，碳材料包括为活性炭、碳纳米管、竹炭、石墨烯和乙炔黑中的一种或几种。
按上述方案，离子交换树脂为ZG-A-PX氢氧型阴离子粉末树脂(产于浙江杭州争光树脂有限公司)、HYSENEXTM NPW-OH氢氧型阴离子粉末树脂(产于山东东营禾成化学科技有限公司)、D201大孔径阴离子交换树脂、D314大孔径阴离子交换树脂中的一种或几种。
按上述方案，粘结剂为聚偏氟乙烯(PVDF)、聚乙烯醇(PVA)、聚四氟乙烯(PTEE)中的一种或几种。
按上述方案，溶剂为二甲基乙酰氨(DMAC)、N-甲基吡咯烷酮(NMP)、二甲基甲酰胺(DMF)中的一种或几种.
按上述方案，集电极为高纯石墨片或钛板。
由于采用上述技术方案，本发明的通电电压仅为0.5V～3.0V，电极可再生使用，故能量消耗较少；在综合处理酸浸液的过程中，用电容吸附法代替了加入药剂调节溶液pH、结晶除杂和固液分离等预处理步骤，提高预处理效率，减少了固液分离过程中沉淀夹杂的V损失，故药剂用量较少，V损失率低且除杂效果明显，其中V损失率0-5wt％，杂质P去除率 50-90wt％，Al去除率15-40wt％，主要阴离子杂质浓度降低；短接或反接施加于电极上的电压，吸附到电极材料上的P，Al不脱附，V离子脱附。
本发明还具有工艺灵活的特点，既可用于石煤提钒酸浸液降酸除杂的预处理，还可用于其他高酸多杂浸出液的处理。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步详细的说明。
实施例1：
第一步、电极制备
将3g的矿物质活性炭粉末、9g的ZG-A-PX氢氧型阴离子粉末树脂充分混匀，加入10％的粘结剂聚偏氟乙烯PVDF，36mL的溶剂二甲基乙酰氨DMAC，充分搅拌4h，涂覆在集电极纯石墨片的两面，在60℃的烘箱中烘干4h，60℃的真空干燥箱中干燥4h后，制成10×3.7cm2的复合电极板。
第二步、电容法预处理
采用CDI装置对4g/L亚硫酸钠还原后的石煤提钒酸浸液进行吸附。用该方法处理湖北某地一步法石煤提钒酸浸液，溶液体积300mL，初始pH为0.7，V浓度1115mg/L，杂质P浓度300mg/L，Al浓度6799mg/L，在测试中施加电压1.0V，液体流速25mL/min，25℃时吸附90min。
第三步、电极脱附
将复合电极板正负极短接，吸附到复合电极板上的P，Al不脱附，V离子脱附，达到V与杂质离子分离的目的。
该方法对酸浸液处理情况：pH由0.75上升至0.90，杂质P去除率为52.5％，Al去除率为15.6％，V损失率为1.9％。
实施例2：
第一步、电极制备
将3g的矿物质活性炭粉末、6g的ZG-A-PX氢氧型阴离子粉末树脂充分混匀，加入10％的粘结剂聚偏氟乙烯PVDF，27mL的溶剂二甲基乙酰氨DMAC，充分搅拌4h，涂覆在集电极纯石墨片的两面，在60℃的烘箱中烘干4h，60℃的真空干燥箱中干燥4h后，制成10×3.7cm2的复合电极片。
第二步、电容法预处理
采用CDI装置对4g/L亚硫酸钠还原后的石煤提钒酸浸液进行吸附。用该方法处理湖北某地一步法石煤提钒酸浸液，溶液体积300mL，初始pH为0.96，V浓度615mg/L，杂质P浓度89mg/L，Al浓度2734mg/L，在测试中施加电压2.0V，液体流速10mL/min，25℃时吸附90min。
第三步、电极脱附
将复合电极板正负极短接，吸附到复合电极板上的P，Al不脱附，V离子脱附，达到V与杂质离子分离的目的。该方法对酸浸液处理情况：pH由0.96上升至1.38，杂质P去除率为78.3％，Al去除率为36.1％，V损失率为0.8％。
实施例3：
第一步、电极制备
将3g的矿物质活性炭粉末、13g的ZG-A-PX氢氧型阴离子粉末树脂充分混匀，加入10％的粘结剂聚偏氟乙烯PVDF，36mL的溶剂二甲基乙酰氨DMAC，充分搅拌4h，涂覆在集电极纯石墨片的两面，在60℃的烘箱中烘干4h，60℃的真空干燥箱中干燥4h后，制成10×3.7cm2的复合电极片。
第二步、电容法预处理
采用CDI装置对石煤提钒酸浸液进行吸附。用该方法处理湖北某地一步法石煤提钒酸浸液，溶液体积300mL，初始pH为0.36，V浓度2815mg/L，杂质P浓度889mg/L，Al浓度9334mg/L，在测试中施加电压2.0V，液体流速10mL/min，25℃时吸附90min。
第三步、电极脱附
将复合电极板正负极短接，吸附到复合电极板上的P，Al不脱附，V离子脱附，达到V与杂质离子分离的目的。该方法对酸浸液处理情况：pH由0.36上升至0.89，杂质P去除率为30.4％，Al去除率为15.4％，V损失率为4.5％。
实施例4：
第一步、电极制备
将3g的矿物质活性炭粉末、5g的ZG-A-PX氢氧型阴离子粉末树脂和5g的HYSENEXTMNPW-OH氢氧型阴离子粉末树脂充分混匀，加入10％的粘结剂聚偏氟乙烯PVDF，36mL的溶剂二甲基乙酰氨DMAC，充分搅拌4h，涂覆在集电极纯石墨片的两面，在60℃的烘箱中烘干4h，60℃的真空干燥箱中干燥4h后，制成10×3.7cm2的复合电极片。
第二步、电容法预处理
采用CDI装置对石煤提钒酸浸液进行吸附。用该方法处理湖北某地一步法石煤提钒酸浸液，溶液体积300mL，初始pH为0.65，V浓度1115mg/L，杂质P浓度300mg/L，Al浓度6799mg/L，在测试中施加电压2.0V，液体流速25mL/min，25℃时吸附90min。
第三步、电极脱附
将复合电极板正负极短接，吸附到复合电极板上的P，Al不脱附，V离子脱附，达到V与杂质离子分离的目的。该方法对酸浸液处理情况：pH由0.65上升至1.15，杂质P去除率为66.7％，Al去除率为36.4％，V损失率为3.5％。
故本发明与已有技术相比，具有操作简单，节能环保，效率高能耗低，药剂用量少，钒损失率低等特点，能有效降低酸浸液中杂质离子含量和H+浓度，降低为后续提钒工艺难度。本发明还具有工艺灵活的特点，既可用于石煤提钒酸浸液降酸除杂的预处理，还可用于其他高酸多杂浸出液的处理。

Claims (8)

1.一种石煤提钒酸浸液降酸除杂预处理的方法，是用离子交换树脂与碳材料制成复合电极板，将复合电极板置于电容去离子组件中，接通直流电源，对石煤提钒酸浸液进行降酸除杂预处理，处理后的复合电极板电极短接或反接，进行脱附过程，所述的离子交换树脂为ZG-A-PX氢氧型阴离子粉末树脂、HYSENEXTM NPW-OH氢氧型阴离子粉末树脂、D201大孔径阴离子交换树脂、D314大孔径阴离子交换树脂中的一种或几种。
2.按权利要求1所述的石煤提钒酸浸液降酸除杂预处理的方法，其特征在于复合电极板是采用将碳材料与离子交换树脂按比例混合，其中碳材料：离子交换树脂质量比为1：1-1：5，加入粘结剂，充分混合后，加入溶剂充分搅拌，均匀涂覆在集电极两面并烘干，制成复合电极板。
3.按权利要求1所述的石煤提钒酸浸液降酸除杂预处理的方法，其特征在于所述直流电源的电压范围在0.5V-3.0V，控制石煤提钒酸浸液液体流速在5mL/min-50mL/min。
4.按权利要求1所述的石煤提钒酸浸液降酸除杂预处理的方法，其特征在于所述的石煤提钒酸浸液中V浓度为500mg/L～3000mg/L，杂质离子P浓度为50mg/L～1000mg/L，Al浓度为2000mg/L～10000mg/L，初始pH为0.3-1.0，降酸处理后pH为0.7-1.5。
5.按权利要求2所述的石煤提钒酸浸液降酸除杂预处理的方法，其特征在于碳材料包括为活性炭、碳纳米管、竹炭、石墨烯和乙炔黑中的一种或几种。
6.按权利要求2所述的石煤提钒酸浸液降酸除杂预处理的方法，其特征在于粘结剂为聚偏氟乙烯、聚乙烯醇、聚四氟乙烯中的一种或几种。
7.按权利要求2所述的石煤提钒酸浸液降酸除杂预处理的方法，其特征在于溶剂为二甲基乙酰氨、N-甲基吡咯烷酮、二甲基甲酰胺中的一种或几种。
8.按权利要求2所述的石煤提钒酸浸液降酸除杂预处理的方法，其特征在于集电极为高纯石墨片或钛板。
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