铝电解炭阳极用石油焦碱浸过程钒的结构演变

High content of vanadium is one of the most important influence factors on the quality of carbon anode of aluminum redution cells made of petroleum coke as raw material. Chemical bond fracture and reconstruction in the process of alkali leaching will be researched using la mann spectrum in situ detection, XRD and ICP detecting technology, and also the correlation among alkali type, quantity, temperature and vanadium structure evolution will be discussed. The liquid infrared spectrum and conductivity change are detected and analisised on-line under different alkali leaching conditions, and their relations with vanadate anions structure will be clarified. The behavior of impurity element in alkali leaching process and the effect on the structure of vanadate anions will be researched. The ion structure of leach liquor on petroleum coke surface and behavior of vanadate anions will be studied. The type of vanadate anions in flavor of leaching process is found out. Through these studies, we can proclaim the law of vanadium structure evolution and the results can give theoretic basis for strengthening alkali leaching process and reduce vanadium content of petroleum coke.

高钒含量是影响以石油焦为主原料的铝电解用炭阳极质量的一个重要因素。本项目采用碱法浸出，降低石油焦中钒。利用拉曼光谱原位检测、XRD和ICP等技术研究石油焦中钒氧化物在碱浸过程中化学键断裂和重建，碱种类、数量、温度等因素与钒结构演变的相关性，明确反应历程；在线检测并解析不同浸出条件下碱浸液红外光谱和电导率变化，计算钒酸根离子迁移数，明确其与钒酸根离子结构关系；探讨杂质元素在碱浸过程的行为和对钒结构演变的影响；研究浸出后石油焦表面附液中钒酸根离子结构和浸出过程中钒酸根离子的行为，查清对浸出过程更为有利的生成的钒酸根离子类型。通过以上研究揭示碱浸过程中钒的结构演变规律，为进一步提高和强化碱浸过程，降低石油焦中钒含量奠定理论基础。

石油焦是制备铝电解用炭阳极的主要原材料，其中高含量的钒杂质是制约炭阳极质量的一个重要因素。本项目以高钒石油焦为对象，提出了基于调控钒结构的碱浸降钒的技术思路，查明了碱浸过程钒结构的解聚和重组规律，阐明了不同条件下浸出液中电导率、离子迁移数和钒酸根离子结构的相关性，揭示了碱浸过程钒的结构演变规律。明确了主要杂质元素对钒酸根离子结构的影响，确定了石油焦碱浸出过程中对钒浸出更有利的离子结构，采用微波或者添加剂的方式，促进了浸出过程。.红外光谱和拉曼光谱结果表明，在石油焦浸出过程中，主要存在V-O-V、V-OH和V-O三种类型的钒酸根离子，并且随浸出条件的改变，它们可以相互转化。在同一温度、时间下，随着NaOH浓度升高，浸出率不断增加，当NaOH浓度升高至110g/L时，浸出率基本不变。NaOH浓度在30-90g/L时，V-OH型离子逐渐向V-O-V型和V-O型离子转化，吸收峰向低频方向移动。当NaOH浓度在110-170g/L时，红外吸收峰基本无明显变化。随着Na2CO3的加入，浸出率增加。碳酸根离子在溶液中显弱碱性，在溶液中起缓冲作用，它能从V-OH型离子中夺取水分子，V-OH型离子脱水缩合产生V-O-V型离子。随着NaOH浓度的升高，钒酸钠溶液的的电导率先增加后减小。NaOH浓度较低时，溶液离子迁移数在0.58~0.82之间，红外图谱中主要存在的离子为V-OH型钒酸根。中等浓度时，钒酸钠溶液的离子迁移数约为3.29。红外图谱中主要存在V-OH型和V-O-V型离子。较高浓度时，钒酸钠溶液的离子迁移数约为4.15，红外图谱中主要存在V-O-V离子。杂质C、Ni对浸出过程无影响，杂质硫元素有较大影响。溶液中离子结构和溶液的物理化学性质（粘度、电导率、表面张力）随硫元素变化而变化。直接碱浸出过程，钒浸出率较低，通过采用表面活性剂或者微波方式可以明显改善浸出过程，使钒酸根离子向更有利于浸出的方向进行。.在国内外期刊发表论文11 篇，其中9 篇被SCI 或EI 收录，2篇是北大核心，同时被Rare metals SCI期刊接收一篇论文，已于2015-06在线出版；申请了国家发明专利1 项，处于实审阶段；培养研究生3名，已毕业2名，1名在读。