含氟助浸剂对石煤提钒酸浸液萃取乳化行为及溶液化学研究

The vanadium extraction from stone coal usually needs to introduce fluorine-bearing aid-leaching reagent into acid leaching process due to specific complexity of stone coal. However, solvent extracting emulsion with aid-leaching reagent introduced lacks considerable research and solution chemistry is out of perfect fundamental theory. This study puts forward the solution chemistry and extracting emulsion for acid leachate with fluoride introduction. Through comparison of extracting behaviors between direct acid-leaching solvent extraction process and blank-roasting acid-leaching solvent extraction process with whether fluoride is introduced for regionally typical vanadium-containing stone coal, systematic analyses of mineral and chemical composition for typical raw ores, physical and chemical characters for organic phase, existing forms of various ions and organics in acid leachate, extracting feed solution and raffinate under different pH value and different electric potential, conclude the comprehensive effects of stone coal raw ore, blank roasting and fluoride on solvent extraction, draw systematic E-pH chart of various ions in acid leachate with fluoride addition, provide the theoretical bases for continually stable solvent extraction process, perfect the theory system of fluoride in enhancing vanadium solvent extraction from stone coal. This work will enrich and develop the theory of solution chemistry for vanadium extraction from stone coal.

含氟助浸剂能有效强化石煤提钒浸出过程，但含氟助浸剂的引入对后续酸浸液萃取乳化以及溶液化学的基础理论研究匮乏。本研究从氟化物参与的酸浸液的溶液化学和萃取乳化行为角度出发，通过对比各地典型的云母型含钒石煤在采用直接酸浸－萃取工艺和空白焙烧酸浸－萃取工艺时加助浸剂氟化物与不加助浸剂的萃取行为，系统地分析和检测各典型石煤原矿的物质组成和化学成分、萃取有机相的物理化学性质、酸浸液和萃原液及各级萃余液中各离子及有机质在不同pH值不同电位情况下的存在形式，得出石煤原矿性质、空白焙烧及助浸剂氟化物的加入对萃取过程的综合影响及机理，系统地绘制出含氟助浸剂参与的酸浸液中各离子的E-pH图，提供连续稳定溶剂萃取的理论基础，完善氟化物强化石煤提钒萃取理论体系，丰富石煤提钒溶液化学理论。

从石煤中提取钒金属已被认为是在未来满足世界不断增长的钒需求的必要方式。在传统工艺基础上开发出两种环境友好的工艺：直接酸浸－溶剂萃取和空白焙烧酸浸－溶剂萃取。同时为了降低硫酸用量，提高钒浸出率，氟化物如HF, NaF 和 CaF2，通常加入到浸出体系中强化钒浸出过程。但随着钒浸出率的提高，其他杂质离子亦大量进入酸浸液中，易造成后续萃取过程产生乳化等不利现象。.为查明不同浸出过程中加入氟化物对后续萃取过程的影响，本研究对江西修水石煤原矿分别采用直接酸浸－萃取和焙烧酸浸－萃取工艺进行处理，同时对后续的萃取过程进行对比，探究两种工艺以及浸出过程中氟化物的加入对萃取乳化和钒萃取行为的影响及机理。通过对比石煤提钒直接酸浸－萃取和空白焙烧酸浸－萃取工艺中氟化物的加入对后续萃取的影响，发现不同浸出工艺及是否加入氟化物对钒萃取过程有较大的影响：无氟化物加入的直接酸浸使石煤原矿中的有机物引入酸浸液，形成界面膜而导致乳化现象产生；空白焙烧可消除有机物的影响，但由于酸浸溶液中的杂质元素含量显著增加而可能导致乳化现象；氟在溶液中以[AlF5]2-和[SiF6]2-形式存在，可阻止含硅胶体和细微颗粒以及界面膜的生成，有利于萃取正常进行，但当溶液中杂质元素含量过高时，仍可能产生乳化。.以最佳试验条件下获得的酸浸液中各离子浓度为基准，计算分析了硫酸溶液体系、含氟离子的硫酸溶液体系以及实际酸浸液体系中V、Fe、Al的存在形式随pH变化的热力学平衡分布，发现体系中氟离子、硫酸根离子对V、Fe、Al的存在形式有较大影响。在酸浸液体系下，钒主要以VO2+和VOSO4的形式存在，亚铁离子主要以Fe2+和FeSO4形式存在，铁离子主要以FeSO4+和Fe(SO4)2-的形式存在，铝离子主要以AlF2+、AlF2+、AlSO4+和Al(SO4)2-的形式存在。由于氟离子会优先与铁铝离子络合，其引入不会导致浸出液中钒的存在形态复杂而影响后续萃取过程。