摘要：钒是重要的战略资源之一，其产品种类繁多，包括钒铁、钒铝合金，五氧化二钒、四氧化二钒、三氧化二钒，钒酸盐等，广泛应用于合金工业、钢铁工业、催化剂、陶瓷、颜料、玻璃等行业中。由于钒产品具有广泛的用途，大量企业采用传统提钒法制备钒产品。传统的提钒方法主要有钠化焙烧、钙化焙烧、无盐焙烧等。其中，钠化焙烧工艺较成熟，应用最广。本文分析了连续处理酸性沉钒废水。
关键词：连续处理；酸性沉钒；废水；
酸性沉钒废水既是危害极大的污染源又是具有一定价值的二次资源, 如何实现废水的循环利用以及回收其中的钒、铬等资源是国内外钒制造商共同面临的一道难题。随着工艺的不断进步和完善, 目前在废水的循环利用、实现零排放方面取得了显著的进展。
一、连续处理酸性沉钒废水分析
1.沉淀法。沉淀法是通过加入沉淀剂，使溶液中不同价态的钒离子与沉淀剂结合，形成难溶化合物而沉淀析出的方法。该方法分离出的产品具有纯度高、成分可控、结晶性能好、不需后续处理等优点。常用的方法有钒酸钙沉淀法、钒酸铁沉淀法等，适用于低浓度含钒溶液中钒的回收富集。一是钒酸钙沉淀法。该法适用于含钒浓度低的碱性溶液，常用的沉淀剂有氯化钙溶液、石灰或石灰乳等。根据溶液pH不同，形成的钒酸钙沉淀也不同。铬酸钠碱性溶液加石灰除钒的工艺，考察了石灰加入方式对除钒效果的影响，实验结果表明：随溶液pH的增大，钒的去除率也逐步增大；采用沉淀剂处理某含钒废水，处理后无钒、铬检出。二是钒酸铁沉淀法。湿法提钒工艺过程排放的含钒废水中的钒主要以VO2 + 形式存在。针对该体系进行了研究，采用硫酸亚铁作为沉淀剂，研究了反应时间、温度、搅拌转速、废水pH和硫酸亚铁用量对除钒效果的影响。实验结果表明：反应时间的延长有利于钒的脱除，但达到一定时间后钒的去除率保持不变；在一定范围内升高温度，钒的去除率无明显变化；随搅拌转速的提高，钒的去除率无明显变化；废水pH越大，钒的去除率越高，当pH=9时钒的去除率达到95%；在一定pH范围内随硫酸亚铁用量的增加，钒的去除率也不断提高，用量增至一定量后，钒的去除率基本保持不变。从钒浸出液中沉淀析出钒酸铁，考察了温度、溶液pH和添加量对钒沉淀率的影响。采用铁屑微电解—共沉淀法处理石煤矿生产V2O5过程中产生的含钒废水，废水的pH越小，钒的去除率越大，当pH=1.0时，钒的去除率可达99.3%；随铁屑用量的增加，钒的去除率也逐步增加，当铁屑用量增至15%以上时，钒的去除率增加不明显；钒脱除的最适反应时间为90 min；相比之下，废水中钒浓度低有利于钒的脱除。
2.溶剂萃取法。溶剂萃取法是利用化合物在两种互不相溶（或微溶）的溶剂中溶解度或分配系数的不同，使化合物从一种溶剂转移至另一种溶剂中，从而提取目标产物的方法。由于溶剂萃取法具有可连续操作、产量高、设备简单、富集比高、成本低和操作安全等优点而被广泛应用。但要从低浓度钒溶液中达到使钒富集的目的，根据含钒溶液的性质选择合适的萃取剂非常关键。萃取剂可分为4类：中性含氧酯类、含磷类、叔胺类和中性磷酸酯类。目前，含钒废水处理常用的萃取剂有二（2-乙基己基）磷酸、叔烷基伯胺、三辛胺、三甲基三辛基氯化铵、磷酸三丁酯（TBP）等。含磷类萃取剂从硫酸溶液中萃取钒的机理。随皂化程度的增加，钒的去除率提高；当萃取剂pH=1.5~2.0时，钒的去除率达80%以上。该萃取剂循环使用次数高，特别适用于酸浸溶液的萃钒处理。在萃取过程中受到溶液酸、碱、金属离子浓度和相比例的影响；当萃取酸性溶液时，钒的去除率随萃取剂浓度的增加而降低；当萃取碱性溶液时，钒的去除率随萃取剂浓度的增加而提高。中性磷酸酯类萃取剂TBP，采用质量分数分别为20%和5%的TBP的混合液萃取含钒和钼的弱酸性体系。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆萃取过程受相比和初始溶液pH的影响，随pH的减小，钒的去除率逐渐提高；当固定某一pH时，钒的去除率随萃取剂相比的增加而增加。
3.离子交换法。离子交换法是富集钒的一种新工艺。该法具有吸附效果好、交换率大、所得产品纯度高等优点，是一种很有前途的方法。目前，离子交换法提钒的研究主要是针对某一实际体系进行工艺研究。离子交换树脂分为阳离子交换树脂和阴离子交换树脂两大类，通常采用强碱性季胺型阴离子交换树脂。采用强碱性阴离子交换树脂，从废加氢催化剂的硫酸浸出液中回收高纯度钒，考察了溶液pH和NaOH浓度对洗脱钒的影响。采用NaOH溶液对吸附钒的树脂进行洗脱，当碱浓度从1 mol/L升至7 mol/L时，钒的洗脱率从85%提高到95%。钒吸附过程主要受吸附时间、溶液pH、溶液体积和树脂体积的影响；当溶液pH=7时，钒存在于溶液中，通过离子交换完全被吸附，此时对钒的饱和吸附量最大。在强酸性溶液中，钒以VO2+的形式存在，故该树脂适合吸附VO2+。
4.吸附法。吸附法利用多孔性的固体吸附剂将水样中的一种或数种组分吸附于表面，再用适宜溶剂加热或吹气等方法将预测组分解吸，达到分离和富集的目的。进行了改性沸石静态吸附钒的实验，考察了固液比、吸附温度、吸附时间、溶液的pH和浓度对钒吸附率的影响。在固液比1∶5、吸附温度30 ℃、吸附时间30min的条件下，废水中钒的质量浓度降至1 mg/L，沸石吸附率可达98%。改性沸石吸附法成本低，操作流程简单，吸附过程无二次污染物。采用樟子松木屑回收工业废水中的钒，研究了吸附剂用量、溶液pH和接触时间对吸附钒的影响。当溶液pH从4.0升至7.4时，钒的去除率由43%增至95%，且钒的去除率与吸附剂的用量成正比。采用原胶纤维固化黑荆树单宁吸附五价钒，考察了溶液pH和温度对钒吸附的影响。该材料的吸附量最大；随温度的升高，对溶液中钒的吸附量略有降低。改性活性炭对石煤提钒废水中低浓度氨氮和钒的吸附。随反应时间的延长，吸附效果显著提高，与未改性的活性炭相比，改性活性炭对钒的吸附率提高了30%。
二、发展方向
1.用提钒尾渣中和处理沉钒废水。用提钒尾渣中和处理沉钒废水,尾渣中碱性物质与废水中酸发生中和作用,使尾渣中部分可溶性钒进入废水,尾渣中部分碱性条件下难溶的钒酸钙在酸性条件下溶解进入废水, 由此利用尾渣中和了酸性钱盐废水, 同时回收了尾渣中的钒。
2.微生物法处理沉钒废水。利用微生物絮凝剂处理工业废水是上世纪年代在全世界开始大规模研究的新课题, 已有成功应用的实例,如将其应用在皮革、造纸等污水的脱色及的去除。菌是微生物絮凝剂中的一部分,由于菌是一种功能菌, 菌体外壳带有一定的负电荷,易吸附带正电荷的金属离子。此外,菌体本身还有较强的生物絮凝作用, 所以微生物功能菌通过吸附、絮凝、络合和鳌合作用,将废水中的金属离子富集于功能菌的表面并使其沉降、从而达到金属离子与水分离使废水净化达标排放的目的。纯用微生物法进行了沉钒废水处理的实验室研究,试验表明采用微生物法处理攀钢含钒废水中的重金属离子,技术上是完全可行的,处理后废水中的重金属基本去除。
钒产品的生产过程中不可避免地产生大量的含钒废水。含钒废水对环境和人类身体健康会造成危害，也会遏制钒工业的发展，必须进行处理。在实际应用时，可依据含钒废水的pH选择相应的处理工艺及处理试剂。并依据pH范围选择不同的沉淀剂或萃取剂，含钒废水的pH约为7时，可优先采用离子交换法。
参考文献：
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论文作者:刘程阳
论文发表刊物:《建筑科技》2017年第11期
论文发表时间:2017/12/1
标签：溶液论文; 废水论文; 酸性论文; 沉淀剂论文; 浓度论文; 碱性论文; 溶剂论文; 《建筑科技》2017年第11期论文;