石油焦钒浸出液的黏度研究.pdf

4 4 有色金属 冶炼部分 h t t p ／ ／ y s y 1 ． b g r i mm． c n 2 0 1 5年第 3期 d o i 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 7 7 5 4 5 ． 2 0 1 5 ． 0 3 ． 0 1 2 石油焦钒浸 出液 的黏度研究 黄文强 ， 张亚莉 ， 杨利群 ， 王青龙 山东理 工大 学 化 学工程 学 院 ， 山东淄博 2 5 5 0 4 9 摘要 研究 了温度 、 氢氧化钠浓度 、 碳酸钠浓度 和次氯 酸钠用量 对石 油焦 中钒 的浸 出率和浸 出液 的黏度 变化 的影 响。结 果表明 ， 增加温度可 以提高浸 出率 、 降低溶液的黏度 。氢氧化钠 、 碳酸钠 、 次氯酸钠 浓度 的增加在提高钒浸出率的 同时 ， 也 增加了浸出液的黏度 。适宜 的工艺条件为 温度 9 O℃ 、 次氯 酸钠用量 o ． 2 4 9 、 氢氧化钠浓度 1 5 0 g ／ L、 碳 酸钠 浓度 9 0 g ／ L。钒 浸出率～6 1 ， 黏度 5 ． 4 mP a s 。 关 键 词 石 油 焦 ； 碱 ； 浸 出 ； 钒 ； 黏 度 中 图 分 类 号 TF 8 4 1 ． 3 文 献 标 志 码 A 文 章 编 号 1 0 0 7 - 7 5 4 5 2 0 1 5 0 3 0 0 4 4 0 3 S t u d y o n Vi s c o s i t y o f Va n a d i u m Li x i v i u m f r o m Pe t r o l e u m Co ke HUANG W e n q i a n g，ZHANG Ya l i ，YANG L i q u n，W ANG Qi n g l o n g Co l l e g e o f Ch e m i c a l En g i n e e r i n g，S ha n d o n g Univ e r s i t y o f Te c hn o l o g y，Zi b o 2 5 5 0 49 ，S ha n d o n g，Ch i n a Abs t r a c t The e f f e c t s of t e mpe r a t ur e，c on c e nt r a t i on of s o d i u m h y dr o xi d e a n d s od i um c a r bo na t e，a nd do s a ge o f s o d i um h yp oc hl o r i t e o n va na d i um l e a c hi ng r a t e a nd v i s c o s i t y of l i x i vi um we r e i n ve s t i g a t e d ． The r e s u l t s s ho w t ha t i nc r e a s i ng t e mpe r a t ur e c a n i m p r ov e v a n a d i u m l e a c hi ng r a t e a n d d e c r e a s e v i s c os i t y o f 1 i x i vi u m． I n c r e a s i n g c o nc e nt r a t i o n o f Na OH ， Na 2 CO3 a nd Na C1 0 i mpr o v e s v a na d i u m l e a c hi n g r a t e a nd i nc r e a s e s v i s c o s i t y o f l i x i v i u m． Va n a d i u m 1 c a c h i n g r a t e a n d v i s c o s i t y o f l i x i v i u m i S ～ 6 1 9 ／ 6 a n d 5 ． 4 mPaS r e s p e c t i v e l y u n d e r t h e o p t i mu m c o n d i t i o n s i n c l u d i n g t e mp e r a t u r e o f 9 0℃ 。d o s a g e o f s o d i u m h y p o c h l o r i t e o f 0 ． 2 4 9 ，c o n c e n t r a t i o n o f s o d i u m h y d r o x i d e o f 1 5 0 g ／ L，a n d c o n c e n t r a t i o n o f s o d i u m c a r b o n a t e o f 9 0 g ／ I Ke y wo r ds pe t r ol e um c o ke；a l k a l i ne ；l e a c hi n g；v a na d i um ；v i s c o s i t y 石油 焦是 铝用 炭 阳极l 1 列生产 的主 要原 材料 ， 随 着我 国铝 工业 的快 速 发 展 ， 阳极 对 石 油 焦 的 需 求 量 也越 来越 大 。为 了提 高石 油焦 的利用 率并 且 除去 石 油 焦 中的钒 等 杂质 是 当前 研 究 的 重 点 “ ] 。 国 内外 对 提钒技 术 进行 了大 量研 究 ， 并取得 了 良好 的效 果 。 我 国提 钒技 术绝 大多 数采 用 的是钠 盐焙 烧一 水浸 一 酸 沉淀 一碱 溶铵 盐 沉 淀一 偏 钒 酸 铵 热 解 工 艺 流 程 。 ] 。科 技工 作者 对石 油焦 的性 质 、 石油 焦浸 出钒 技术 进行 了探究 。石 油焦 碱 浸法来 降低 钒是 切 实 有 效 的方法 。利 用 碱 法来 浸 出石 油 焦 中的 钒 ， 浸 出 后 石油 焦 的其他 性质 基本 不变 ， 条件 适 宜 ， 引入有 害 杂 质少 。而溶 液表 面 物理化 学性 质 的变化 是影 响钒 浸 出率 的重要 因素 ， 黏 度 是溶 液 表 面 的一个 重 要 物 理 化学性 质 ， 研究 黏度 的变 化有 助于 了解 浸 出机 理 ， 改 善浸 出效 果 。 1 试 验 方 法 1 ． 1 试 验 原料 试 验 采 用 的高 钒 石 油焦 取 自山东 某 工 厂 ， 样 品 成 不规 则块 状 ， 大 小 不 一 ， 主 要 成 分 C 8 8 ． 3 0 、 O 3 ．9 8、 S 7 ． 42、V 0． 01 2、 N i 0 ．0 4 5、Si 0． 0 31、 Na 0 ． 0 3 9 、 A1 0 ． 0 2 2 。可 见 ， 样 品 中 除 了 主要 元 素 碳 与 收 稿 日期 2 0 1 4 1 0 1 4 基金项 目 国家 自然科学基金 资助项 目 5 1 3 0 4 1 2 9 作者简介 黄文强 1 9 9 0 一 ， 男 ， 江西南 昌人 ， 硕士研究生 ； 通 信作者 张亚莉 1 9 7 4 一 ， 女 ， 河北安 国人 ， 副教授 2 0 1 5年第 3期 有 色金属 冶炼 部分 h t t p ／ ／ y s y 1 ． b g r i mm． c n 4 5 氧 以外 ， 还含 有较 多 的硫 、 钒 、 镍等 元 素 ， 他 们 对石 油 焦 制 成 的炭 阳极 对铝 电解 将会 造成 比较多 的 不 良影 响[ 9 ] 。本文主要探讨碱法浸出其中的钒。 1 ． 2 试 验方 法 取 1 0 g原 料石 油 焦 ， 加 入 去 离 水 1 O 0 mL和无 水 碳 酸 钠 控 制 其 浓 度 在 9 0 g ／ L ， 再 加 入 1 0 mL 次氯酸钠 。分别加入 5 ． 0 、 7 ． 5 、 1 0 ． 0 、 1 2 ． 5 、 1 5 ． 0 g 氢 氧化 钠 ， 得 到 溶 液 4份 ， 然 后 分 别 在 3 0 、 5 O 、 7 O 、 9 O℃充分搅拌 3 0 mi n ， 使其充 分混合并 且反应充 分。到时间后 ， 取溶 液进 行抽 滤 ， 倒 出滤 液 ， 使用 旋转式黏 度计 检测滤 液 的黏度 ， 取 3次 的平 均值 为 检测 结 果 。 2 结论 和 与 讨 论 2 ． 1温 度 的影 响 温度对钒浸 出率和黏度 的影响如图 1 所示 。 、 斟 丑 温度 ／ o c 皇 憾 棵 图 1 温度对 钒 浸 出率和 黏 度 的影 响 Fi g ．1 Ef f e c t s of t e mpe r a t u r e o n v a n a di u m l e a c hi n g r a t e a nd v i s c o s i t y 从 图 1 可知 ， 温度升高有利于钒 的浸 出。温度 升高 ， 液相 中分子间距增大 ， 内部分子对表层分子的 吸引力减弱。温度 升高会 降低液体 的表面张力 ， 表 面张力 的下降会使黏度减小。通常温度越高越会使 分子间活动更加活泼 ， 使内摩擦力不断得下降 ， 从而 导 致其 黏 度 的降低 。 2 ． 2氢 氧化 钠浓 度 的影 响 不 同氢 氧化 钠浓 度条 件下 的试 验 结果 如 图 2所 示 。从 图 2可看 出 ， 随着 氢氧 化钠 浓 度 的增加 ， 钒 的 浸 出率和浸出液 的黏度都逐渐增加 ， 在 1 5 0 g ／ L用 量时 ， 石油焦中钒 的浸出率最高 。有两方面原 因造 成黏度增大 一是碱溶液浓度增加 ， 使溶液 中反应物 的离 子增 加 ， 另外 浸 出率 增加 ， 进 入 到溶 液 中钒 酸 根 离子 的数 量也 增 加 。 甜 丑 氢氧化钠浓度 ， g L 皇 德 图 2氢氧 化钠 浓度 对钒 浸 出率 和黏 度 的影 响 Fi g ． 2 Ef f e c t s o f c o n c e nt r a t i o n o f s o d i um hy d r o xi d e o n v a n a di u m l e a c hi n g r a t e a n d v i s c o s i t y 2 ． 3 碳 酸钠 浓度 的 影响 碳酸钠浓度对 钒浸 出率 和黏度 的影 响如 图 3 所 示 。 冰 、 斟 丑 碳酸钠浓度 ／ g L ● 鲁 耦 图 3碳酸 钠 浓度对 浸 出率 和黏 度 的影 响 Fi g ． 3 Ef f e c t s o f c o nc e nt r a t i o n o f s o di u m c a r b o n a t e o n v a n a d i u m l e a c h i n g r a t e a n d v i s c o s i t y 图 3表 明 ， 随着 碳 酸钠浓 度 的增加 ， 石 油焦 中钒 的浸 出率 逐 渐 增 加 ， 在 碳 酸钠 浓 度 为 9 0 g ／ L时 ， 浸 出率 达到 了 5 8 ． 1 6 。 随着 碳 酸 钠 浓 度 不 断 增 加 ， 浸 出液 的黏度虽然有一定 的波动 ， 但趋势是不断上 升 的。 2 ． 4次氯 酸 钠用 量 的影 响 当次 氯 酸 钠 用 量 分 别 为 0 ． 0 8 3 、 0 ． 1 6 7 、 0 ． 2 4 9 时， 钒 浸 出 率 分 别 为 5 8 ． 1 8 、 5 8 ． 7 6 9 ／ 6 、 6 2 ． 2 5 ， 浸出液的黏度 分别 为 4 ． 3 、 4 ． 7 、 6 ． 0 m P a s 。 可知 ， 随着 氧化 剂 次氯 酸钠 用量 的增 加 ， 石油 焦 中钒的浸出率和浸 出液的黏度都增加。随着次氯酸 钠量 的不 断增 加 ， 浸 出液 中钒 酸根 离子 不断增 加 ， 阻 4 6 有色金属 冶炼部分 h t t p ／ ／ y s y 1 ． b g r i mm． c n 2 0 1 5年第 3 期 碍了其分子 问的运 动， 故 而会 导致其黏 度的增加。 石 油焦 中钒 主要 以 三价 形 式 存 在 ， 而 三 价 钒 较难 溶 于碱 与 水 ， 加 入 氧化剂 后 ， 难 溶 的三 价钒转 变 为可溶 于酸与水的离子形式 ， 从而提高钒的浸出率。 2 ． 5重复 性试 验结 果 取 1 0 g石 油 焦 加 入 1 0 0 mL去 离 子水 ， 在 9 O ℃ 、 次 氯酸钠 用 量 0 ． 2 4 9 ％、 氢 氧化 钠浓 度 1 5 0 g ／ L、 碳 酸钠 浓 度 9 O g ／ L 的条 件下 ， 进行 3次 重 复试 验 ， 钒 浸 出率 分 别 为 6 1 ． 2 5 、 6 1 ． 7 9 、 6 0 ． 8 O ， 平 均 6 1 ． 2 8 ； 黏 度 分 别 为 5 ． 4 、 5 ． 5 、 5 ． 3 mP aS ， 平 均 5 ． 4 mP aS 。结 果 表 明 ， 试 验 的 数 据 重 现 性 比 较 好 ， 结 果稳 定 。 3 结 论 碱 法 浸 出石油 焦 中的钒 的 最佳 条 件 为 温度 9 O ℃ 、 次 氯 酸钠用 量 0 ． 2 4 9 、 氢 氧化钠 浓度 l 5 0 g ／ L、 碳 酸钠 浓 度 9 0 g ／ L ， 钒浸 出率平 均 6 1 ． 2 8 ， 浸 出液 黏度平 均 5 ． 4 mP aS 。 参考 文献 [ 1 ]张念炳 ， 胡素丽 ， 刘卫 ， 等 ．粉状石 油焦造球煅烧试验研 } 究I- J ] ．有色金属 冶炼部分 ， 2 0 1 2 9 2 8 3 0 ． [ 2 ]王桂琴 ．铝 阳极 用石 油焦特性 浅析l, c ] ／ ／ 第 二届 国际铝 用碳素技术 国际会议 ， 昆明， 2 0 0 6 1 1 1 8 ． I- 3 ]郑环 ， 刘卫 ， 张念炳 ．碳 酸镁 添加剂 对铝 用炭 阳极质 量 的影 响[ J ] ．有色金属 冶炼 部分 ， 2 0 1 4 6 4 0 4 2 ． [ 4 ]吉延新 ， 魏新伟 ， 李宪 磊 ， 等 ．石 油焦质量下滑对 预焙阳 极 的危 害及 控制[ J ] ．炭素技术 ， 2 0 1 0 ， 2 9 1 5 2 5 5 ． [ 5 ]杨 明忠 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