钒提取(extraction of vanadium)

从含钒原料制取纯钒化合物的过程。含钒原料主要有吹炼含钒铁水产出的钒渣、钒铁精矿和含钒石煤，其次是一些其他含钒矿石。根据所用的含钒原料，钒提取主要有含钒钒铁水提钒，钒铁精矿直接提钒，含钒石煤提钒，石油渣提钒，钒铀矿提钒，钒磷铁矿提钒，钒铅矿提钒，氧化铝生产中镓钒的回收。

钒提取一般由焙烧、浸出与净化、溶液中钒的提取和提钒尾液处理四大步骤组成，其中以焙烧，浸出与净化两步骤最为重要。

焙烧   有氧化钠化焙烧和氧化钙化焙烧两种方法。

氧化钠化焙烧   含钒原料和Na₂CO₃、NaCl、Na₂SO₄等钠盐混合后在回转窑、竖炉、平窑、多膛炉、流态化床炉、反射炉等炉窑中，于1073～1473K温度下进行氧化钠化焙烧，使钒转变为可溶于水的钒酸钠(xNa₂O•yV₂O₅)。

氧化钙化焙烧   含钒原料加石灰(CaO)或石灰乳[Ca(OH)₂]在氧化钠化焙烧所用的炉窑内进行氧化钙化焙烧，使钒转化为不溶于水但溶于碳酸盐溶液的钒酸钙。焙烧产物再通过碳酸化浸出或碱浸出，使钒转入水溶液而与大部分不溶杂质分离。

浸出与净化   从含钒焙烧熟料浸取钒有水浸出、酸浸出、碱浸出和碳酸化浸出四种方法。用水浸出时，钒酸钠进入水溶液。酸浸出有三种方法：含钒物料不经焙烧直接加酸浸出；含钒物料经预焙烧熟化后再用酸浸出；含钒焙烧熟料水浸出后再用酸浸出等。酸浸法还可用于从钾钒铀矿、钒铅矿、磷盐岩、含钒灰烬、废钒催化剂等含钒物料中浸取钒。碱浸出常用的浸出剂有NaOH、Na₂CO₃或NaOH加Na₂CO₃等。碱浸时必须加入氧化剂使低价钒转变为高价的V⁵⁺，常用的氧化剂有氧气、空气、富氧空气或过氧化钠、氯气、次氯酸钠、过硫酸铵或高锰酸钾等。

含钒浸出液中的悬浮物通过澄清除去。然后调节浸出液中的pH使铁、锰、硅、铝等杂质水解沉淀而被除去。用镁盐或钙盐沉淀法去除磷、砷、硅杂质。对高碱度溶液可用电渗析法脱钠并综合回收碱。

溶液中钒的提取   从溶液中分离并回收钒的方法有溶剂萃取法、离子交换法和沉淀法等。

溶剂萃取法   适用于含有多种有价元素的酸性浸出液，如分离钒和铀等。常用的萃取剂有二乙基己基磷酸(D₂EHPA)、磷酸三丁脂(TBP)及胺类萃取剂等。与离子交换法、沉淀法相比，溶剂萃取法具有工序少、设备简单、金属回收率高和产品纯度高等优点。

离子交换法   适用于处理碱性溶液，可从溶液或矿浆中直接提取钒。常用于处理含钒浓度低的溶液，如从废水中提钒。常用的离子交换树脂有强碱性季胺型阴离子交换树脂，如IR400，IR401，IR402，IR410，IR425等。美国用离子交换法分离钒和铀，中国多用于处理钒厂含钒和铬的尾液或废水。

沉淀法   有铵盐沉淀、水解沉淀及钙盐或铁盐沉淀三种方法。

(1)铵盐沉淀。根据沉淀溶液终了的酸碱度不同又分为酸性、弱酸性和弱碱性铵盐沉淀。酸性铵盐沉淀的溶液终了pH控制在2～3，使钒生成桔黄色的多钒酸铵[(NH₄)₂V₆O₁₆]沉淀。pH调节剂用硫酸铵、氯化铵或氨水及酸。此法具有流程短、设备简单、操作方便，成本低以及产品纯度高等特点，在世界上广为采用。弱酸性铵盐沉淀的溶液终了pH控制在4～6，使钒生成Na₂(NH₄)4V10O₂₈11H₂O沉淀，然后再用无机酸处理沉淀，使钒转变成多钒酸铵。此法适于从含钠和磷高的溶液中提钒，具有降低磷和钠含量的优点。弱碱性铵盐沉钒的溶液终了pH控制在8～9，使钒生成偏钒酸铵(NH₄VO₃)。此法产出的偏钒酸铵，经煅烧可得到纯度较高的V₂O₅。但也存在氨耗量大、沉淀时间长以及当用碳酸铵(NH₄)₂CO₃或碳酸氢铵(NH₄HCO3)作pH调节剂时必须在低温下进行等问题。

(2)水解沉淀。往钒酸钠溶液中加酸，使溶液pH达到1.5～3后，加热搅拌使钒盐水解析出血红色钒酸钠沉淀。此沉淀俗称“红钒饼”，其分子式为Na_xH_2-x•V₁₂O₃₁此法只能制得纯度较低的五氧化二钒，一般含V₂O₅80％～90％，现已为酸性铵盐沉淀和两段法(即红钒饼再溶偏钒酸铵结晶法)所取代。

(3)钙盐或铁盐沉淀法。含钒较低的碱性溶液可用CaCl₂、石灰或石灰乳使其中的钒以钒酸钙形式沉淀出来，含钒低的酸性溶液则用亚铁或高铁盐使钒以钒酸铁形式沉淀出来。前者的沉淀物为多组分混合物，后者的沉淀物为组分不定的黄色钒酸铁(xFe₂O₃•yV₂O₅•zH₂O)。

提钒尾液处理   钒厂废水含有V⁵⁺、Cr⁶⁺和游离酸、盐及其他有害成分，必须经过处理才能排放或返回使用。工业上有三种常用的处理方法。(1)还原中和排放法：由于高价铬离子Cr⁶⁺有毒，必须把钒厂废水中的Cr⁶⁺还原成无毒的Cr³⁺才能排放；一般采用活性金属如铁屑还原高价铬为三价铬后，再加石灰乳将钒厂废水中和至pH7后排放的处理方法。(2)气体SO2还原法：利用烟气中SO2气体还原中和沉淀钒厂废水中的铬离子，溶液蒸发浓缩回收尾液中芒硝(Na₂S0₄)返回使用。(3)离子交换技术处理尾液：沉钒后的尾液采用离子交换技术处理回收钒、铬，蒸发浓缩回收芒硝。此外，还可用电渗析、反渗透(见膜分离)及溶剂萃取等法处理钒厂废水或含钒尾液。