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N235从黏土钒矿酸浸液中萃钒的数学建模与分析

唐悦 叶国华 胡渝杰 陈子杨 陶媛媛

唐悦, 叶国华, 胡渝杰, 陈子杨, 陶媛媛. N235从黏土钒矿酸浸液中萃钒的数学建模与分析[J]. 钢铁钒钛, 2021, 42(2): 28-35. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2021.02.006
引用本文: 唐悦, 叶国华, 胡渝杰, 陈子杨, 陶媛媛. N235从黏土钒矿酸浸液中萃钒的数学建模与分析[J]. 钢铁钒钛, 2021, 42(2): 28-35. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2021.02.006
Tang Yue, Ye Guohua, Hu Yujie, Chen Ziyang, Tao Yuanyuan. Mathematical modeling and analysis of vanadium extraction from acid leaching solution of clay vanadium ore with N235[J]. IRON STEEL VANADIUM TITANIUM, 2021, 42(2): 28-35. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2021.02.006
Citation: Tang Yue, Ye Guohua, Hu Yujie, Chen Ziyang, Tao Yuanyuan. Mathematical modeling and analysis of vanadium extraction from acid leaching solution of clay vanadium ore with N235[J]. IRON STEEL VANADIUM TITANIUM, 2021, 42(2): 28-35. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2021.02.006

N235从黏土钒矿酸浸液中萃钒的数学建模与分析

doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2021.02.006
基金项目: 国家自然科学基金项目(51964028,51304090)
详细信息
    作者简介:

    唐悦(1997—),女,重庆合川人,硕士研究生,主要研究方向:钒钛提取,E-mail:tangyue085@163.com

    通讯作者:

    叶国华(1981—),男,博士,副教授,E-mail:ghye581@163.com

  • 中图分类号: TF841.3

Mathematical modeling and analysis of vanadium extraction from acid leaching solution of clay vanadium ore with N235

  • 摘要: 以N235从黏土钒矿酸浸液中提钒的条件试验为基础,主要研究溶剂萃取过程中影响萃取率的因素,确定了pH、萃取剂浓度、相比对萃取率的影响,而后运用响应曲面法确立了三个因素之间的交互效应,并且运用热力学、溶液化学分析了交互作用产生的原因,指出萃取体系中pH与硫元素会极大地影响溶液中的含钒组分,进而影响萃取率,同样含钒组分的变化也会影响萃取效率。总之,萃取体系产生交互作用的核心机理为pH变化引起溶液组分的变化以及萃取剂面对不同离子时所表现的差异性。
  • 图  1  多因素条件试验结果

    Figure  1.  Multi-factor condition test results

    图  2  萃取率模型预测与试验值对比

    Figure  2.  Comparison of extraction rate model prediction and test values

    图  3  S-V-H2O溶液组分示意

    (注:图中[H2VO4] [H3V2O7] [HVO42−][VO43−]对应对数坐标,即右坐标)

    Figure  3.  S-V-H2O solution compositions diagram

    图  4  N235-TBP协同萃取

    Figure  4.  N235-TBP collaborative extraction

    图  5  各因素交互作用对萃取率影响的响应面与等高线

    (a) pH-A/O交互作用;(b) 浓度-A/O交互作用;(c)浓度-pH交互作用

    Figure  5.  Response surface and contour lines of the interaction of various factors on the extraction rate

    图  6  S-Fe-H2O溶液组分示意

    (注:图中[Fe(OH)3] [Fe(SO4)2] [Fe(OH)2+][Fe(OH)2+]对应对数坐标,即右坐标)

    Figure  6.  S-Fe-H2O solution compositions diagram

    表  1  浸出液化学成分分析

    Table  1.   Chemical compositions of leachate g/L

    V2O5FeAl2O3SiO2MgOCaONaMnPCrAs
    9.386.5616.57<0.012.030.0960.0443.970.970.42<0.1
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    表  2  条件优化Box-Behnken试验因素与水平

    Table  2.   Condition optimization Box-Behnken test factors and levels

    水平(A)萃取剂浓度/%(B)pH(C)相比(A/O)
    −1101.63
    0151.82
    1202.01
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    表  3  三因素条件优化Box-Behnken试验因素与水平

    Table  3.   Three-factor condition optimization Box-Behnken test factors and levels

    编号因素萃取率/%
    萃取剂浓度/%pH相比(A/O)
    1 10 1.6 2.0 65.12
    2 20 1.6 2.0 76.95
    3 10 2.0 2.0 85.32
    4 20 2.0 2.0 84.22
    5 10 1.8 1.0 91.58
    6 20 1.8 1.0 88.31
    7 10 1.8 3.0 79.75
    8 20 1.8 3.0 91.8
    9 15 1.6 1.0 72.1
    10 15 2.0 1.0 89.97
    11 15 1.6 3.0 71.87
    12 15 2.0 3.0 82.85
    13 15 1.8 2.0 91.85
    14 15 1.8 2.0 91.9
    15 15 1.8 2.0 92.35
    16 15 1.8 2.0 92.03
    17 15 1.8 2.0 91.01
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    表  4  响应面试验结果方差分析

    Table  4.   Analysis of variance of response surface test results

    方差来源平方和自由度均方差F 值P值显著性
    模型 1187.05 9 131.89 506.19 < 0.0001 **
    A 47.58 1 47.58 182.6 < 0.0001 **
    B 396.49 1 396.49 1521.67 < 0.0001 **
    C 30.77 1 30.77 118.1 < 0.0001 **
    AB 41.8 1 41.8 160.41 < 0.0001 **
    AC 58.68 1 58.68 225.19 < 0.0001 **
    BC 11.87 1 11.87 45.55 0.0003 **
    A2 29.16 1 29.16 111.9 < 0.0001 **
    B2 537.07 1 537.07 2061.18 < 0.0001 **
    C2 7.52 1 7.52 28.86 0.001 **
    残差 1.82 7 0.26
    失拟性 0.84 3 0.28 1.13 0.4377
    纯误差 0.99 4 0.25
    总差 1188.88 16
    R2Adj S/N=
    注:“*”表示对结果影响显著(P<0.05);“**”表示对结果影响极显著(P<0.01)。
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    表  5  各因素影响机理分析

    Table  5.   Analysis of the influence mechanism of various factors

    编号方程式$ \mathrm{l}\mathrm{g}{K}^{0} $
    (1)  $ {\text{VO}}_{4}^{3-} $+4H+=$ {\text{VO}}_{\text{2}}^{\text{+}} $+2H2O 24.7
    (2)  $ {\text{VO}}_{4}^{3-} $+H+=${\rm{HVO}}_4^{2 - } $ 11.54
    (3)  $ {\text{VO}}_{4}^{3-} $+2H+=${{\rm{H}}_2}{\rm{VO}}_4^ - $ 21.1
    (4)  2$ {\text{VO}}_{4}^{3-} $+5H+=$ {{\rm{H}}_3}{{\rm{V}}_2}{\rm{O}}_7^ - $ 46.45
    (5)  $ {\text{VO}}_{4}^{3-} $+4H++$ \mathrm{S}{\mathrm{O}}_{4}^{2-} $=VO2$ \mathrm{S}{\mathrm{O}}_{4}^{-} $+2H2O 29.37
    (6)  VO++H+=V(OH)2+ −1.83
    (7)  V(OH)2++H+=H2O+V3+ 2.96
    (8) 4$ {\text{VO}}_{4}^{3-} $+8H+=V4O124− 95.11
    (9) 10$ {\text{VO}}_{4}^{3-} $+25H+=HV10O285−+12H2O 270.86
    (10) 10$ {\text{VO}}_{4}^{3-} $+26H+=HV10O284−+12H2O 274.49
    (11)  Fe3++OH=Fe(OH)3+ 11.89
    (12)  Fe3++2OH=$ \text{Fe(OH}{\text{)}}_{2}^{\text{+}} $ 23.62
    (13)  Fe3++2OH=$ \text{Fe(OH}{\text{)}}_{2}^{\text{+}} $ 35.3
    (14)  Fe3++$ \mathrm{S}{\mathrm{O}}_{4}^{2-} $=$ \mathrm{F}\mathrm{e}\text{S}{\text{O}}_{4}^{+} $ 2.03
    (15)  Fe3++2$ \mathrm{S}{\mathrm{O}}_{4}^{2-} $=$ \mathrm{F}\mathrm{e}(\text{S}{\text{O}}_{\text{4}}{)}_{2}^{-} $ 2.98
    (16)  H+$ \mathrm{H}\mathrm{S}{\mathrm{O}}_{4}^{-} $=H2SO4 −11.6
    (17)  H+$ \mathrm{S}{\mathrm{O}}_{4}^{2-} $=$ \mathrm{H}\mathrm{S}{\mathrm{O}}_{4}^{-} $ 1.96
    (18)  H++OH=H2O 14
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  • 收稿日期:  2021-04-06
  • 刊出日期:  2021-04-10

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