V-Cl-H-,2-O體系優(yōu)勢區(qū)域圖和Pourbaix圖研究.pdf

1、電勢-pH 位圖是描繪元素-水系中元素的賦存形態(tài)同電勢、pH 值間關(guān)系的指示圖，它可方便地推斷出在一定的條件下反應(yīng)進(jìn)行的可能性、生成物的穩(wěn)定性、反應(yīng)限度及某種組分的優(yōu)勢區(qū)域，在材料、化學(xué)、化工、冶金和浮選等領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用。 釩的濕法冶金工藝的核心在于將釩從原料中浸出和將釩從溶液中沉淀。釩在水溶液中存在一系列復(fù)雜的平衡反應(yīng)，溶液pH 值、E 值不同，配位體或共存離子種類不同，釩的主要存在形態(tài)也不同。 本文根據(jù)同時(shí)平衡原

2、理，對25℃下V-H2O、Cl-H2O、V-Cl-H2O 體系進(jìn)行熱力學(xué)分析，建立溶解態(tài)物種濃度與電勢E、pH 值的數(shù)學(xué)模型，并運(yùn)用結(jié)合逐點(diǎn)掃描法和凸多邊形法優(yōu)點(diǎn)的一種圖形算法，采用濃度比較法，計(jì)算機(jī)編程繪制了V-H2O 體系溶解組分優(yōu)勢區(qū)域圖、Pourbaix 圖和Cl-H2O、V-Cl-H2O 體系的溶解組分優(yōu)勢區(qū)域圖。 V-H2O 體系優(yōu)勢區(qū)域圖表明：處于優(yōu)勢區(qū)域的溶解態(tài)釩物種的價(jià)態(tài)隨著體系電勢的升高而增加。隨溶液釩濃度的

3、增加，正四價(jià)、正五價(jià)釩物種易發(fā)生聚合反應(yīng)和質(zhì)子化反應(yīng)，在髙電勢區(qū)域，其多核陰離子處于優(yōu)勢地位。隨著電勢、pH、總釩濃度不同各物種的穩(wěn)定區(qū)域也各不相同。 通過比較CT(V)=1.0×10-5和CT(V)=1.0×10-3 釩優(yōu)勢區(qū)域發(fā)現(xiàn)：二價(jià)釩陽離子（V2+）、三價(jià)釩陽離子（V3+、VO+、VOH2+）、四價(jià)釩陽離子（VO2+）的優(yōu)勢區(qū)域位置與大小基本相同，說明總釩濃度對各價(jià)態(tài)單核離子影響不大。但五價(jià)釩陽離子（VO2+）的優(yōu)勢區(qū)域

4、顯著減??；在高電勢區(qū)域，隨著酸化的進(jìn)一步加強(qiáng)，單核陰離子向生成雙核陰離子的反應(yīng)方向進(jìn)行，雙核陰離子向生成多核陰離子的反應(yīng)方向進(jìn)行，釩酸根離子向生成釩酸氫根離子的方向進(jìn)行，說明質(zhì)子化作用可促進(jìn)聚合反應(yīng)的發(fā)生；在相同電勢和強(qiáng)酸性條件下，較高濃度釩體系發(fā)生聚合反應(yīng)，而低濃度釩水體系沒有，說明高濃度是促使聚合反應(yīng)發(fā)生的另一個(gè)因素。 通過比較CT(V)=1.0×10-5和CT(V)=1.0×10-3釩Pourbaix圖發(fā)現(xiàn)：較高濃度Pou

5、rbaix圖無V2O5固相區(qū)，含有兩個(gè)液相區(qū)，之間由含混合價(jià)態(tài)的物質(zhì)V6O13隔開；對比液相區(qū)Ⅰ和Ⅲ，均含有相同的溶解組分（V2+、V3+、VOH2+、VO+、VO2+、VO43-、H2VO4-、HVO42-），隨總釩濃度的減小，對應(yīng)低價(jià)態(tài)（二、三、四）釩的各固相穩(wěn)定區(qū)均相應(yīng)的減小，液相穩(wěn)定區(qū)增大；較高總釩濃度時(shí)，五價(jià)釩酸根陰離子主要以雙核或多核釩酸根離子形式存在。 在Cl-H2O 體系中，各物種都為可溶性組分，且溶解度都很大，

6、不存在固相組分。在低電勢區(qū)主要是以氯離子的形式存在，在髙電勢區(qū)主要是以高氯酸根形式存在。 釩的濕法冶金過程中和釩廢水中存在大量的氯離子。通過對V-Cl-H2O 體系的研究，可確定在一定條件下，釩和氯的化合特性和賦存形態(tài)以及一定濃度的氯離子對釩浸出的影響。研究成果可為開發(fā)清潔、高效、有效控制釩污染的濕法冶金工藝提供科學(xué)依據(jù)。 V-Cl-H2O 體系優(yōu)勢區(qū)域圖表明：在髙電勢區(qū)域，隨著pH 值的增大，釩系優(yōu)勢物種依次為：H2V