2023年全國(guó)碩士研究生考試考研英語(yǔ)一試題真題(含答案詳解+作文范文)_第1頁(yè)
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1、釩是我國(guó)重要的稀有戰(zhàn)略資源,廣泛應(yīng)用于冶金、化工、航空航天等領(lǐng)域。同時(shí),我國(guó)釩鈦磁鐵礦的礦產(chǎn)儲(chǔ)量豐富,由釩鈦磁鐵礦冶煉得到的釩渣,也一直是我國(guó)最主要的提釩原料。長(zhǎng)久以來(lái),眾多學(xué)者對(duì)于以釩渣為原料的的濕法提釩工藝進(jìn)行了很多探索。目前主要的工業(yè)濕法提釩工藝是鈉化焙燒-水浸提釩法和鈣化焙燒-酸浸提釩法。
  鈉化焙燒-水浸提釩的應(yīng)用最為廣泛。釩渣鈉化焙燒過程中含釩物相的演變規(guī)律直接決定了后續(xù)水浸提釩率的高低。但目前關(guān)于該演變規(guī)律的研究?jī)H

2、停留在宏觀層面(僅是物相種類的變化),無(wú)法從根本上實(shí)現(xiàn)焙燒過程中含釩物相演變的調(diào)控。因此,突破該瓶頸的關(guān)鍵在于從原子尺度上認(rèn)識(shí)釩渣鈉化焙燒過程中釩原子所歷經(jīng)的原子環(huán)境(包括釩原子的化學(xué)環(huán)境、空間環(huán)境、化學(xué)狀態(tài))的變化,以便從本質(zhì)上調(diào)控含釩物相的演變以提高釩回收率。
  本文以轉(zhuǎn)爐釩渣為原料,聯(lián)用掃描電鏡、X射線能譜、X射線衍射、X射線熒光光譜和X射線光電子能譜等分析測(cè)試手段,研究在釩渣鈉化焙燒過程中釩原子的原子環(huán)境演變情況。得出如

3、下演變規(guī)律:
 ?、兮c化焙燒釩原子化學(xué)環(huán)境演變規(guī)律:焙燒初始,V3+與Fe2+/Fe3+和O2-構(gòu)成的 FexV3-xO4未被氧化,(Fe, Mg)2SiO4受熱反應(yīng), Si4+以 SiO4-基團(tuán)的形式生成Ca3Al2Si3O12和Na2SiO3等產(chǎn)物。焙燒10 min時(shí),F(xiàn)exV3-xO4開始氧化,V3+被氧化為V4+/V5+,生成FeVO4和FeV3O8等產(chǎn)物。焙燒15 min時(shí),V5+開始與Na2CO3反應(yīng)生成Na3VO4、

4、NaV3O8、NaVO3。焙燒50 min時(shí),(Fe, Mg)Cr2O4開始氧化,生成Na2CrO4。當(dāng)焙燒90 min時(shí),F(xiàn)exV3-xO4基本全部被氧化鈉化生成Na3VO4、NaV3O8、NaVO3。
  ②鈉化焙燒釩原子空間環(huán)境演變規(guī)律:焙燒初始,釩鐵尖晶石礦相晶體結(jié)構(gòu)不變;鐵橄欖石與Na2CO3反應(yīng)生成樹枝晶體。焙燒15 min時(shí),釩鐵尖晶石晶體結(jié)構(gòu)開始破裂,V3+與 Fe2+/Fe3+、O2-之間價(jià)鍵受熱斷裂,V5+與

5、Na+、O2-生成釩酸鈉鹽納米線晶體。焙燒30 min時(shí),釩酸鈉鹽納米線晶體長(zhǎng)大成簇。焙燒70 min時(shí),釩酸鈉鹽納米線晶體進(jìn)一步增多,聚集成束。焙燒90 min時(shí),釩酸鈉鹽納米線晶體束尺寸變大,釩酸鈉鹽納米線晶體簇鋪滿表面。
 ?、垅c化焙燒釩原子化學(xué)狀態(tài)演變規(guī)律:焙燒初始,釩原子保持 V3+,未被氧化。焙燒5 min時(shí),部分V3+失去電子被氧化成V4+。焙燒10 min時(shí),釩原子開始被逐漸氧化成V5+。焙燒50 min時(shí),尖晶石

6、中V3+與相鄰Fe2+/Fe3+、O2-之間價(jià)鍵全部斷裂,V3+已完全被氧化成V4+和V5+。焙燒90 min時(shí),釩原子全部被氧化為V5+,釩渣中的釩尖晶石晶體結(jié)構(gòu)不復(fù)存在。
  此外,鑒于釩渣鈉化焙燒-水浸提釩工藝會(huì)產(chǎn)生 Cl2、SO2等氣體而腐蝕設(shè)備、污染環(huán)境,新近發(fā)展了釩渣鈣化焙燒-酸浸提釩工藝。但由于鈣化焙燒釩渣熟料酸浸時(shí)會(huì)形成釩-磷雜多酸而顯著降低釩回收率。針對(duì)此問題,本文提出了碳酸銨浸出法以選擇性浸出釩并抑制磷的浸出,

7、從而提高釩回收率。
  本文采用單因素法優(yōu)化得到最佳碳酸銨浸出條件為:固液比為1:20;浸出溫度為80℃;焙燒渣粒徑為45-74μm;(NH4)2CO3濃度為600 g/L;浸出時(shí)間為70 min。在此條件下釩的浸出率可達(dá)96.0%,磷的浸出率僅為9.2%。
  動(dòng)力學(xué)分析結(jié)果顯示,鈣化焙燒釩渣熟料的碳酸銨浸出過程符合未反應(yīng)核模型。在浸出過程的短時(shí)間階段(0-15 min),浸出速率受固體產(chǎn)物層擴(kuò)散控制;在浸出的長(zhǎng)時(shí)間階段(

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