酸浸（acid leaching）是一種利用無機酸的水溶液作為浸出劑的礦物浸出工藝。它廣泛應用于化學選礦領域，是最常見的浸出方法之一。通常使用的酸包括硫酸、鹽酸、硝酸、亞硫酸、氫氟酸及王水等，其中硫酸的應用最為普遍。硫酸因其價格低廉、易于獲取，且設備防腐問題相對較容易解決等特點，被廣泛使用。稀硫酸是一種弱氧化酸，適用于處理富含還原性組分的礦物原料。熱濃硫酸則是強氧化劑，能夠將大多數硫化礦物轉化為相應的硫酸鹽。相比之下，鹽酸的反應能力強于硫酸，能浸出一些硫酸難以浸出的含氧酸鹽礦物，但其價格較高，易揮發，勞動條件差，設備防腐要求更高。硝酸是一種強氧化酸，價格昂貴，設備防腐要求嚴格，通常不單獨用于浸出，而是作為氧化劑使用。
浸出
直接酸浸
在直接酸浸過程中，添加氟化物可以顯著提高釩的浸出率，從47.46%提升至92.39%。酸浸液的化學成分顯示，釩和其他雜質離子都大量進入酸浸液中，其中鐵主要以Fe的形式存在。酸浸液中殘留的氟濃度高達12.62g/L。通過19F液相核磁共振分析，證實氟以[SiF]2和[AlF]2兩種形式存在于酸浸液中。
焙燒酸浸
在石煤的空白焙燒酸浸過程中，加入氟化物也能有效提高釩的浸出率，但相較于直接酸浸，釩的浸出率降低了8.18個百分點。酸浸液的化學成分表明，經過空白焙燒后，更多雜質離子進入酸浸液中，特別是鋁的含量達到了15.75g/L。鐵主要以Fe的形式存在于溶液中，全鐵含量是未焙燒前的1.8倍。這也是因為空白焙燒使得不易溶的黃鐵礦轉化為易溶的赤鐵礦，導致大量Fe進入酸浸液中。與直接酸浸相似，氟在溶液中也以[SiF]2和[AlF]2兩種形式存在。
預處理
直接酸浸
原礦直接酸浸所得酸浸液的pH值分別為0.36和0.09，經過石灰乳預處理后，得到的萃原液的化學成分與酸浸液相比，除了pH值達到適合的萃取條件外，元素含量沒有顯著變化。預處理過程中釩的損失率小于2%，預處理消耗的氧化鈣量約為17.45t的2.7倍。萃氟的存在形式不受pH值升高的影響，仍然以[AlF]2和[SiF]2形式存在。
焙燒酸浸
空白焙燒酸浸的酸浸液pH值分別為0.68和0.36，經過石灰乳預處理后，除pH值達到合適的萃取條件外，元素含量也沒有顯著變化。預處理過程中釩的損失率為5.51%和4.39%，是直接酸浸-萃取過程預處理釩損失的2.2倍以上。然而，預處理消耗的氧化鈣量分別僅為2.39t和8.41t，大約是相應直接酸浸條件下的二分之一。這是因為在空白焙燒過程中，非含釩物質的溶解增多，導致酸耗量增加，進而提高了酸浸液的pH值，減少了預處理所需的氧化鈣量。但是，pH值的升高促進了Fe生成Fe(OH)3沉淀，包裹了一部分釩進入預處理渣中，增加了釩的損失率。萃原液的19F液相核磁共振譜測定表明，氟仍然以[AlF]2-和[SiF]2形式存在。
萃取
直接酸浸
無論是否有氟化物參與釩的浸出，都會對后續的萃取過程產生顯著影響。在萃取過程中，萃原液和有機相充分混合后，靜置分層時表現出不同的現象：后續萃取分相迅速且清晰，萃取過程出現了明顯的乳化現象。盡管如此，釩的萃取率并不受影響，三級逆流萃取后，釩的萃取率都能達到98%以上。通過對一級萃余液及最終萃余液的ICP-月桂醇聚醚硫酸酯鈉分析發現，除目的元素釩的含量顯著降低外，其他元素含量幾乎沒有變化。值得注意的是，與萃原液相比，萃余液中氟元素的含量基本保持不變。氟存在于溶液中對萃取過程有明顯的促進作用，可能是由于氟與硅、鋁結合形成[AlF5]2和[SiF]2，抑制了含硅膠體和微小固體顆粒的生成，有助于釩萃取過程的順利進行。此外，由于含釩石煤由地質時期菌藻類等生物遺體轉化而來，其中可能包含微生物殘留的蛋白質等有機化合物，這些有機物可能會隨釩的浸出一同進入酸浸液中，在最終的萃取過程中形成膠體狀并聚集在水相和有機相的界面上，形成界面膜，阻礙兩相的正常分離。而溶液中氟的存在阻止了這種界面膜的生成，有利于兩相接觸反應。
焙燒酸浸
與直接酸浸-萃取過程一樣，氟化物是否參與釩的浸出也會對后續的萃取過程產生重大影響。然而，與直接酸浸不同的是，焙燒酸浸的萃原液和有機相充分混合后，在靜置分層時，后續萃取分相迅速且清晰，但在萃取過程中出現了嚴重的乳化現象，分層困難，釩的萃取率也因此受到影響。直至第三級逆流萃取時，釩的萃取率才能達到78%左右。萃原液中的各元素含量隨著萃取過程的進行，除目的元素釩的含量顯著降低外，總鐵含量也顯著降低，即Fe含量顯著減少。這是因為萃取劑D2EHPA優先萃取Fe，降低了有機相對釩的飽和容量，阻礙了釩的正常萃取。此外，根據Fe(OH)3溶度積的計算，萃原液生成Fe(OH)3膠體的最低pH值分別為1.55和1.50，這意味著在萃取過程中可能生成Fe(OH)3膠體阻礙釩的萃取。此時，氟雖然仍然以[AlF]2-和[SiF]2形式存在，但由于空白焙燒后萃原液中Fe、Al、K、Mg等雜質元素含量過高，氟化物的作用已經不再突出，正是這些雜質元素含量過高導致萃取過程中出現了嚴重的乳化現象。
總結
1）空白焙燒酸浸與直接酸浸對后續萃取有較大的影響：直接酸浸過程中可能將石煤原礦中殘留的有機化合物帶入到酸浸液中，導致萃取過程出現顯著的乳化現象；而空白焙燒過程可使原礦中原有的有機物等燃燒，消除其對萃取過程的影響，但會增加酸浸液中Fe、Al、K、Mg等雜質元素含量，也可能導致乳化現象的產生。
2）浸出過程中氟化物的加入與否也對后續萃取有較大影響：氟化物參與浸出過程后，殘留的氟與硅、鋁生成[AlF]2和[SiF]2，阻止了含硅膠體和細微的固體顆粒以及界面膜的生成，從而利于釩萃取過程的正常進行，但當這些雜質元素含量過高時，氟的有利作用不能體現，仍有可能出現乳化現象。
3）對于石煤原礦，氟化物作用的直接酸浸-萃取工藝具有釩浸出率高（92.39%）、預處理釩損失率低（1.12%）、氧化鈣耗量少（6.38t，折合成每噸VO）、釩萃取過程正常且萃取率高（98.05%）等優點。
參考資料 >
什么是酸浸?.知乎.2024-11-05
工業流程中的四種浸.化學自習室.2024-11-05
高中化學工業流程中的酸/堿浸的作用是什么。?.知乎.2024-11-05