碱法从石煤中浸出钒试验研究

维普资讯 http://www.cqvip.com 有色金属（冶炼部分）２００７年４期　・　１５　・　碱法从石煤中浸出钒试验研究　何东升，冯其明，张国范，欧乐明，卢毅屏，邵延海　（中南大学资源加工与生物工程学院，湖南长沙４１００８３）　摘要：采用造球一氧化焙烧一碱浸的方法从石煤中浸出钒，考察了焙烧温度、焙烧时间、浸出温度、浸出　剂浓度、浸出时间、浸出液固比对浸出率的影响，获得了８８．３８　的高浸出率。研究表明，焙烧温度、浸出　温度、浸出剂浓度、浸出时间是浸出率的重要影响因素。适宜的工艺条件是：焙烧温度８５０＂Ｃ、焙烧时间　３　ｈ、浸出温度９Ｏ℃、浸出剂浓度２　ｍｏｌ／Ｌ、浸出时间２　ｈ、浸出液固比３。　关键词：石煤；焙烧；碱浸；钒　中图分类号：ＴＦ８０３．２１　文献标识码：Ａ　文章编号：１００７—７５４５（２００７）Ｏ４一。。１５—０３　Ｔｈｅ　Ｓｔｕｄｙ　ｏｎ　Ｌｅａｃｈｉｎｇ　Ｖａｎａｄｉｕｍ　ｆｒｏｍ　Ｓｔｏｎｅ　Ｃｏａｌ　ｗｉｔｈ　Ａｌｋａｌｉ　ＨＥ　Ｄｏｎｇ—ｓｈｅｎｇ，ＦＥＮＧ　Ｑｉ—ｍｉｎｇ，ＺＨＡＮＧ　Ｇｕｏ—ｆａｎ，ＯＵ　Ｌｅ—ｍｉｎｇ，ＬＵ　Ｙｉ—ｐｉｎｇ，ＳＨＡＯ　Ｙａｎ—ｈａｉ　（Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　ａｎｄ　Ｂｉｏｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｓｏｕｔｈ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈａｎｇｓｈａ　４１００８３，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ　ｓｔｕｄｙ　ｕｓｅｄ　ｔｈｅ　ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ　ｏｆ　ｐｅｌｌｅｔｉｚａｔｉｏｎ—ｏｘｉｄａｔｉｏｎ　ｒｏａｓｔｉｎｇ—ａｌｋａｌｉ　ｌｅａｃｈｉｎｇ　ｔｏ　ｅｘｔｒａｃｔ　ｖａｎａｄｉ—　ｕｍ　ｆｒｏｍ　ｓｔｏｎｅ　ｃｏａｌ，ｔｈｅ　ｅｆｆｅｃｔｓ　ｏｆ　ｒｏａｓｔｉｎｇ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，ｒｏａｓｔｉｎｇ　ｔｉｍｅ，ｌｅａｃｈｉｎｇ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，ｌｅａｃｈｉｎｇ　ａ—　ｇｅｎｔ　ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ，ｌｅａｃｈｉｎｇ　ｔｉｍｅ，ｌｅａｃｈｉｎｇ　Ｌ／Ｓ　ｗｅｒｅ　ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ．Ｗｉｔｈ　ｔｈｉｓ　ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ，ｉｔ　ｈａｓ　ｇｏｔ　ａ　ｒｅｓｕｌｔ　ｏｆ　ｌｅａｃｈｉｎｇ　ｒａｔｅ　ｗａｓ　ａｓ　ｈｉｇｈ　ａｓ　８８．３８　．Ｔｈｅ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｉｎｄｉｃａｔｅ　ｔｈａｔ　ｒｏａｓｔｉｎｇ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，ｌｅａｃｈｉｎｇ　ｔｅｍｐｅｒａ—　ｔｕｒｅ，ｌｅａｃｈｉｎｇ　ａｇｅｎｔ　ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ，ｌｅａｃｈｉｎｇ　ｔｉｍｅ　ｗｅｒｅ　ｔｈｅ　ｍａｉｎ　ｆａｃｔｏｒｓ　ｗｈｉｃｈ　ａｆｆｅｃｔ　ｔｈｅ　ｌｅａｃｈｉｎｇ　ｒａｔｅ．Ｔｈｅ　ｂｅｓｔ　ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ　ｉｓ：ｒｏａｓｔｉｎｇ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｉｓ　８５０℃，ｒｏａｓｔｉｎｇ　ｔｉｍｅ　ｉｓ　３ｈ，ｌｅａｃｈｉｎｇ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｉｓ　９Ｏ℃，ｌｅａｃｈｉｎｇ　ａｇｅｎｔ　ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ　ｉｓ　２　ｍｏｌ／Ｌ，ｌｅａｃｈｉｎｇ　ｔｉｍｅ　ｉｓ　２ｈ，ａｎｄ　ｌｅａｃｈｉｎｇ　Ｌ／Ｓ　ｉｓ　３．　Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｓｔｏｎｅ　ｃｏａｌ；Ｒｏａｓｔｉｎｇ；Ａｌｋａｌｉ　ｅａｃｈｉｎｇ；Ｖａｎａｄｉｕｍ　石煤是我国除钒钛磁铁矿外又一种重要钒矿资　源，在我国储量巨大，总钒量达１．１８亿ｔ，占我国　Ｖ　Ｏ　总储量的８７　［１］。我国石煤提钒最初大都采　率高、流程短、生产成本较低等优点，但是存在酸用　量大［５］、原材料消耗严重、设备防腐要求高、废水废　渣呈酸性，需要经过深度处理才能排放等问题　］。　与酸浸相比，碱浸具有选择性，浸出的杂质相对较　用“氯化钠焙烧一水浸一酸沉粗钒一碱溶一偏钒酸　铵沉钒”这一传统工艺，该工艺主要缺点是金属回收　少，有利于后续作业的进行；对设备防腐要求低；碱　浸废水废渣多呈碱性，经简单处理后可排放或综合　利用。目前在石煤提钒工业上应用的主要是酸浸，　率低、环境污染严重、不宜大型化生产、资源综合利　用率低　］。针对传统提钒工艺的缺点，国内研究人　员对传统工艺进行了改进，提出了很多新的工艺，在　工业上得到应用的工艺主要有［４］：“氧化焙烧一酸　浸一中间盐一萃取一铵盐沉钒一灼烧精制钒”工艺、　碱浸研究基本上处在实验室研究阶段，张萍［７］、陆芝　华［８］、宾智勇［１　等人均对碱浸工艺进行过研究。采　用碱浸的方法，是石煤提钒技术发展的又一个重要　思路，研究碱浸具有重要的意义。同时，无论是酸浸　还是碱浸，提高钒浸出率是保证钒总回收率的前提，　因此，提高钒浸出率的研究也是石煤提钒研究的一　“氧化焙烧一酸浸一萃取一铵盐沉钒一灼烧制精钒”　工艺、“氧化焙烧一酸浸和杂质分离一沉钒一灼烧制　精钒”工艺，这些新工艺和传统工艺相比，具有回收　作者简介：何东升（１９７９一），男，湖北大悟人，博士研究生　维普资讯 http://www.cqvip.com ・　１６　・　个重要方面［９－１ｏ］。本文采用造球一氧化焙烧一碱　浸的方法，从石煤中浸出钒，获得了较高的浸出率。　１　实验　１．１矿样　试验所用石煤矿样取自湖南某地，化学成份　（　）：Ｖ２Ｏ５　１．０６、Ｍｏ　０．０５、Ｎｉ　０．０３３、Ｓ　２．１０、Ｆｅ２Ｏ３　５．２０、ＳｉＯ２　６８．２６、Ａｌ２Ｏ３　５．５２、ＣａＯ　０．２０、ＭｇＯ　０．５２、Ｋ２Ｏ　０．６０、Ｎａ２Ｏ　０．１３、有机质ｌ６．８７。研究　发现，在石煤矿样中，主要矿物为石英，占６８　左　右；其次是有机质，占１６％左右；剩下的为伊利石和　高岭石矿物，另外还含有３％左右的黄铁矿。钒在　石煤，主要存在于云母类的铝硅酸矿物中，这部分钒　含量为０．８７％；其次存在于氧化铁及粘土矿物中，　这部分钒含量为０．１５　；剩下的微量钒存在于石榴　石和电气石中。　１．２原理和流程　钒在石煤中一般只有Ｖ（Ⅲ）和Ｖ（ＩＶ）存在，没　有发现Ｖ（Ⅱ）和Ｖ（Ｖ），大部分地区石煤中钒都以　Ｖ（Ⅲ）为主［１¨，Ｖ（Ⅲ）是难以被浸出的，所以需要在　浸出前进行焙烧氧化。在焙烧过程中钒发生的主要　反应是：　２Ｖ２Ｏ。＋Ｏ２：４ＶＯ２　４ＶＯ２＋Ｏ２＝２Ｖ２Ｏ５　氧化焙烧后生成的Ｖ　Ｏ　是两性氧化物，以酸　性为主，易溶于碱生成可溶的钒酸盐而被浸出，碱浸　出的主要反应是：　Ｖ２Ｏ５＋２ＮａＯＨ一２ＮａＶＯ３十Ｈ２Ｏ　试验流程：石煤矿样先经磨矿、造球、烘干、氧化　焙烧，再进行碱浸、过滤。　通过焙烧、浸出试验，考察焙烧温度、焙烧时间、　浸出温度、ＮａＯＨ浓度、浸出时间、浸出液固比对浸　出率的影响，并确定适宜的工艺条件。　１．３试验方法　将～３　ｍｍ石煤矿样在简磨机中干磨到　一０．０７５　ｍｍ约占８０　９／６以上，在圆盘造球机上造球，　球团直径在７～１２　ｍｍ。将球团在ｌＯＯ℃的温度下　烘干后，放人马弗炉中焙烧，将焙烧后的球团研碎后　进行浸出，浸出一定时间后，过滤，浸出渣烘干称重，　化验浸出渣中Ｖ　Ｏ　。　浸出　一　，￣１ｏｏ￣　有色金属（冶炼部分）２００７年４期　２试验结果及分析　２．１焙烧温度的影响　焙烧时间２．５　ｈ，浸出条件：２　ｍｏｌ／Ｌ　ＮａＯＨ、　９０℃、液固比Ｒ一３：１、浸出２　ｈ。结果见图１。　图１焙烧温度和浸出率的关系　Ｆｉｇ．１　Ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ　ｂｅｔｗｅｅｎ　ｒｏａｓｔｉｎｇ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ａｎｄ　ｌｅａｃｈｉｎｇ　ｒａｔｅ　由图１可以看出，焙烧温度低于８００℃时，浸出　率只有６Ｏ　左右；随温度上升，浸出率增加，焙烧温　度为８５０℃时，浸出率达８３　左右；温度继续上升，　浸出率开始下降。温度低于８００℃时，钒没有氧化　完全，因而浸出率不高；温度上升，含钒的铝硅酸盐　大量分解，低价钒氧化为高价钒的量增多，浸出率提　高；在温度为８５０℃时，钒氧化反应达到平衡，浸出　率达到峰值；温度继续上升，浸出率开始下降，这可　能是发生了轻微的烧结现象，部分被氧化了的钒又　重新被包裹起来了，这部分被包裹的钒无法浸出，因　而浸出率降低。由此，焙烧温度不宜过高，适宜的焙　烧温度为８５０℃。　２．２焙烧时间的影响　焙烧温度８５０℃，浸出条件：２　ｍｏｌ／Ｌ　ＮａＯＨ，　９０℃，液固比Ｒ一３：１，浸出２　ｈ，结果见图２。　１００　零　诲　）　毫　６０　焙烧日寸ｒ日］／ｈ　图２焙烧时间和浸出率的关系　Ｆｉｇ．２　Ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ　ｂｅｔｗｅｅｎ　ｒｏａｓｔｉｎｇ　ｔｉｍｅ　ａｎｄ　ｌｅａｃｈｉｎｇ　ｒａｔｅ　由图２可看出，随焙烧时间延长，浸出率有所提　高，考虑到能耗的问题，选择焙烧时间为３　ｈ较为适　宜。　２．３　ＮａＯＨ浓度的影响　焙烧温度８　５　０℃，焙烧时间３　ｈ，浸出条件：　维普资讯 http://www.cqvip.com 有色金属（冶炼部分）２００７年４期　９０￣Ｃ，液固比Ｒ＝３：１，浸出２　ｈ，结果见图３。　静　丑　图３　ＮａＯＨ浓度和浸出率的关系　Ｆｉｇ．３　Ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ　ｂｅｔｗｅｅｎ　ＮａＯＨ　ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｌｅａｃｈｉｎｇ　ｒａｔｅ　按照核收缩模型［１明，浸出过程是发生在液一固　界面的反应，在矿粒表面，有一个紧附颗粒表面的液　体扩散层，浸出剂需要通过这个扩散层才能到达颗　粒表面进行反应［１　。因此，溶液中与颗粒表面上浸　出剂浓度差是影响浸出速率的主要因素，即表示溶　液中浸出剂浓度是浸出速率的决定因素。由图３可　以看出，随浸出剂浓度增加，浸出率明显提高，　ＮａＯＨ初始浓度为２　ｍｏｌ／Ｌ时，浸出率可达到　８８．３８　，故适宜的浸出剂浓度为２　ｍｏｌ／Ｌ。　２．４浸出温度的影响　焙烧温度８５０℃，焙烧时间３　ｈ，浸出条件：２　ｍｏｌ／Ｌ　ＮａＯＨ，液固比Ｒ＝３：１，分别在２５℃、６Ｏ℃和９０℃浸出　２　ｈ，浸出率分别为６４．Ｏ３　、７２．２５　和８８．３８　。浸出　温度是浸出率的重要影响因素，一般来说，浸出温度升　高，矿粒储存的能量增多，破坏削弱矿物中化学键的能　力增强，动能等于或者大于活化能的分子数目增多，从　含钒矿物中释放出来的钒增多，浸出速率加快，故适宜　的浸出温度为９Ｏ℃。　２．５浸出时间的影响　焙烧温度８５０℃，焙烧时间３　ｈ，浸出条件：２　ｍｏｌ／Ｌ　ＮａＯＨ，９０℃，液固比Ｒ一３：１，结果见图４。　碍　丑　图４浸出时间和浸出率的关系　Ｆｉｇ．４　Ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ　ｂｅｔｗｅｅｎ　ｌｅａｃｈｉｎｇ　ｔｉｍｅ　ａｎｄ　ｌｅａｃｈｉｎｇ　ｒａｔｅ　浸出率和浸出时间的关系可以用浸出速率方程　式来表示，一般来说，浸出率都会随浸出时间延长而　・　１７　・　提高，但过长的浸出时间会降低设备的处理能力，增　大杂质浸出的可能性，由图４可以看出，适宜的浸出　时间为２　ｈ。　２．６浸出液固比的影响　焙烧温度８５０℃，焙烧时间３　ｈ，浸出条件：２　ｍｏｌ／Ｌ　ＮａＯＨ，９０℃，浸出２　ｈ。　液固比的大小，决定了浸出矿浆的黏度，液固比　过小，矿浆黏度增加，增大了浸出剂的扩散阻力，不　利于浸出。实验结果表明，液固比对浸出率影响不　大，故选择液固比为３：１较为适当。　３　结论　（１）采用造球一氧化焙烧一碱浸的方法，能很好　浸出矿样中的钒，浸出率可达８８．３８　，而且对环境　友好，无污染；　（２）适宜的工艺条件为：焙烧温度８５Ｏ℃，焙烧　时间３　ｈ，浸出温度９Ｏ℃、ＮａＯＨ浓度２　ｍｏｌ／Ｌ、浸出　时间２　ｈ、浸出液固比３：１。　参考文献　［１］宾智勇．石煤提钒研究进展和五氧化二钒的市场状况　［Ｊ］．湖南有色金属，２００６，２２（１）：１６—２０．　Ｉ－２］漆明鉴．从石煤中提钒现状及前景［ｊ］．湿法冶金，１９９９，　７２（４）：１—１０．　［３］蔡晋强，巴陵．石煤提钒新工艺及市场动向［ｊ］．钒钛，　１９９３（５）：３０—３９．　［４］马士强，刘世森．石煤提钒工艺评述［Ｊ］．湖南有色金属，　１９９８，１４（４）：２１—２３．　［５］王子文．石煤提钒及综合利用技术方案初探［Ｊ］．有色金　属（冶炼部分），１９８８（４）：４３—４６．　Ｉ－６］戴文灿．石煤资源清洁利用及固废资源化研究Ｉ－Ｄ］．广　东：广东工业大学，２００１．　［７］张萍，蒋馥华，何其荣，等．低品味钒矿钙化焙烧提钒的　可行性［Ｊ］．钢铁钒钛，１９９３，１４（２）：１８—２０．　Ｉ－８］陆芝华，周邦娜，余仲兴，等．石煤氧化焙烧一稀碱溶液　浸出提法工艺研究ｌ－Ｊ］．稀有金属，１９９４，１８（５）：３２１—　３２７．　Ｉ－９］贺洛夫．从石煤中提炼Ｖ。０　的研究ｌ－Ｊ］．无机盐工业，　１９８８（２）：５８—６０．　，１１０］林海玲，范必威，庾化龙，等．石煤中影响钒转浸率的主　要因素研究Ｉ－ｊ］．成都理工学院学报，１９９９，２６（３）：３１７　—３２０．　＋　［１１］《有色金属提取冶金手册》编委会．有色金属提取冶金　手册稀有高熔点金属（下）［Ｍ］．北京：冶金工业出版　社，２００２：３４５—３４６．　，１１２］李洪桂，郑清远，张启修，等．湿法冶金学［Ｍ］．长沙：中　南大学出版社，２００２：６９—７４．　［１３］《浸矿技术》编委会．浸矿技术［Ｍ］．北京：原子能出版　社，１９９４：１１３～１１５．