含钒石煤提钒工艺研究

含钒石煤提钒工艺研究

2008级材料冶金2班郭宇行学号200811103018

一导言

我国有丰富的钒资源，除钒钛磁铁矿外，还有一低品位单一钒矿资源，即作为钒的单独矿床开采的含钒碳质页岩，俗称石煤。石煤既是一种含碳氢少，发热量低，灰分高的劣质煤，也是一种低品位多金属矿石，其中最具有商业意义的金属元素是钒。钒在石煤中价态分析结果表明【1】，绝大部分地区石煤中的钒都是以酸碱不溶的V( Ⅲ)和V( 1 V)为主，这就是在石煤提钒过程中需要采用氧化焙烧使低价钒变为V( V) 的原因。我国石煤中钒的总储量为钒钛磁铁矿中钒总量的6—7倍，超过世界上各国钒储量的总和【2】。因此，以石煤为原料生产钒制品在我国具有良好的发展前景。

二钒的性质、用途及赋存状态

钒的原子序数23、原子50.94，是一种过渡元素。熔点1890±1 0℃，沸点为3380℃,密度为4.6 g／c m。金属钒呈银白色，质软，可塑性好，在室温下不氧化，在高温下空气中可燃烧，抗腐蚀能力较强【3】。目前，钒主要应用于生产合金钢和化工催化剂等，在其它领域的应用也在不断扩展。我国各地石煤中钒品位差异较大，在目前技术条件下，只有品位达到0．8％以上才有开采价值【4】。含钒石煤的物质组成较复杂，钒的赋存状态和赋存价态因地各异，但大部分是以类质同象形式赋存于云母类及高岭石等黏土矿物中，部分取代硅氧四面体复网层和铝氧八面体单网层中的 A l(Ⅲ)；其次是以有机物形式和离子吸附形式赋存的；极少以钒石榴石、砷硫钒铜矿等钒矿物形式存在【5】。

三提钒工艺

3．1 传统工艺

钠盐焙烧一水浸工艺提取钒矿中的钒，这种沿用近百年的传统工艺的基本原理是以氯化钠为添加剂，通过焙烧将多价态的钒转化为水溶性五价钒的钠盐，再对钠化焙烧产物直接水浸，可得含有钒及少量杂质的浸取液，然后加入铵盐沉得粗钒，再将粗钒经碱溶、除杂并用铵盐二次沉钒得偏钒酸铵，热分解可得纯度大于98％的五氧化二钒，工艺流程如图1所示。

某些提钒工艺采用复合添加剂焙烧，以减少N a C 1 的添加量【6,7】，本文将这类工艺也归为传统工艺。钠化焙烧工艺的优点在于【8】：传统石煤提钒工艺的优点在于：工艺流程较简单，工艺条件不苛刻，设备不复杂，投资较少，基建时间较短等。但是，其明显缺点是：1金属回收率低，不到4 5 %；2环境污

染严重；3平窑占地面积大，不宜大型化生产；4资源综合利用率低，只回收了部分钒，其它有价元素如银、硒等均未回收。

图1 石煤提钒的传统工艺流程

3．2 空白焙烧一酸浸一萃取( 离子交换)一沉钒一煅烧提钒工艺【9】

空白焙烧即无添加剂焙烧。该工艺的优点是：无添加物，烟气污染少；酸浸浸出率较高；采用萃取或者离子交换工艺富集钒，工艺成熟。缺点是：酸浸浸出杂质较多，需在沉钒前净化除杂，工艺流程较为复杂。湖南煤炭研究所与湘西双溪煤矿钒厂共同开发的石煤无添加剂焙烧一硫酸介质浸出一萃取除杂—反萃一氯化铵沉钒一煅烧工艺，由于采用空白焙烧生产成本降低20％左右。

图2空白焙烧一酸浸一萃取一沉钒一煅烧提钒工艺流程

3．3 直接酸浸【10】

直接酸浸减少了焙烧环节，缩短了流程，不产生烟气污染；废水和废渣经简单处理后可直接排放。但硫酸和氨水及石灰消耗量较大。此外，该工艺对矿石性质有要求，不适合处理耗酸物质(如碳酸盐、有机质等) 高、含铁高的矿石。20世纪9 0年代，核工业北京化工冶金研究院针对中村钒矿进行了试验研究，推荐的酸法提钒工艺为两段逆流酸浸溶剂萃取工艺(图3)，并据此工艺在陕西建厂生产，运行稳定。陕西南部多家石煤提钒选冶厂均照搬采用此工艺流程。

此外，还有氧化焙烧一碱浸出工艺，石煤低温硫酸化焙烧矿物分解工艺，以及石煤细菌浸出、超声浸出和树脂矿浆法提钒。总之，这些工艺在关于钒浸出率、流程长短、生产成本、设备投资、环境保护等方面各有特点，但基本处于试验室研究阶段，工业应用较少

图3 两段逆流酸浸溶剂萃取提钒工艺

四总结语

（1）由石煤提钒氧化焙烧机理分析可知, 石煤焙烧工艺的主要控制是时间、温度、气氛三个方面。在工业化过程中,选择合适的焙烧转窑设备,调节窑的转速和斜度是控制焙烧时间的方式。根据提钒原料的发热值来决定配料的加碳或脱碳是控制焙烧温度的方式。根据窑尾排放尾气确定窑内气氛,增减入窑的风量是控制焙烧气氛的方式。

(2) 石煤提钒工艺从传统工艺到发展出来的各种新工艺，工艺流程一直在不断变化和完善，但总体来说，工业生产中钒的回收率不高，一般在65％左右(生产实践回收率)，而提高工艺中钒的浸出率是提高回收率的关键技术，需要进行更加深人的研究。

(3) 从石煤提钒工艺发展历程可以看出，高回收率、低成本且环保无污染的提钒工艺将是未来发展方向。同时，以石煤提钒为中心、石煤发电一发电渣提钒一提钒渣加工的综合利用路线是我国石煤开发利用的最终目标。

（4）通过对石煤提钒的工艺的研究和相关资料的查询，使我对钒的重要性，特殊性，自身性质有了进一步的了解，让我对钒的研究有了兴趣。希望在以后的研究中，进一步加深对钒提取工艺的认识，找出更好的工艺制备方法，来提高生产钒的效率和减少污染。

参考文献：

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[10] 戴文灿，孙水裕．石煤湿法提法新工艺研究[J]．湖南有色金属，2009(3)：22-25．