含钒炭质页岩提钒废渣资源化利用研究进展

作为生产水泥的原料。生产水泥时，渣用量大，可大
量消耗废渣。
王高法Ｈ３研究了利用石煤沸腾焙烧提钒渣作 水泥混合材，发现石煤渣有较好的助磨作用，而且效
果显著。水泥磨可大幅度增产和节电，同时还能提 高出磨水泥的稳定性，缩短生产周期，是水泥磨节电 的一种新途径。
了废渣污染环境的问题，又提高了钒的提取率和石
煤的综合利用效益。 施正伦等［６３根据提钒废渣的物化特性，设计出 一套配料方案，研究了提钒废渣的掺量对水泥性能
ｃｍ，
２０１１年９月
３关于提钒尾渣资源化的思考
含钒炭质页岩提钒尾渣的主要成分为ｓｉＯ：、 Ａｌ：０３、Ｆｅ２０３、ＣａＯ、Ｍｇｏ等，是制备建筑材料等多种 产品的优质原料。但各地提钒尾渣的特点不同，在 研究制备相关产品时，需要充分考虑。 （１）提钒尾渣中有价成分含量较高时，应首先
考虑提取其中有价成分，再对终渣进行资源化处理；
戴文灿【２０将广西上林钒矿厂炭质页岩钒矿焙 烧提钒尾渣用作水泥掺合料研制环保水泥，当熟料、 废渣、石膏和钢渣质量分数分别占６５％一７６％、５％ 一１５％、４％和５％一１２％时，生产出的生态水泥的 各项性能均优于４２５号普通硅酸盐水泥，但这种方
法废渣掺入量太低，无法大规模利用废渣。
的影响。结果表明，提钒废渣为活性混合材，在掺量 为２５％一４０％时可单独用作水泥混合材，且不论单 掺还是和水泥厂石煤渣对掺，水泥各项性能指标均． 符合ＧＢ １７５—２００７《通用硅酸盐水泥》中复合硅酸 盐水泥的要求，其强度均满足３２．５强度等级水泥要
李晓湘等【１３１以钛酸酯偶联剂为表面处理剂，对 石煤渣进行表面改性处理制得橡胶填料。这种橡胶 填料具有补强作用，可完全替代碳酸钙、碳酸镁或陶 土；用其替代部分炭黑．可以减少炭黑用量，降低橡 胶成本。 徐敏康等【ｌ卅研究了用石煤渣制备橡胶塑料填 料。将石煤沸腾炉灰渣经物化处理后制备橡胶塑料 填充料．可等量或部分取代炭黑、白炭黑、轻质碳酸 钙等常规填料。制备的填料具有无杂质、高浸润性、 在胶料中分散性好、工艺性能优良、易于混炼、吃粉 速度快等特点；ｗ（水）≤１．５％，３２５目筛余≤ｌ％， 吸油值Ｏ．３—０．４ ｍＬ／ｇ，吸碘值１４．３９ ｍＶｇ，蝉８。０
利用提钒尾渣生产水泥 含钒炭质页岩提钒尾渣一般为高硅、铝废渣．可
泥熟料。该法原料价廉易得，消耗量大，熟料和相应
水泥的强度高，可有效降低水泥生产成本。 “石煤碱浸提钒的碱浸渣用作水泥填料的处理 方法”发明专利【５１则是将石煤空白焙烧碱浸浆液过
滤．滤液提钒，滤渣酸化后过滤，滤液再提钒，酸化渣 用作水泥填料。工艺简便适用，有一定效益，既解决
提钒尾渣数量大，成分较为复杂，用其制备各种
材料，尾渣中含有的天然原生放射性核素应加以注
［Ｐ】，２０１０羽．１７．
［５】彭忠喜．石煤碱浸提钒的碱浸渣用作水泥填料的处理方法：中 国．２００９ｌＯｌ５跖２６．４［Ｐ］，２０１０ＪＤ９・１５． ［６】施Ｉｔ伦，周宛谕，方梦祥，等．石煤灰渣酸浸提钒后残渣作水泥 混合材试验研究［Ｊ］．环境科学学报，２０ｌｌ，３０（２）：３９５—●∞． 【７］ 岳阳市新开新型材料厂．新型建材钒渣砖［ＥＢ／ＯＬ】．（２０ｌｌＪ噙一
Ｓｕｐｐｌ． Ｓｅｐ钯Ⅱｌｂｅｒ ２０ｌｌ
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属 矿 Ｍ肼ＡＬＭＩＮＥ
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增刊 ２０１１年９月
含钒炭质页岩提钒废渣资源化利用研究进展
陈文祥Ｌ２
（１．贵州省地质矿产中心实验室；２．贵州省贵金属矿产资源综合利用工程技术研究中心）
摘要介绍了利用含钒炭质页岩提钒尾渣生产水泥、墙体砖、微晶玻璃、陶粒、瓷砖、保温材料、橡胶填料以 及路面基层材料等各种材料的资源化利用研究现状。提出了在含钒炭质页岩提钒尾渣资源化利用研究时，应首先 考虑提取尾渣中有价成分，充分考虑尾渣的物质组成，优先选择能够大量利用尾渣的产品方案，重点注意尾渣放射 性核素对资源化利用产品的影响，以及对尾渣浸出毒性物质的稳定化处理。 关键词石煤钒矿提钒尾渣综合利用
０１）．ｈｌｔＰ：／／ｄｂ严ｂ。∞“．舱∥ＧＴ｛ｄ２００８／Ｄｂｐｕｈ／ｄｄｌ丑ｉｌ。ａｓｐｘ？
意。高益群等Ⅲ１曾对石煤渣建材房屋内氡浓度进
行了调查，含钒炭质页岩经焙烧提钒后，大部分矿物 质溶入尾渣，其放射性比活度提高近一个数量
此，含钒炭质页岩提钒尾渣的资源化得到了广泛研 究。本文总结了提钒尾渣资源化利用研究状况，提 出了研究方向及应注意的问题。
２％、萤石０一ｌ％（质量分数）混合后粉磨至１８０目， 然后送人回转窑中加人煤８％一１２％，以煤为燃料
于ｌ
３６０一ｌ
ｌ利用提钒尾渣制备各种材料
１．１
４５０℃下进行烧成反应，之后骤冷得水
煤废渣。 １．７利用提钒尾渣制备橡胶填料
这种制品具有优良的化学稳定性，可用作高级建筑 装饰材料和防腐、耐磨材料。 谢飞【ｌ叫以贵州息烽地区镍钼钒矿渣为主要原 料，制备出以硅灰石为主晶相的矿渣微晶玻璃原料。 该方法矿渣利用率高，在７５％以上；制备出的微晶 玻璃材料晶体显微结构较好，晶体自形程度高。镍
钼钒矿渣的物化性能优于天然石材。 微晶玻璃装饰板是２ｌ世纪很有发展前景的新 型装饰材料，虽然目前在国内的应用还不是很广泛，
７．５％，经检测其质量达到国标ＧＢ／Ｔ １７４３ｌ—１９９８ 优等品标准。
用提钒尾渣生产陶粒，渣消耗量大。这种方法
探索性试验研究，得到了制砖的可行性工艺参数：黏
土掺量ｌＯ％。成坯加水量２８％，烧结温度ｌｌｏｏ℃， 保温时间４
有望成为大量利用提钒尾渣的主要方法之一。
１．５利用提钒尾渣生产瓷砖 我国是钒生产大国，每年产出的钒矿尾渣数量．
具有微晶体和玻璃相均匀分布的复合材料。
施其祥一１利用钒矿渣为主要原料，铝矾土、石
刘小波等［１２】以石煤废渣为主要原料，掺入可燃
造孔物、黏结剂、外加剂等材料，加水｝昆炼陈化，再压
灰石、白云石等为辅助原料，加入一定量晶核剂和着
色剂，研制出黑色主晶相为透辉石的矿渣微晶玻璃。
制成半成品，经ｌ ０００℃左右的高愠烧制工业窑炉 保温材料。研究得到的配方为：石煤渣４０％一 ６０％。可燃造孔物３０％一柏％，黏结剂１２％一２０％。 外加剂０。ｌＯ％一０。２０％。采用该法制备的保温材・ 料具有耐压强、导热率低等特点，产品保温性能好， 但该法对石煤废渣的处理量不大，难以大量利用石
源研究，Ｚ∞２（３）：３６．３７．
其中水泥的加入明显提高钒渣基层材料的早期强
度；当钒渣用量为６０％时，掺入３％的水泥即可达到 基层材料的强度要求。 路面基层材料可大量使用提钒尾渣。
２提钒尾渣资源化利用应注意的问题
２．１放射性
【４】
吴显明。何则强，麻明友。等．一种以铅锌尾矿与石煤提钒渣或
石煤为主要原料制备水泥熟料的方法：中国，２０∞１００４４４８７．２
部门。
・３３８．
陈文祥：含钒炭质页岩提钒废渣资源化利用研究进展
一ｌＯ．Ｏ，密度２．４—２．６∥ｍ３，沉实体积Ｏ．９—１．１ ｍＬ／ｇ；基本性能与半补强炭黑和通用炭黑相当，能 改善制品性能，大幅度降低橡胶制品成本；广泛应用 于橡胶、电缆和塑料等行业，其经济、社会、环保效益 显著。 １．８提钒尾渣用于路面基层材料 习应祥等¨副根据湖南岳阳市新开塘乡工业钒 矿冶炼废渣的物理性质、化学成分及活性，按ｔ‘Ｊ（水 泥）：钾（石灰）：似（土）：似（钒矿渣）＝５：５：２０：８０比 例混合，厚度２５ ｃｍ。分２层铺筑，用于沥青路面的 底基层；按埘（水泥）：加（钒矿渣）：加（矿石）＝７：７０： ３０比例配合，厚度１５ ｃｍ，用于沥青路面基层；按ｔ‘， （水泥）：埘（钒矿渣）＝７：１００比例混合，厚度２０
ｈ，最大粒径≤Ｏ．５脚占７０％以上且最
大粒径不大于２删。所得烧结砖的吸水率和饱和
系数均达到非严重风化区的黏土砖和粉煤灰砖的要
巨大。用提钒尾渣作瓷砖坯料已研究了多年。将钒 矿尾渣与其他陶瓷原料计算配比，加工后再进行压 铡成形或挤压成形制成砖坯，经过高温烧成后即成 为黑胎瓷砖产品【ｌ¨。用钒矿尾渣生产的瓷砖烧结 性能好。色泽纯正，质地坚硬耐磨，在使用性能与外
蒸汽养护或太阳能养护而成的建筑用砖，其规格为
２４ ｃｍ×１１．５
ｃｍ×５．３伽，自然容重ｌ
７００—ｌ ８００
ｋｇ／ｍ３，抗压强度７．５—２０ ＭＰａ，抗冻强度损失＜ ２０％，干燥收缩＜０．６ ｍｎ∥ｍ，放射性比活度＜ｌ。这 种方法具有良好的社会效益、环保效益、经济效益， 开创了国内合理利用钒渣之先例。 时亮等…对石煤渣烧制普通建筑用砖进行了
量较高。需要充分考虑放射性核素的限量对资源化
产品的影响，并充分考虑尾矿质页岩浸出提钒过程产生的水溶性
物质不易洗涤干净，制备产品时，应充分考虑浸出毒 性物质的稳定化处理，确保制品安全。
参考文献 【ｌ】 【２】 王商法．石煤沸腾炉渣作水泥混合材是水泥磨节电的新途径 【Ｊ】．水泥．１９９２（７）：１３－１６． 戴文灿．石煤资源清洁利用及固废资源化研究【Ｄ】．广州：广 东工业大学，２∞１． 【３］筑文烛，朱柒金，孙永裕．废渣资豫化和用豹研究［Ｊ］．再生资
求。 １．２利用提钒尾渣生产墙体砖
戴文灿等∞１研究利用焙烧提钒尾渣等量法取 代水泥制备混凝土。废渣的加入能改善混凝土的流 动性、可泵性，增加混凝土的坍落度、扩展度。超细
生产墙体砖是工业废渣的利用方向之一。２０００
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增刊
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２０１１年９月
年，岳阳市新开新型建材厂完成了“新型建材钒渣 砖”的研究＂】。新型建材钒渣砖（灰砂砖）是用钒 渣、石灰、少量添加剂经搅拌、消化、压制成型，再经
含钒炭质页岩是钒的重要资源之一。含钒炭质
页岩中Ｖ：０５含量低，平均品位０．８％，提取钒后尾
石煤废渣能与水泥形成二级微观填充体系，提高混 凝土的密实度，并能明显增强混凝土的耐久性和耐 腐蚀性；但由于尾渣掺入量少于２０％，消耗尾渣的
量有限。
渣的量非常大。Ｖ２０５总回收率按８０％估算，每生
产ｌ
ｔ
Ｖ２０５。约产出１５６ ｔ尾渣。目前国内Ｖ２０５年
时亮怫’以提钒浸出渣为主要原料．配加黏土、 六偏磷酸钠和有机钠盐．按埘（石煤渣）：叫（黏土）： 埘（黏结剂（十二醇硫酸钠））：彬（六偏磷酸钠）＝７７ ：１５：３：５配方，加入４０％一４３％的水，控制成球颗粒 直径小于２．５ ｃｍ，在１０５℃下干燥至恒重，控制焙 烧温度ｌ ２２０℃，焙烧时间１４ Ｉｎｉｎ，烧制出的陶粒产 品密度为７７６ ｋｇ／ｍ３，筒压强度２．１ ＭＰａ，吸水率
产量约６万一７万ｔ，其中含钒炭质页岩按ｌ万ｔ计 算，则产出１５６万ｔ提钒尾渣。大量尾渣挤占农田，
破坏生态，污染环境，严重制约提钒工业的发展，因
“一种以铅锌尾矿与石煤提钒渣或石煤为主要 原料制备水泥熟料的方法”发明专利Ｈ１表明：将生
料按铅锌尾矿７０％一７５％、石煤提钒渣１２％一１８％ （或石煤１５％一２０％）、氧化铝０—２％、铁粉Ｏ一
（２）含钒炭质页岩提钒尾渣成分复杂，所以首 先要充分考虑尾渣的物质组成，这是尾渣资源化的 重要基础； （３）由于尾渣数量巨大，需要优先选择能够大 量利用尾渣的方案，并充分考虑钒矿山附近相关辅 助资源配置情况，以创造更大的环境效益； （４）含钒炭质页岩提钒尾渣天然放射性核索含
用于水泥混凝土路面基层。配料中加人３０％以上
废渣时，可显著提高压实效果。这种工业废渣用作
路面基层材料可以节省工程费用，改善生态环境，具 有良好的经济效益和社会效益。 孟庆余等ｕ叫测试了湖北省崇阳县焙烧提钒废 渣的理化性能。针对低等级公路的底基层和基层材 料的强度要求研究了钒渣基层的强度发展特点。结 果表明：水泥石灰土稳定钒渣可用作路面基层材料。
观上可与黑色天然花岗岩相比肩。目前，有些瓷砖
求，抗压强度达到ＭＵｌ０标准，干燥敏感系数与线收 缩系数也满足要求。
Ｉ．３利用提钒尾渣生产微晶玻璃
微晶玻璃是将加有晶核剂的特定组合的玻璃，
在受控条件（一定温度）下进行晶化热处理，使成为
厂已开始利用钒矿尾渣开发研制陶瓷墙地砖产品。
１．６利用提钒尾渣生产保温材料
但其发展势头良好，是未来提钒尾渣资源化利用的
重要方向之一。
１．４利用提钒尾渣生产陶粒 陶粒是采用粉煤灰、黏土、页岩等材料作为原 料，在一定条件下烧结制成的陶质颗粒。陶粒具有 密度小、质轻，保温、隔热，耐火性能优异，抗震性能 好，吸水率低，抗冻性能和耐久性能好，抗渗性好，抗 碱集料反应能力优异，适应性强等优点，广泛应用于 建材、园艺、食品饮料、耐火保温材料、化工、石油等