石煤釩礦發電提釩工藝工業化試生產

譚愛華,劉景槐,劉振楠,牛 磊

(湖南有色金屬研究院,湖南長沙 410015)

石煤釩礦發電提釩工藝工業化試生產

譚愛華,劉景槐,劉振楠,牛 磊

(湖南有色金屬研究院,湖南長沙 410015)

以V2O50.85%,發熱值5 000～6 500 kJ/kg的石煤釩礦為原料,采用循環化流化床發電-飛灰提釩-尾渣生產水泥工藝,釩浸出率可達82%～83%,從石煤到產品五氧化二釩全流程回收率達51.71%,生產1t V2O5可產出4～5 t副產品白炭黑。工業試生產表明:該工藝提高了石煤資源綜合利用率,有效地降低了產品生產成本,有較好的社會經濟效益。

石煤發電;飛灰提釩;尾渣利用

近年來,我國石煤提釩工業技術裝備發展迅速,石煤提釩企業數量和規模快速增加,石煤提釩工業已進入快速發展軌道。但是傳統工藝技術只開發了石煤資源中的釩資源,產品單一,生產成本依舊偏高。同時石煤中的熱能沒有有效利用,且產出的廢渣需要很大的渣場投資,維護費用較高,環境污染嚴重[1]。湖南某企業采用石煤發電-飛灰提釩-尾渣生產水泥工藝對湖南某石煤釩礦進行提釩工業化試生產,該工藝充分利用了石煤的熱能,資源綜合利用率高,有效地降低企業生產成本,減少了企業對周邊生態環境的破壞,社會經濟效益明顯,為石煤提釩工業技術進步提供了新方法新思路,推動了石煤提釩產業的發展。

1 石煤原料

采用湖南某地石煤釩礦,石煤平均含 V2O50.85%,含碳14%～19%,發熱值為5 000～6 500 kJ/kg。石煤釩礦的主要成分列于表1。

表1 混合石煤釩礦樣化學成分分析結果 %

2 工藝流程

3 工業化試生產

3.1 石煤發電

該企業使用DHCF40-3.82/250-L型單汽包橫置式循環爐,鋼架結構,爐內設有埋管上升管,爐外設有下降管,上部設有高、低兩級過熱器、減溫器,尾部設有省煤器和空氣預熱器。循環流化床產出蒸汽入OF-K6-2發電機發電[2]。循環流化床和發電機主要參數列于表2。

表2 循環流化床和發電機主要參數

循環流化床焙燒過程每天約處理石煤釩礦800 t,原礦經過二級破碎,礦粉最大粒度小于8 mm。粒度分布:0～1 mm占30%,1～3 mm占30%,3～6 mm占30%,6～8 mm占10%。循環流化床床面積為13 m2,采用木炭點火,用煙煤升溫,500℃以上即可啟動引風機等設備進入燃燒升溫階段。循環流化床設有氣動式脫硫設備,排放煙氣二氧化硫濃度含量不超過75 mg/m3,采用脈沖布袋除塵器,粉塵低于50 mg/m3。

圖1 石煤提釩綜合利用工藝流程

流化床點火后,床溫控制在880～900℃,蒸汽溫度425～450℃,蒸汽壓3.2～3.5 MPa,發電機組并網發電,負荷3 000～6 000 kW。運行過程中通過調整床溫控制灰渣比,焙燒結果列于表3,灰、渣主要化學成分列于表4,灰、渣粒度分布列于表5。

從石煤原礦到發電飛灰V2O5回收率為67.18%。

3.2 發電飛灰提釩

影響沙集站發電效率的主要原因是相對水輪機工況發電時的水頭較低，要提高發電效率必須降低電機轉速。技術上主要有以下幾種方案:

3.2.1 焙 燒

發電富集得到的飛灰粒度-0.074 mm 68.6%, V2O51.4%～1.5%,發熱值為960 kJ/kg,在圓盤制粒機內加水制粒粒度Φ6～12 mm,粒料含H2O 10%～13%。焙燒設備為 Ф3.2×11 m立窯,處理量為200～250 t/d。粒子直接入立窯焙燒,控制焙燒溫度880～920℃,粒料在立窯內停留時間5.8～6 h,焙燒礦中V2O5約1.5%,焙燒礦產率95%,V2O5回收率99.0%。

表3 循環流化床焙燒結果

3.2.2 磨礦-浸出

采用Ф2.1×3逆流型球磨機細磨焙燒礦,礦粉粒度-0.074 mm 53.2%。

浸出采用 Ф4.5×5.5浸出槽(體積為90 m3),用上一槽浸出液的60%,加入上一槽浸出渣第一次渣洗水,按焙燒礦粉量的4.5%補加片堿浸出,液固比1.15～1.2∶1,時間5 h,浸出溫度92～98℃,礦漿自然流進浸出槽停留時間為6～8 h。浸出礦漿過濾產出的浸出液V2O520～25 g/L,SiO2100 g/L。產出的浸出渣進行四次漿化洗滌,液固比1.1～1.2∶1,溫度65～75℃,時間 0.5 h,浸出渣 V2O50.25%～0.3%,V2O5浸出率為82%～83%。

表4 灰渣元素分析結果%

表5 灰渣粒度分布 %

3.2.3 浸出液凈化-凈化渣水洗

浸出液主要為含釩的硅酸鈉溶液,含V2O520～25 g/L,SiO2約100 g/L,NaOH70～80 g/L。在凈化槽內加入試劑A后用一定濃度的稀硫酸調pH7～7.5,溫度85～95℃,攪拌1 h,產出的凈化液pH7～8,V2O5約10 g/L,SiO2約0.2 g/L用于提釩。產出的硅膠含H2O70%～80%,含V2O54%～5%,水洗得白色親水性白炭黑粉末,產出的洗水pH約為8、V2O5約10 g/L用于后續提釩。親水性白炭黑濾餅含H2O70%～80%,經過表面改性劑進行改性處理之后即可得活性白炭黑(沉淀二氧化硅,一種白色、無毒、無定形微細粉末物,具有多孔性、高分散性、質輕、化學穩定性好、耐高溫等優良特性,主要用作橡膠、塑料、合成樹脂及油漆品的填充劑),含V2O5小于0.5%,SiO2含量大于90%,化學性能良好[3]。

浸出液凈化-生產白炭黑工序V2O5入液回收率95%。

3.2.4 離子交換

離子交換柱 Ф1.4×5 m,5.50 m3濕樹脂/柱, 1.2 t V2O5/柱。采用717弱堿性陰離子交換樹脂吸附,室溫操作(溫度≥15℃)。產出的凈化液與水洗液pH6.5～7后進入樹脂吸附,產出的吸附尾液V2O50.01 g/L,吸附效率≥99.5%。負載樹脂解吸用200 g/LH2SO4,產出的一次解吸液含V2O550～60 g/L,作為產品沉釩溶液,V2O5解吸率≥99.6%。

3.2.5 沉釩-煅燒

解吸液含V2O550～60 g/L,加少量雙氧水氧化后加入氨水調pH為2,溫度90～95℃,時間1h過濾,產出沉釩尾液+洗水V2O50.04～0.08 g/L,沉釩率99.7%。產出的濕紅釩煅燒,產品五氧化二釩V2O5≥98.0%,達到 YB/T5304-2006國家質量標準。紅釩煅燒過程釩的回收率≥99.5%。

從飛灰到產品V2O5回收率為76.97%,從石煤原礦到產品五氧化二釩的回收率為51.71%。

3.2.6 三 廢

飛灰提釩過程中,粒料在焙燒時產出的煙氣不含HCl、Cl2,含有少量的SO2經除塵后用工藝過程中的堿性廢水吸收后煙囪排放。紅餅煅燒產出的尾氣主要含有NH3、(NH4)2SO4,經工藝過程產出的酸性廢水吸收后直接排放。

吸附尾液80%返回浸出渣的洗滌、浸出液凈化和凈化渣洗滌。沉釩尾液部分返回沉釩,其余采用空氣吹脫-有機/無機復合樹脂吸附法處理,加NaOH調節溶液pH到11,采用鼓風機吹脫趕氨,趕氨后液進入離子交換塔吸附,經吸附后NH3含量小于15 mg/L,達到國家排放標準。負載樹脂采用200 g/LH2SO4解吸,生產產品硫酸銨。

3.3 尾渣綜合利用

試生產發電后產出的底渣和飛灰提釩渣化學組成與粘土基本相同,且Na2O+K2O含量小于5%,放射性檢測符合建材原料要求。底渣作為水泥生產原料,飛灰浸出渣按8%配比摻入水泥原料中。生產工藝如圖2所示。

4 結 語

圖2 提釩渣生產水泥流程

該工藝符合國家關于資源、能源綜合利用、節能減排和可持續發展的政策方針,是一項資源節約型、環境友好型的先進工藝,具有以下特點:

1.采用循環流化床燃燒技術進行發電,充分利用了當地的高發熱值石煤資源。

2.V2O5在發電飛灰中富集,飛灰采用立窯焙燒-燒堿浸出生產產品五氧化二釩,回收飛灰中的有價金屬。

3.每1 t V2O5產出4.5～5t副產品疏水性白炭黑(SiO2含量≥92%),其附加值為0.3～0.4萬元/t。

4.利用發電底渣和飛灰浸出渣生產水泥,不僅省去了投資高、占地大的尾礦壩設施,也消除了潛在的尾渣污染源,將水泥生產與提釩工藝有機銜接,大大降低水泥產品和釩產品的生產成本;由于采用空白焙燒,提釩工藝不產生含HCl、Cl2等有害成分的煙氣;采用燒堿浸出,重金屬難進入浸出液,吸附尾液雜質含量低,可以循環利用,環境效益好。

[1] 《有色金屬提取冶金手冊》編委會.有色金屬提取冶金手冊·稀有高熔點金屬(下)[M].北京:冶金工業出版社,2002.

[2] 劉定宇,李普生.石煤發電及綜合利用 [J].現代節能,1987, (4):27-31.

[3] 崔益順.沉淀白炭黑的制備及表面改性[J].無機鹽工業, 2006,38(11):21-22.

The Industrialized Trial Production for Electrical Extraction
Process of Vanadium from Stone Coal Vanadium Ore

TAN Ai-hua,LIU Jing-huai,LIU Zhen-nan,NIU Lei
(Hunan Research Institute of Nonferrous Metals,Changsha410015,China)

Using as stone coal vanadium ore which isof 0.85%V2O5and whose calorific value is 5 000～6 500 kJ/ kg,adopting the process of generation in circulating fluidized bed,extraction with fly ash and cement production with tailings,leaching rate of vanadium is up to 82%～83%and recovery rate reaches 51.71%,1 t V2O5can produce 4～5 t by-product silica.The industrialized trial production showed that the process was of better social and economic benefits,enhancing comprehensive utilization of stone coal and effectively reducing cost of production.

generation of stone coal;extraction with fly ash;tailings utilization

TF841.3

A

1003-5540(2010)06-0015-03

譚愛華(1983-),女,助理工程師,主要從事有色金屬冶煉工藝研究。

2010-10-22