石煤釩礦直接硫酸浸出試驗(yàn)研究

田宗平,鄧圣為,曹 健,李建文,陳 錚,周永興

(湖南省礦產(chǎn)測(cè)試?yán)醚芯克?湖南長(zhǎng)沙 410007)

·冶 金·

石煤釩礦直接硫酸浸出試驗(yàn)研究

田宗平,鄧圣為,曹 健,李建文,陳 錚,周永興

(湖南省礦產(chǎn)測(cè)試?yán)醚芯克?湖南長(zhǎng)沙 410007)

石煤釩礦中的釩一般均以類(lèi)質(zhì)同象形式取代六次配位的三價(jià)鋁而存在于伊利石或云母晶格中,為將釩從伊利石或云母中浸出,必須破壞含釩礦物伊利石或云母的結(jié)構(gòu)。將礦石粉碎至全部通過(guò)0.15 mm(100目)標(biāo)準(zhǔn)篩,在加熱和有添加劑的協(xié)同作用下,可直接用硫酸浸出石煤釩礦中的釩,再將浸出漿液固液分離,得到藍(lán)色硫酸釩溶液。結(jié)果表明:正常試驗(yàn)條件下,通過(guò)合理調(diào)整添加劑配比,可實(shí)現(xiàn)對(duì)石煤釩礦粉浸出、固液分離,釩的回收率78%以上,該浸出溶液的取得,為后續(xù)提釩工藝提供了技術(shù)保障。

石煤釩礦;硫酸浸出;提釩;試驗(yàn)研究

石煤釩礦是我國(guó)重要的釩礦資源之一,它的總儲(chǔ)量超過(guò)世界其它國(guó)家釩的總儲(chǔ)量,并主要集中在我國(guó)南方各省[1,2]。在目前技術(shù)經(jīng)濟(jì)條件下,一般認(rèn)為石煤中五氧化二釩含量達(dá)到0.70%以上時(shí),才作為石煤釩礦[3],石煤釩礦中五氧化二釩含量達(dá)到0.80%以上時(shí),才具有工業(yè)開(kāi)采價(jià)值[4]和作為工業(yè)生產(chǎn)提取五氧化二釩的原材料。石煤釩礦的主要礦物成分為粘土礦物、絹云母、石英粉砂、炭質(zhì),少量白云母粉砂和金屬礦物。據(jù)南方石煤資源考察報(bào)告[5,6],僅湖南、湖北、江西、浙江、安徽、貴州、陜西七省石煤中含釩就達(dá)11 797萬(wàn)t。

我國(guó)是釩的資源大國(guó),也是釩的消費(fèi)大國(guó),在鋼鐵工業(yè)、玻璃與陶瓷工業(yè)、硫酸與石油化工工業(yè)等行業(yè),都廣泛使用著釩合金、五氧化二釩及釩的化合物[7]。由于釩用途廣泛,且作用特殊,故國(guó)內(nèi)對(duì)從石煤釩礦中提取五氧化二釩的研究也非常廣泛和深入[8,9],在我國(guó)廣泛開(kāi)展資源節(jié)約和環(huán)境友好型社會(huì)的建設(shè)時(shí)期,石煤釩礦用硫酸直接浸出的研究和應(yīng)用前景廣闊。

1 試驗(yàn)樣品

試驗(yàn)樣品采自于湘西某石煤釩礦,該礦屬淺海相沉積礦床,礦體形態(tài)以似層狀較規(guī)則賦存于寒武系下統(tǒng)牛蹄塘組底部,釩一般以類(lèi)質(zhì)同象形式取代三價(jià)鋁和三價(jià)鐵存在于鋁和鐵的礦物中[10],礦石自然類(lèi)型為頁(yè)巖型和硅質(zhì)巖-頁(yè)巖型礦石兩種,本次試驗(yàn)采集的礦石為上述兩種礦石的混合礦,試驗(yàn)樣品常量元素分析結(jié)果見(jiàn)表1,釩物相分析結(jié)果見(jiàn)表2,釩價(jià)態(tài)分析結(jié)果見(jiàn)表3。

表1 試驗(yàn)樣品常量元素分析結(jié)果

2 試驗(yàn)原理與試驗(yàn)流程

2.1 石煤釩礦直接硫酸浸出的試驗(yàn)原理

石煤釩礦中的釩一般以類(lèi)質(zhì)同象形式置換六次配位的三價(jià)鋁而存在于伊利石或云母晶格中,為將釩從伊利石或云母中浸出,必須破壞含釩礦物伊利石或云母的結(jié)構(gòu)。在一定的溫度、硫酸和添加劑的條件下,可直接破壞伊利石或云母結(jié)構(gòu),從而將釩釋放出來(lái),同時(shí)低價(jià)釩被氧化成四價(jià)后被硫酸溶解,再經(jīng)固液分離得到藍(lán)色硫酸釩溶液。

表2 試驗(yàn)樣品釩物相分析結(jié)果

2.2 石煤釩礦直接硫酸浸出的試驗(yàn)流程

石煤釩礦直接硫酸浸出的試驗(yàn)流程如圖1。

圖1 石煤釩礦直接硫酸浸出試驗(yàn)流程圖

2.3 浸出回收率的計(jì)算

試驗(yàn)浸出回收率的計(jì)算按下式進(jìn)行:

浸出回收率(%)=[濾液體積(L)×濃度(g/L) +洗滌液體積(L)×濃度(g/L)]/[礦粉質(zhì)量(g)×含量(%)]×100

3 試驗(yàn)結(jié)果與分析

3.1 礦石破碎與制粉

將礦石通過(guò)烘干后,用鍔式破碎機(jī)、中碎機(jī)、盤(pán)磨機(jī)等將礦石粉碎至全部通過(guò)0.28 mm(60目)、0.18 mm(80目)、0.15 mm(100目)、0.125 mm(120目)、0.10 mm(150目)、0.074 mm(200目)標(biāo)準(zhǔn)篩,在相同的試驗(yàn)條件下進(jìn)行不同粒度礦粉浸出與固液分離試驗(yàn),試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 不同粒度礦粉浸出與固液分離試驗(yàn)結(jié)果

從表4的試驗(yàn)結(jié)果可知,隨著破碎與制粉粒度的減小,礦粉中五氧化二釩的浸出回收率增加,當(dāng)?shù)V粉粒度小于0.15 mm(100目)后,浸出回收率的增長(zhǎng)幅度減緩。同時(shí),礦粉粒度小于0.10 mm以后,浸出漿液的固液分離較難,表現(xiàn)在要使用致密濾紙或?yàn)V布且過(guò)濾速度慢。綜合考慮試驗(yàn)速度、成本和標(biāo)準(zhǔn)粒度控制的難度,試驗(yàn)采用90%以上通過(guò)0.15 mm(100目)標(biāo)準(zhǔn)篩的礦粉。

3.2 硫酸用量和濃度對(duì)浸出回收率的影響

固定其它試驗(yàn)條件,通過(guò)改變硫酸用量和濃度進(jìn)行礦粉浸出與固液分離試驗(yàn),試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖2。

圖2 硫酸用量與浸出回收率關(guān)系曲線

從圖2的試驗(yàn)結(jié)果可知,隨著硫酸用量的增加,其浸出回收率也隨之增大,當(dāng)浸出液中硫酸濃度為175 g/L左右時(shí),浸出效果較好。但隨著硫酸用量或濃度的繼續(xù)增加,浸出效果沒(méi)有很明顯的提高,試驗(yàn)中采用165～180 g/L的硫酸用量和濃度。同時(shí),反應(yīng)固液比的改變,可達(dá)到調(diào)節(jié)硫酸消耗的目的,故試驗(yàn)中控制反應(yīng)固液比為1∶1.2～1.5。

3.3 浸出溫度對(duì)浸出回收率的影響

固定其它試驗(yàn)條件,通過(guò)改變浸出溫度進(jìn)行礦粉的浸出與固液分離試驗(yàn),試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖3。

圖3 浸出溫度與浸出回收率關(guān)系曲線

從圖3的試驗(yàn)結(jié)果可知,反應(yīng)溫度越高,試驗(yàn)樣品的浸出回收率越高,但當(dāng)反應(yīng)溫度高于85℃后,浸出回收率的增長(zhǎng)緩慢,試驗(yàn)選擇反應(yīng)浸出溫度90 ±5℃。

3.4 浸出時(shí)間對(duì)浸出回收率的影響

固定其它試驗(yàn)條件,通過(guò)改變浸出時(shí)間進(jìn)行礦粉的浸出與固液分離試驗(yàn),試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖4。

圖4 浸出時(shí)間與浸出回收率關(guān)系曲線

從圖4的試驗(yàn)結(jié)果可知,浸出時(shí)間越長(zhǎng),試驗(yàn)樣品的浸出回收率越高,但當(dāng)反應(yīng)時(shí)間超過(guò)5 h后,浸出回收率的增長(zhǎng)緩慢,試驗(yàn)選擇反應(yīng)浸出時(shí)間6 h。

3.5 添加劑種類(lèi)和用量對(duì)浸出回收率的影響

固定其它試驗(yàn)條件,通過(guò)改變添加劑種類(lèi)和用量進(jìn)行礦粉的浸出與固液分離試驗(yàn),試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖5。

從圖5的試驗(yàn)結(jié)果可知,上述3種添加劑均能滿足石煤釩礦提釩需要,但添加劑C明顯較添加劑A和添加劑B的浸出回收率高,上述3中添加劑的選擇使用,可根據(jù)生產(chǎn)成本控制、環(huán)境保護(hù)和其它控制需要確定和選擇。

圖5 添加劑種類(lèi)和用量與浸出回收率關(guān)系曲線

同時(shí),添加劑用量越多,試驗(yàn)樣品的浸出回收率越高,但當(dāng)添加劑用量超過(guò)2%后,浸出回收率的增長(zhǎng)緩慢,為確保浸出反應(yīng)對(duì)添加劑的需要,達(dá)到降低生產(chǎn)成本,減少雜質(zhì)引入等目的,試驗(yàn)選擇添加劑用量為礦粉重量的3%。

3.6 試驗(yàn)條件驗(yàn)證

將粉碎至90%以上通過(guò)0.15 mm(100目)標(biāo)準(zhǔn)篩石煤釩礦粉1 000 g,置于3 000 mL的反應(yīng)器中,加入礦粉重量3%的添加劑、1 200 mL水和110 mL的濃硫酸,在加熱至90℃后攪拌浸出6 h,控制反應(yīng)溫度在90±5℃,并經(jīng)常補(bǔ)水使反應(yīng)固液比在1∶1.3左右,反應(yīng)完成后趁熱進(jìn)行固液分離,濾渣用1 000 mL水洗滌并再次進(jìn)行固液分離,試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表5,浸出液成分分析結(jié)果見(jiàn)表6。

表5 礦粉浸出及固液分離試驗(yàn)結(jié)果表

從表5的試驗(yàn)結(jié)果可知,在試驗(yàn)選擇的綜合條件下進(jìn)行石煤礦粉的浸出和固液分離,可使石煤礦粉中的五氧化二釩的浸出回收率達(dá)到78%以上。

3.7 浸出液成分分析

弄清浸出液中的有用、有害成分,可為后續(xù)工藝研究提供科學(xué)依據(jù),對(duì)浸出液的成分進(jìn)行五氧化二釩和硫酸的容量分析,對(duì)溶液中的其它共存元素進(jìn)行全譜分析,試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表6。

表6 浸出液成分分析結(jié)果表

從表6浸出液成分分析結(jié)果可知,浸出液中主要有用成分為藍(lán)色硫酸釩,其它有用金屬含量低;主要有害成分為硫酸、鈣、鎂、鋁、鐵、鈦等,后續(xù)通過(guò)濾液酸度調(diào)整,釩的氧化和離子交換等可達(dá)到對(duì)釩的分離,該研究工作正在進(jìn)行中。

4 結(jié) 論

1.該石煤釩礦粉碎至90%以上通過(guò)0.15 mm (100目)標(biāo)準(zhǔn)篩,加入礦粉重量3%的添加劑和165～180 g/L的硫酸,控制固液比1∶1.2～1.5,在加熱至90±5℃后攪拌浸出6 h,可實(shí)現(xiàn)礦粉中釩的浸出回收率大于78%。

2.采用硫酸與添加劑協(xié)同直接浸出石煤中的釩比焙燒法提釩工藝,廢氣排放量大大減少,廢氣中不含Cl2、SO2、HCl等有毒有害氣體。

3.石煤釩礦直接用硫酸與添加劑協(xié)同浸出提釩,工藝簡(jiǎn)短、生產(chǎn)設(shè)備投資少,有良好的研究和應(yīng)用前景。

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Abstract:Vanadium in stone coal vanadium mine generally are class quality with like forms to replace the six with a bit of trivalent aluminum present in the lattice of illite or mica for vanadium leaching from illite or mica.It must destroy the structure containing vanadium mineral illite or mica.Ore crushed all through the 0.15 mm(100 mesh)standard sieve,heating and additive synergy,can be directly used in the sulfuric acid to leach V of the stone coal vanadium mine and then separate the leaching slurry to get the blue sulfuric acid vanadium solution.The results showed that:under normal test conditions,by adjusting the ratio of additive,the stone coal vanadium ore lenching and solid-liquid separation could be realized,and more than 78%of the V was recoveried.The acquisition of the leaching solution provided technical support for the follow-up vanadium extraction.

Key words:stone coal vanadium mine;sulfuric acid leaching;vanadium extraction;experimental study

Study on Direct Sulfuric Acid Leaching Test of Stone Coal Vanadium Mine

TIAN Zong-ping,DENG Sheng-wei,CAO Jian,LI Jian-wen, CHEN Zheng,ZHOU Yong-xing
(Hunan Institute of Mineral Resources Test and Utilization,Changsha410007,China)

TF84

A

1003-5540(2012)03-0017-03

2012-04-16

湖南省科技廳科技計(jì)劃項(xiàng)目(2010GK3187)。

田宗平(1963-),男,高級(jí)工程師,主要從事濕法冶金、化工工藝、分析測(cè)試和環(huán)境保護(hù)研究工作。