預處理-堆浸-萃取石煤濕法提釩室內擴大試驗研究

梁建龍，劉慧娟，史文革，胡鄂明(.南華大學核資源工程學院，湖南 衡陽 400；.南華大學數理學院，湖南 衡陽 400)

預處理-堆浸-萃取石煤濕法提釩室內擴大試驗研究

梁建龍1，劉慧娟2，史文革1，胡鄂明1
(1.南華大學核資源工程學院，湖南 衡陽 421001；2.南華大學數理學院，湖南 衡陽 421001)

本文是在進行預處理-堆浸-萃取室內小試的基礎上又進行了噸級的室內擴大試驗，主要對小試相關相關參數進行驗證和確定，室內擴大試驗對小試中難以測定的相關重要參數進行確定，同時還介紹了預處理工藝和設備，堆浸工藝和設備，萃取工藝和設備，對最終產品V2O5進行了檢驗，產品達到國家冶金級99產品要求，最后對廢水進行了處理及檢驗，廢水達到了國家排放標準。

預處理；堆浸；萃取；石煤；提取釩

傳統石煤提釩工藝中一般采用鈉化焙燒-水浸出離子交換回收釩，但此工藝存在三大弊端: 一是加鹽焙燒產生氯氣和鹽酸，造成環境污染嚴重；二是浸出率低，V2O5回收率只有40%～50%，資源回收率低，造成資源的嚴重浪費；三是最佳溫度控制范圍太窄，只在810℃±10℃焙燒最好，溫度過低或溫度過高都不利于浸出，所以現在已禁用此法生產釩[1-3]。

核工業北京化工冶金研究院漆明鑒[4]采用礦石破碎磨細加酸加溫攪拌浸出萃取回收的方式使回收率達到75%左右，但存在能耗高，設備要求防腐，尾渣細含水率高不好再利用等缺點。

梁建龍等[5]于2012年進行了預處理-堆浸濕法提帆室內小試，從試驗來看，原礦經破碎至-4 mm，加入20%濃硫酸、提高溫度至130℃預處理，加助浸 2 kg/(t礦石)，加黏合劑2%LN3或0.5% LN1+1.5% LN3 制粒，再堆浸提釩，V2O5浸出率達到92%以上，礦石滲透性良好；石煤濕法冶金提釩新工藝具有礦石不需細磨，固液分離簡單，可因地制宜堆浸，減小礦石運輸且投資更省，成本更低的優點，大顆粒尾渣可更好的利用，且應用前景良好。為了固定和驗證有關參數，在進行公斤級室內小試的基礎上2014年又進行了擴大試驗，擬進行了噸級的室內連續擴大試驗，本試驗礦石用量3 t多，每堆1 t以上，分三堆，串聯浸出，浸液經處理后經萃取分離，氧化后沉淀釩。室內小試主要進行了工藝流程和相關參數如破碎粒度和制粒黏合劑的類型及數量和浸出率的初步確定，擴大試驗主要確定萃取相關參數和礦石預處理等小試難以確定設備、工藝的相關參數的確定。

1 實驗研究方法

1.1 礦樣來源和原礦多元素化學分析

1.1.1 礦樣來源

礦樣取自湖南衡陽縣一個釩礦點，礦樣大約有3 t多,在礦點的上部主要為黃色氧化礦,在礦點下部為黑色的原生礦,取樣原礦樣分為氧化礦(地表樣，顏色黃色)與原生礦(地下，距地表約100 m，顏色為黑色)約為10∶1(w/w)實為綜合樣。本次試驗作為原礦樣。

1.1.2 原礦多元素分析

原礦多元素化學分析見表1。原礦經自然風干脫水后，經粗碎，再細碎至-4 mm。

取上述2 kg破碎后樣進行水析粒度分析見表2。從表2看出，釩在各粒級分布無大差別。

表1 原礦化學多元素分析結果

表2 礦石破碎后粒度分析

1.2 礦石預處理

經破碎至-4 mm礦樣，加入20%(w/w)濃硫酸與礦樣充分混合，后放置于900 mm×900 mm×2 000 mm的布滿蛇形管預處理容器中，外面用保溫材料進行保溫，蛇形管在容器中的間距約為20 mm，每次預處理量為1 t左右，加熱系統用導熱油在外預先加熱至150 ℃左右后泵入預處理器加熱礦石，導熱油沿管道(Φ=25 mm)到預加熱器中加熱礦石，導熱油沿管道可循環回到加熱器中進行再加熱，這樣循環往復。礦堆放入上部和下部分別溫度計進行監測，當溫度達到預定值130℃時,開始計時,這樣持續加溫10～11 h。到時，冷卻室溫后加黏合劑制粒后裝堆。

1.3 制粒和裝堆

礦石經預處理后，第一堆加入黏合劑2%(w/w)LN3制粒，礦量為1.13 t，第二堆、三堆加入黏合劑0.5%LN1+1.5%LN3制粒，堆重分別為1.12 t和1.17 t，制粒機為Φ1 000 mm制粒停留時間為8 mim，制粒后放置24 h后，放入400 mm×400 mm×300 mm的容器中，低部有出液孔(管)，放入2 mm大的鵝卵石粗砂，高5 mm，后放入高約1 mm-30目細砂，第一堆裝堆2.78 m高，第二堆裝堆2.76 m高，第三堆裝堆2.88 m高。

1.4 淋浸

為了避免淋浸液對礦堆顆粒的沖擊，在礦石表面蓋上1 mm厚海綿，采用高位槽滴管布液，最初淋浸強度為10 L/m2·h，每天淋浸用水L/S=0.1,記為一級，每天采用間歇淋浸，淋浸8～10 h后，再停淋10～16 h，淋浸后期淋浸強度可逐漸增大，最后，淋浸強度可達30 L/m2·h。經22 d浸出,淋浸劑為自來水加2 g/L助浸劑,其中。前11級由于釩浸出濃度高，不串堆，11級后串堆(大約釩濃度約為500 mg/L時)，當釩浸出濃度低于100 mg/L時即認為到達淋浸終點。

1.5 萃取分離

1.5.1 萃取前溶液預處理

由于浸出前采取高溫高酸，Fe、Al、Mg等雜質離子大量被浸出，在制取釩產品之前，須對浸出液除雜，本次擴大試驗采用P204萃取分離和富集釩。P204+TBP萃取釩的最佳 pH值為2.0～2.5，而浸出液pH值在0.8～0.9之間，因此，還原后的浸出液需中和調節pH值。另外，P204對V4+的選擇性比V5+更高，萃取前加入還原劑Na2S2O3，可使V5+還原為V4+，提高釩的萃取率。同時，Na2S2O3將Fe3+還原為Fe2+，能極大地抑制鐵的萃取。還原劑Na2S2O3用量為理論量的1.2～1.3倍(理論計算中假定浸出液中的V離子均為V5+，Fe離子均為Fe3+)，常溫下攪拌還原6 h，控制溶液電位為-200～-250 mV，還原后加入氧化鈣礦粉調節pH值，最后可用氧化鈣(熟石灰)調整到所需pH值。

1.5.2 萃取過程

萃取采用六級萃取、二級洗鐵、三級反萃、二級洗水的萃取過程。

混合室：長×寬×高=100 mm×100 mm×130 mm。

澄清室：長×寬×高=400 mm×100 mm×130 mm。

萃取過程中有機相為10%P204+5%TBP+85%(v/v)磺化煤油協同萃取釩；反萃液為100 g/L硫酸溶液，反鐵采用220 g/L鹽酸溶液。萃取參數如下：萃取 5 min，反萃8 min，反鐵5 min。各相流量設計如下：萃取原液：85 L/h；萃取有機相：85 L/h相比A/O=1∶1；反鐵：42.5 L/h；鹽酸洗滌除鐵：42.5 L/h相比A/O=1∶2；反萃液：10.6 L/h相比A/O=1∶8。常溫下萃取，萃取率為98.5%，反萃率99.4%。

1.6 氨水沉釩

用硫酸反萃液釩可達100～130 g/L，先用氯酸鈉調整其電位使釩全部氧化，在60 ℃攪拌1 h，氨水中和至pH=8，再煮沸,沉淀生成紅釩(偏釩酸銨)，過濾，洗滌。母液中含釩為0.62～0.82 g/L。回收率為99.18%～99.8%烘干，于500～550 ℃煅燒2～3 h，生成橙黃色(或棕紅色)粉末。

1.7 廢水處理。

采用硫酸法從石煤釩礦中提釩的工藝過程中所產生的工藝廢水、萃余液、貧有機相再生液、沉釩母液等,均可返回浸出、浸渣洗滌、萃原液制備等工序循環使用。多余的工業廢水，根據小型試驗提出的流程和工藝參數,可先采用石灰石中和至pH=4.5再用石灰中和法處理pH=8。控制條件：石灰石用量4.5%；石灰用量1.5% (按礦量計)；室溫;加料時間0.5 h；攪拌陳化1.0～1.5 h。

2 結果與討論

2.1 淋浸

淋浸終點計算礦石的壓實度。擬證明礦堆的好壞。

壓實度按下式計算：壓實度=(H1-H2)/H2×100%。式中：H1為淋浸前礦石顆粒高度，m；H2為淋浸后卸柱之前礦石顆粒高度，m。

壓實度百分比越大，說明易壓實，顆粒越易泥化，礦粒下降越大，其礦粒濕強度越小。一般認為如果壓實度不大于20%，證明礦堆泥化不嚴重，粒子完好。說明堆浸能正常進行。

從表3看出，各堆壓實度不大于20%，證明各堆粒子狀況良好，從各堆淋浸終點倒出粒子也證明除個別粒子與器壁有掛傷外，其余粒子完好無損。

2.2 淋浸有關重要參數匯總

淋浸有關重要數據，見表4。

2.3 浸出液的組成

浸出液的組成見表5。由于浸出前后液體組成變化很大，該液體樣品為綜合樣。

2.4 精釩產品質量檢驗

該次試驗產品質量分析見表6。擴大結果表明：①銨鹽沉釩結果與小試結果一致，沉釩率達98.81%；②精釩產品中V2O5的質量分數達99.14%，產品純度及質量均達到或超過國家標準(GB3283—82)冶金99和國家出口標準的要求。

2.5 廢水處理

廢水試驗結果列于表7。

從廢水處理結果可知:工業廢水處理前，各有害元素的質量濃度均超過國家規定的最大允許排放標準經石灰中和處理凈化后，廢液清亮，透明，無色，有害元素質量濃度均降低，達到國家排放標準尾渣比放性強度符合國家放射性防護規定的要求。

表3 各堆壓實度

表4 淋浸有關重要參數匯總

表5 浸出液綜合樣的組成

表6 精釩的產品質量分析結果

表7 廢水處理試驗結果

2.6 尾渣的再利用

尾渣比放射性強度:總α=3.3 Bq/kg，總β=0.5Bq/kg，停淋24 h后，含水率28.7%，比攪拌浸出低得多，如果放置更久，含水率會更低，可考慮制建筑用紅磚或做水泥添加料。

3 結 論

通過本次室內擴大試驗得出以下幾點結論。

1)室內小試主要進行了工藝流程和相關參數如破碎粒度和制粒黏合劑的類型及數量和浸出率的初步確定，室內擴大試驗主要確定萃取相關參數和礦石預處理等難以測定設備、工藝的相關參數的確定，以及室內擴大試驗對室內小試結果和結論的再驗證。

2)通過采用預處理-堆浸-萃取回收釩工藝具有可行性，工藝簡單，可就地建廠，設備節省,與礦石磨細后再加溫浸出相比，具有運行費用低，成本低，尾渣顆粒大，含水率低(28.7%)，可考慮尾渣再利用。

3)從表6看精釩產品質量符合國家標準(GB3283—82)冶金99和國家出口標準的要求。

4)從表2來看，各堆壓實度不大于20%,根據酸法制粒標準，證明制粒粒子較好，堆浸制粒粒強度是堆浸成的關鍵，即耐酸又價廉的制粒劑是堆浸能否順利進行的關鍵。

5)由于堆浸才開始時，浸出釩濃度比較高，后濃度慢慢下降，對萃取來說，是一個不利因素。怎么調整釩濃度達到一個基本平衡，要從多方考慮。或者考慮離子交換回收,可能更好更容易達到平衡。

[1] 張蘊華.五氧化一釩的生產上藝及其污染治理[J].廣州化工，2006，33(4): 77-79.

[2] 包申旭,張一敏.全球釩的生產、消費及市場分析[J].中國礦業，2009，18(7):12-15.

[3] 王忠,王軍.國內外五氧化二釩市場狀況與分析[J].礦冶,2007，16(2): 47-51.

[4] 漆明鑒.酸浸法從石煤中提釩的中間試驗研究[J].濕法冶金，2000(2)：8-16.

[5] 梁建龍，劉慧娟，王清良,等.預處理-堆浸-石煤濕法冶金提釩新工藝[J].現代礦業，2013(1):111-113.

The indoor expansion experiment of extracting vanadium from wet stone coal based on pretreatment-heap leaching-extraction

LIANG Jianlong1，LIU Huijuan2，SHI Wenge1，HU Eming1
(1.School of Nuclear Resource and Engineering，University of South China，Hengyang 421001，China; 2.School of Mathematics and Physics，University of South China，Hengyang 421001，China)

This paper is in the pretreatment-leaching-extraction based on the laboratory test of tons of indoor scale test of laboratory related parameters were verified and confirmed，indoor test on the test in difficult to expand to the related important parameters were determined，and also introduced the pretreatment process and equipment.Heap leaching and extraction equipment，technology and equipment，the final product V2O5was examined.The products meet the standard of the National Metallurgical Grade 99，at the end of the wastewater treatment and inspection，wastewater reached the national emission standards.

pretreatment; heap leaching; extraction; stone coal ; extracting vanadium

2017-02-09 責任編輯：劉艷敏

梁建龍(1963-)，湖南漣源人，副教授，常年從事濕法冶金和溶浸采礦工作，E-mail:615401@sohu.com。

TD95

A

1004-4051(2017)08-0116-04