低鈣鎂石煤釩礦熟化浸出工藝研究①

萬洪強， 李 靜， 張麗芬， 羅 豪， 田子瑜

（長沙礦冶研究院有限責任公司，湖南 長沙 410012）

低鈣鎂釩礦（鈣鎂總含量不高于3%）作為釩礦資源的一種類型，約占全國釩礦資源儲量的1／3；湖南岳陽、江西修水等地區絕大多數釩礦資源屬于此類型[1-3］。 低鈣鎂釩礦的特點在于礦物堿度低、二氧化硅含量高，大部分屬于硅質或碳硅質釩礦，浸出過程中硅酸鹽中的硅容易進入溶液[4-6］，給后續提釩處理帶來困難。

針對低鈣鎂釩礦的特點，以及石煤提釩工藝研究現狀[7-9］，本文采用硫酸熟化浸出工藝處理此類石煤釩礦，通過在特定條件下對原礦物料進行熟化處理，達到破壞硅質或碳硅質石煤的目的，然后在常溫低酸條件下浸出，實現低鈣鎂釩礦常溫高效全濕法提釩。

1 實驗

1.1 實驗原料

實驗所用原料為我國南方某地石煤釩礦，其X 射線熒光光譜分析結果見表1。 由表1 可知，礦石中主要礦物為硅酸鹽礦物，二氧化硅含量為69.34%；主要有價元素為釩，V2O5品位為1.07%；其他有價金屬元素含量較低。

表1 石煤釩礦熒光光譜分析結果（質量分數）%

石煤釩礦樣品的XRD 分析結果見圖1。 樣品主要組成成分為石英、高嶺石、云母、方解石和重晶石。

圖1 原礦XRD 衍射圖譜

石煤釩礦樣品釩物相分析結果見表2。 礦樣中釩主要分布在鐵鋁石（氧化鐵及黏土礦物）、含釩云母類礦物、石榴石3 種物相中，其中前2 種礦物中的釩占91.59%。

表2 礦石中釩化學物相分析結果

原礦粒級分布如表3 所示。 礦物的粒度組成在制定磨礦工藝的過程中起著重要作用。 由表3 可知，47.90%的礦物處在0.154 ～0.28 mm 粒級，該粒級V2O5品位1.04%；隨著粒度減小，各粒級礦物產率總體呈下降趨勢。 通過礦石中釩和碳產率和占有率的對比分析，釩和碳在各個粒度級的品位差別不大，分布較為均勻，無法直接通過篩分的方式進行簡單地富集分離。

表3 原礦粒級分布情況

1.2 實驗與試劑

實驗主要試劑包括濃硫酸、磷酸、硫酸亞鐵銨、高錳酸鉀、碳酸鈉、氫氧化鈉、氯化銨，均為分析純；實驗用水為自制純凈水。

1.3 實驗方法

每次稱取石煤礦200 g 放入燒杯中，加入10%（質量分數）純凈水和一定量濃硫酸，攪拌均勻后，倒入熟化裝置中，加熱，在設定溫度下熟化一段時間，熟化后將熟料與一定量純凈水混合，于一定溫度及轉速下攪拌浸出，將浸出后的礦漿抽濾，得到含釩浸出液及濾渣。 將濾渣烘干稱量；采用硫酸亞鐵銨法測定浸出液中釩含量，計算釩浸出率。

2 實驗結果與討論

2.1 礦物粒度對釩浸出率的影響

在一個浸出體系中，存在最佳的礦石粒度范圍，粒度過粗，達不到要求的浸出率；粒度過細，增加破碎的能量消耗。 為考察礦物粒度對釩浸出率的影響，通過控制碎礦與磨礦條件，選取5 個樣品進行熟化實驗，原料粒度組成見表4。 設定硫酸用量（硫酸與礦物的質量比）20%、熟化溫度120 ℃、熟化時間8.5 h，熟料用水于室溫下攪拌浸出2 h、液固比2 ∶1，礦物粒度對釩浸出率的影響見圖2。

圖2 礦物粒度對釩浸出率的影響

表4 樣品粒度組成

從圖2 可以看出，隨著礦物粒度變細，釩浸出率不斷升高，雖然L-5 浸出率最高，達到了90.2%，但其磨礦時間過長，磨礦能耗大。 綜合考慮，L-4 樣品（即粒級－0.15 mm 礦樣）釩浸出率達到88.5%，且磨礦能耗適中，后續選擇該粒度的樣品進行實驗。

2.2 硫酸用量對釩浸出率的影響

礦物粒度－0.15 mm，其他條件不變，硫酸用量對釩浸出率的影響見圖3。

圖3 硫酸用量對釩浸出率的影響

由圖3 可知，隨著硫酸用量增加，釩浸出率不斷提高，當硫酸用量達到20%時，釩浸出率達到88.5%，繼續增加硫酸用量，釩浸出率不再上升，選擇硫酸用量20%進行后續實驗。 硫酸用量是影響釩浸出率的重要因素，這是因為釩浸出率與石煤中云母的解離程度有關，熟化過程中硫酸用量增加，有利于破壞石煤中的云母結構，釋放礦物中被晶格包圍的釩，釩浸出率得到提高。

2.3 熟化時間對釩浸出率的影響

硫酸用量20%，其他條件不變，熟化時間對釩浸出率的影響如圖4 所示。

圖4 熟化時間對釩浸出率的影響

由圖4 可知，首先釩浸出率隨熟化時間增加而增加，當熟化時間達到8.5 h 時，釩浸出率較高，繼續延長熟化時間，釩浸出率反而下降，選擇熟化時間8.5 h。

2.4 熟化溫度對釩浸出率的影響

熟化時間8.5 h，其他條件不變，熟化溫度對釩浸出率的影響如圖5 所示。

圖5 熟化溫度對釩浸出率的影響

石煤釩礦常溫熟化時間較長，生產效率低，為了加快反應速度，需要在一定溫度下進行熟化處理。 從圖5可知，隨熟化溫度升高，釩浸出率迅速提高，120 ℃時，釩浸出率達到88.8%，而后釩浸出率隨著溫度升高逐漸下降，適宜的熟化溫度為120 ℃。

2.5 驗證實驗

單因素實驗確定的適宜工藝條件為：原礦粒徑－0.15 mm、濃硫酸用量20%、熟化溫度120 ℃、熟化時間8.5 h，熟料用水于室溫下攪拌浸出2 h、液固比2 ∶1，在此條件下進行驗證實驗，得到的浸出液主要成分如表5 所示。

表5 浸出液成分g／L

由表5 可知，浸出液中V2O5濃度為4.23 g／L，SiO2濃度為0.08 g／L。 通過分析計算得出釩浸出率為88.6%。 與直接酸浸或焙燒酸浸工藝相比，熟化浸出溶液中的硅含量大幅降低，硅的影響幾乎可忽略不計，這使后續萃取工序難度大大降低。

3 結論

1） 硫酸熟化-水浸出實驗的優化工藝為：礦石粒度－0.15 mm、濃硫酸用量20%、熟化溫度120 ℃、熟化時間8.5 h，熟料用水于室溫下攪拌浸出2 h、液固比2 ∶1，此條件下釩浸出率達到了88.6%。

2） 熟化浸出溶液中SiO2濃度為0.08 g／L，比傳統酸浸工藝中硅含量大幅降低，大大降低了后續萃取工序難度。

3） 硫酸熟化-水浸出工藝避免了高能耗的焙燒過程，工藝流程簡單、清潔環保，是一種開發利用低鈣鎂釩礦常溫高效的石煤提釩新技術。