石煤提钒的最佳焙烧酸浸条件.pdf

第6 0 卷第3 期 20 08 年8 月 有色金属 N o n f e r r o u sM e t a J s V d ．6 0 ，N o ．3 A u g u s t 2 008 石煤提钒的最佳焙烧酸浸条件 徐永新1 ，杨欢2 1 ．中国矿业大学 北京 ，北京1 0 0 0 8 3 ；2 ．北京华夏建龙矿业科技有限公司，北京、1 0 0 0 7 0 摘 要采用正交实验研究焙烧一硫酸浸出法从石煤中提取五氧化二钒的最佳条件。结果表明，硫酸浓度对浸出率影响高 度显著．浸出率随酸浓度增加显著提高。培烧温度对浸出率的影响也比较显著，适宜的焙烧温度为8 0 0 ℃。焙烧时间和浸出时间 对浸出宰有一定影响，与硫酸浓度和焙烧温度相比要小得多。石煤提钒的最佳浸出条件为硫酸的浓度2 0 ％，焙饶温度8 0 0 ℃，焙 烧时间2 h ，浸出时问为2 h ．浸出温度9 0 ℃。 关键词冶金技术；石煤提钒；正交实验；焙烧；酸浸 中国分类号T F 8 4 1 ．3 ；T F S 0 2 ．6 7 ；T F S 0 3 ．2 1文献标识码A 文章编号1 0 0 1 0 2 1 1 2 0 0 8 0 3 0 0 7 4 0 4 从石煤中提取五氧化二钒及其他稀有金属是石沉钒和炒钒阶段的回收率。在这些环节中，只有焙 煤综合利用的重要组成部分，国外这方面研究较少，烧转化率和浸出率目前还比较低，严重影响钒的总 仅有美国矿业局采用钠 氯 化焙烧，硫酸浸出，溶剂回收率，因此．优化工艺过程中焙烧条件和浸出条 萃取，铵盐沉钒工艺从白云页岩中提取钒[ 卜引。件，对于提高钒的综合回收率，降低生产成本，增加 我国从石煤中提钒由2 0 世纪7 0 年代开始，最 企业经济效益起着至关重要的作用。 初都是采用石煤钠化焙烧一水浸工艺[ 3 - 4 ] ，工艺简对氧化焙烧一浸出工艺中焙烧温度、焙烧时间、 单，适合小规模的生产，但缺点是钒的回收率低，焙浸出酸度和浸出温度进行试验分析，为工业生产的 烧过程中加入氯化钠，使得烟气中产生氯气和氯化参数控制提供依据。 氢气体排出。对环境产生严重污染。近年来，国内一 ．小。．、．．。 些科研、生产部门为了提高矿石中五氧化二钒的总 上 天短力次 _ ． 回收率、简化工艺流程，降低钒的生产成本j 减少“三1 ．1 试验样品 废”对环境的污染，做了大量的研究，提出了石煤直石煤样品采自湖北某地石煤矿。该地区含钒石 接酸浸一溶剂萃取【5 】、钙化焙烧一碳酸化浸出[ 6 】、煤矿体主要赋存于寒武系下统王音铺组富含磷及碳 氧化焙烧一酸浸【7 0 等新工艺。其中氧化焙烧一酸质的板岩 页岩 中。 浸工艺由于在焙烧过程中利用氧气氧化石煤中的低矿石一般为灰黑色，呈致密块状，具板状构造， 价钒，没有氯化钠的加入，在焙烧过程中无氧气和氯变余泥状结构。主要矿物成分是S i 0 2 5 7 ．8 ％ ，C 化氢气体产生，废气、废水与废渣稍加治理即可达标 i s ．3 1 ％ 。主要钒矿物为钙钒榴石 3 C a O V 2 0 3 排放，是一项有前途的清洁生产工艺。 3 S i 0 2 ，钒云母 K 2 0 他0 3 v 2 0 5 S i 0 2 z H 2 0 ，矿 在氧化焙烧～酸浸工艺流程中，影响钒回收率 石平均品位为0 ．8 9 ％，试样的多元素化学分析多元 的环节有焙烧转化率、浸出率、萃取率、反萃率以及 素化学分析如表1 所示。 表1 试验样品多元素化学分析结果 T a b l e1 C h e m i c a lc o m p o s i t i o no fs a m p l e 成分 旦曼兰堡垒曼些堕垒竺 盟坠 里翌兰旦垦旦1 0 ，8 91 5 ．3 l5 7 ．80 ．5 38 ．0 95 ．0 21 ．5 81 ．2 90 ．4 00 ．3 2含量／％ 1 ．2 试验用设备及试剂 收稿日期2 0 0 7 0 8 0 3 作者简介徐永新 1 9 7 3 一 ．男，河北唐山市人．博士生．主要从事 资源开发与规划等方面的研究。 试验用设备为S X 一2 ．5 ．1 0 型箱式电炉．D F 一 1 0 1 S 型集热式恒温加热磁力搅拌器等。试验所用 试剂均为分析纯磷酸，浓度≥8 5 ％；硫酸，9 5 ％～ 9 8 ％；硝酸，6 5 ％～6 8 ％；盐酸，3 5 ％～3 8 ％；氢氧化 钙，≥9 5 ．0 ％；氧化钙，≥9 8 ．0 ％；六水合硫酸铁 Ⅱ 万方数据 第3 期徐永新等石煤提钒的最佳焙烧酸浸条件7 5 铵，≥9 9 ．5 ％；无水碳酸钠，≥9 9 ．8 ％；重铬酸钾，≥ 9 9 ．8 ％；二苯胺磺酸钠；钒试剂；高锰酸钾，≥ 9 9 ．5 ％；尿素，≥9 9 ％；亚硝酸钠，≥9 9 ％；氯化铵， 9 9 ．5 ％。 1 ．3 基本原理 在硅铝酸盐矿物中以V 3 类质同象形式置换6 次配位的～3 而存在于云母晶格中的钒，必须破坏 云母结构并使之氧化才可以溶出。将含钒原料氧化 性气氛下高温焙烧，目的就是破坏钒矿物的组织结 构，将三价或四价钒氧化为四价钒或五价钒才能被 硫酸溶液浸出。 2 试验结果与讨论 在球磨机中将原矿粉碎至一1 2 4 u m ，然后用马 弗炉焙烧2 h ，冷却至室温。称取石煤样若干，确定 液固比、酸度，在9 0 ℃下搅拌浸出2 h 。分别调整焙 烧温度、焙烧时间、酸度，固定液固比、浸出温度及搅 拌时间，测定浸出率。 2 ．1 焙烧 ，在焙烧时间为2 h 的条件下。考察了焙烧温度与 浸出率的关系，结果见表2 。在8 0 0 ℃焙烧温度下。 考察了焙烧时间与浸出率的关系，见表3 。 表2 焙烧温度与浸出率的关系 T a b l e2 R d a 6 ∞s h i pdr o 鹤曲gt 印o ．p e r a t u r ew i t hl 刹n gr 8 t e 表3 焙烧时间与浸出率的关系 T a b l e3R e l a t i o n s h i po fr o a s t i n gt i m ew i t hl e a c h i n gr a t e 焙烧时间／h1 ．522 ．53 浸出率／％4 5 ．75 0 ．95 1 ．05 1 ．9 2 ．2 浸出 浸出率随着浸出温度的升高而增加，因此试验 中尽量在近沸点的温度操作，选定浸出温度为 9 0 ℃，主要考察了浸出时间和硫酸浓度对浸出率的 影响。 2 ．2 ．1 浸出时间的影响。固定条件原料粒度一 1 2 4 肛m ，矿石量4 0 9 ，8 0 0 ℃焙烧2 h ，浸出温度9 0 ℃、 液固比为1 ．5 1 、硫酸浓度为1 5 ％、搅拌速度为 2 0 0 r ／m i n 。浸出率与浸出时间的关系如表4 所示。 表4 浸出率与浸出时间的关系 T a b l e4R e l a t i o n s h i po fl e a c h i n gt i m ew i t hl e a c h i n gr a t e 2 ．2 ．2 硫酸浓度的影响。浸出率主要与液固比、硫 酸浓度有关。固定条件原料粒度一1 2 4 p m ，矿石量 4 0 9 ，8 0 0 ℃焙烧2 h ，浸出温度9 0 ℃、液固比为1 ．5 1 、磁力搅拌时间2 h 、搅拌速度为2 0 0 r ／m i n 。考察了 硫酸浓度对浸出率的影响，结果见表5 。 表5 浸出率与硫酸浓度的关系 T a b l e5R e l a t i o n s h i po fc o n c e n t r a t i o no fs u l f u r i c a c i dw i t hl e a c h i n gr a t e 堕墼鎏壅丛 兰 竺 垫垄 浸出率／％4 2 ．2 5 0 ．95 7 ．36 2 ．7 2 ．3 正交实验结果分析 选取5 因素4 水平的正交表L I 。 4 5 。因素A 焙烧温度／C 7 5 0 ，8 0 0 ，8 5 0 ，9 0 0 。因素B 焙烧时间 ／h 1 ．5 ，2 ，2 ．5 ，3 。因素C 浸出时间／h 1 ．5 ，2 ，2 。5 ， 3 。因素D 硫酸浓度／％1 0 ，1 5 ，2 0 ，2 5 。因素E 误 差。试验结果见表6 ，方差分析见表7 。 表6 正交实验设计及结果分布 ’ T a b l e6 O r t h o g o n a [ e x p e r i m e n td e s i g na n dt e s tr I 略u l t 回收率／％ 7 O 3 6 4 8 O 4 O 7 4 3 6 0兮m∞均∞埔∞H稻H∞加H“笛∞∞记“捕打弘弘“垤勰“ 3 l S 4 l 6 8 l 0 7 l 5 2 4钉如卯∞“配帕钇记弼轮的钉 E l 2 3 4 4 3 2 l 2 1 4 3 3 4 E l 2 3 4 3 4 l 2 4 3 2 1 2 I C l 2 3 4 2 1 4 3 3 4 l 2 4 3 B l 2 3 4 1 2 3 4 l 2 3 4 l 2 A l l l l 2 2 2 2 3 3 3 3 4 4 婀一。2 3 4；。，。，m n 挖b “ 万方数据 7 6有色金属第6 0 卷 表7 正交实验方差分析 T a b l e7A n a l y s i so fv a r i a n c eo fo r t h o g o n a le x p e r i m e n tr e s u l t 由方差分析结果可知，F D 2 8 1 ．3 5 大于 F 0 ．0 1 3 ，3 2 9 ．4 6 ，说明D 因素 硫酸浓度 对浸 出率的影响高度显著。F 1 1 ．3 4 小于F 0 ．0 1 3 ， 3 2 9 ．4 6 ，但大于F 0 ．0 5 3 ，3 9 ．2 8 ，说明A 因 素 焙烧温度 对浸出率的影响是显著影响。F 日 6 ．1 2 ，F c 5 ．6 2 小于F 0 ．0 5 3 ，3 9 ．2 8 ，但大于 F 0 ．1 0 3 ，3 5 ．3 9 ，说明B 因素 焙烧时间 和C 因 素 浸出时间 对浸出率具有一定的影响。各因素对 浸出率影响的大小顺序为D A B C 。 3结论 正交实验的直观分析和方差分析表明，硫酸浓 参考文献 度对浸出率影响高度显著。浸出率随酸浓度增加显 著提高，但石煤提钒成本增加幅度也很大。焙烧温 度对浸出率的影响也比较显著，适宜的焙烧温度为 8 0 0 ℃。焙烧时间和浸出时间对浸出率有一定影响， 与硫酸浓度和焙烧温度相比要小得多。综合考虑浸 出过程的各个因素，石煤提钒的最佳浸出条件为硫 酸的浓度2 0 ％，焙烧温度8 0 0 ℃，焙烧时间2 h ，浸出 时间为2 h ，浸出温度9 0 ℃。 [ 1 ] 潭若斌．国内外钒资源的开发利用[ J ] ．钒钛，1 9 9 4 ， 5 4 1 1 ． [ 2 ] 汪会生．石煤提钒钠化焙烧技术分析【J ] ．矿冶工程，1 9 9 4 ，1 4 2 4 9 5 2 ． [ 3 ] 彭声谦，许国镇．石煤提钒中钠盐的作用[ J ] ．西南工学院学报，1 9 9 8 ，1 3 1 9 1 2 ． [ 4 ] 粱建龙，刘惠娟，史文革，等．湿法冶金提钒浸出新工艺[ J ] ．中国矿业，2 0 0 6 ，1 5 7 6 4 6 6 ． [ 5 ] 张中豪，王彦恒．硅质钒矿氧化钙化焙烧提钒新工艺[ J ] ．化学世界，2 0 0 0 ， 6 2 9 0 2 9 2 ． [ 6 ] 宾智勇．钒矿石无盐焙烧提取五氧化二钒试验[ J ] ．钢铁钒钛，2 0 0 6 ，2 7 1 2 l 一2 6 ． 下转第1 0 8 页，C o n t i n u e do nP ．1 0 8 万方数据 1 0 8 有色金属 第6 0 卷 参考文献 [ 1 ] 陶敏，许时，钱鑫．选矿手册第五卷[ M ] ．北京冶金工业出版社，1 9 9 3 3 8 2 ． [ 2 ] 陆冠伟，丁平衡．选矿设计手册[ M ] 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e m si nc o n c e n t r a t o r sa r ep o i n t e do u t ，i tc a nb eu s e df o rr e f e r e n c et O r e d u c et h em e t a lb a l a n c ee r r o ri nc o n c e n t r a t o rp r o d u c t i o n ． K e y w o r d s m i n e r a lp r o c e s s i n g ；m e t a lb a l a n c e ；p r o d u c t i o nm a n a g e m e n t ；e r r o r ；s a m p l i n g ；g r a d e 上接第7 6 页，C o n t i n u e df r o mP ．7 6 O p t i m a lR o a s t i n ga n dL e a c h i n gC o n d i t i o n sf o rV a n a d i u mE x t r a c t i o nf r o mS t o n eC o a l ．X UY o n g - x i n1 ，r A N GH u a n 2 1 ．C h i n aU n i v e r s i t yo fM i n i n gT e c h n o l o g yi nB e i j i n g ，B e i j i n g1 0 0 0 8 3 ，C h i n a ； 2 ．B a j i n gH n a _ r i aJ i a n l o n gM i n i n gS c i e n c ea n dT e c h n o l o g yL t d ．，B a j i n g1 0 0 0 7 0 ，C h i n a A b s t r a c t T h eo p t i m a lp a r a m e t e r sf o r 踢国e x t r a c t i o nf r o ms t o n ec o a lw i t ht h et e c h n o l o g yo fr o a s t i n g - s u l f u r i ca c i d l e a c h i n gi si n v e s t i g a t e db yo r t h o g o n a le x p e r i m e n t s ．T h er e s u l t ss h o wt h a tt h el e a c h i n gp r o c e s si ss i g n i f i c a n t l y i n f l u e n c e db yt h ec o n c e n t r a t i o no fs u l f u r i ca c i d ，t h el e a c h i n gr a t ei sr e m a r k a b l yi n c r e a s e dw i t ht h ei n c r e a s eo ft h e c o n c e n t r a t i o no fs u l f u r i ca c i d ．A n dt h el e a c h i n gp r o c e 鹞i sa l s o s i g n i f i c a n t l yi n f l u e n c e db yt h er o a s t i n g t e m p e r a t u r e ，a n dt h ea p p r o p r i a t er o a s t i n gt e m p e r a t u r ei s8 0 0 1 2 ．T h el e a c h i n gr a t ei sa f f e c t e db yt h er o a s t i n g t i m ea n dl e a c h i n gt i m ei ns o m ee x t e n t ，b u tm u c hl e s st h a nt h a to ft h ec o n c e n t r a t i o no fs u l f u r i ca c i da n dt h e r o a s t i n gt e m p e r a t u r e ．T h eo p t i m a lc o n d i t i o no fv a n a d i u me x t r a c t i o nf r o mt h es t o n ec o a li sc o n c e n t r a t i o no fs u l f u r i c a c i d2 0 ％，r o a s t i n gt e m p e r a t u r e8 0 0 1 2 ，r o a s t i n gt i m e2 h ，l e a c h i n gt i m e2 h ，a n dl e a c h i n gt e m p e r a t u r e9 0 1 2 ． K e y w o r d s m e t a l l u r g i c a lt e c h n o l o g y ；v a n a d i u me x t r a c t i o nf r o ms t o n ec o a l ；o r t h o g o n a le x p e r i m e n t a l ； r o a s t i n g ；l c a c h i n g 万方数据