碱法从石煤选矿钒精矿中提取五氧化二钒中间试验.pdf

2 0 1 4 年第2 期 有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i m m ．c n 3 1 d o i 1 0 ．3 9 6 9 ／j ．i s s n ．1 0 0 7 - 7 5 4 5 ．2 0 1 4 ．0 2 ．0 0 9 碱法从石煤选矿钒精矿中提取五氧化二钒中间试验 李婕1 ’2 ，刘旭恒1 1 ．中南大学冶金与环境学院，长沙4 1 0 0 8 3 ；2 ．湖南有色金属研究院，长沙4 1 0 1 0 0 摘要采用制粒焙烧、碱浸、离子交换、煅烧工艺从某石煤钒矿选矿富集所产钒精矿中提钒。结果表明， V z o s 焙烧收率9 9 ．5 0 ％，浸出率8 4 ．4 9 ％，净化收率9 8 ．1 5 ％，树脂吸附一解吸收率9 9 ．6 9 ％，沉钒一煅 烧收率9 8 ．8 5 ％，全流程总收率8 1 ．3 1 ％，中间试验指标稳定可靠。所产五氧化二钒产品达到G B 3 2 8 3 8 7 V z o s9 8 牌号标准，副产品白炭黑S i o z 含量可达9 6 ％以上。 关键词石煤钒精矿；碱浸；净化；五氧化二钒；白炭黑 中图分类号T F 8 4 1 ．3文献标志码A文章编号1 0 0 7 7 5 4 5 2 0 1 4 0 2 一0 0 3 1 一0 4 P i l o t s c a l eE x p e r i m e n tf o rV 2 0 5E x t r a c t i n gf r o mS t o n e C o a lV a n a d i u mC o n c e n t r a t eb yA l k a l i n eP r o c e s s L IJ i e l ”，L I UX u h e n 9 1 1 ．S c h o o lo fM e t a l l u r g ya n dE n v i r o n m e n t ，C e n t r a lS o u t hU n i v e r s i t y ，C h a n g s h a4 1 0 0 8 3 ，C h i n a ； 2 ．H u n a nR e s e a r c h1 n s t i t u t eo fN o n f e r r o u sM e t a l s ，C h a n g s h a4 1 0 1 0 0 ，C h i n a A b s t r a c t T h ep i l o t s c a l ee x p e r i m e n tt or e c o v e rV 20 5f r o ms t o n ec o a lv a n a d i u mc o n c e n t r a t ew a sp e r f o r m e d w i t hp r o c e s s e si n c l u d i n gg r a n u l a t i o n r o a s t i n g ，a l k a l il e a c h i n g ，i o ne x c h a n g e ，a n dd e c o m p o s i t i o n ．T h er e s u l t ss h o wt h a tr o a s t i n gr a t eo fV 2 0 5i s9 9 ．5 0 ％，l e a c h i n gr a t ei s8 4 ．4 9 ％，p u r i f i c a t i o nr a t ei s9 8 ．1 5 ％，i o n e x c h a n g er a t ei s9 9 ．6 9 ％，d e c o m p o s i t i o nr a t ei s9 8 ．8 5 ％，a n do v e r a l lr e c o v e r yr a t eo fV 20 5i s8 1 ．3 1 ％． T h et e c h n o l o g i c a lp a r a m e t e r so ft h i sp i l o t s c a l ee x p e r i m e n ta r es t a b l ea n dr e l i a b l e ．T h ep r o d u c t sr e a c ht h e s t a n d a r do fG B 3 2 8 3 8 7V 20 59 8 ，a n dS i 0 2c o n t e n ti nw h i t ec a r b o nb l a c ki s9 6 ％a b o v e ． K e yw o I ．d s s t o n ec o a lv a n a d i u mc o n c e n t r a t e ；a l k a l il e a c h i n g ；p u r i f i c a t i o n ；v a n a d i u mp e n t o x i d e ；w h i t ec a r h n nb 】a c k 石煤中的钒主要以类质同象存在于钒云母、高 岭土等铁铝矿物的硅氧四面体结构中[ 1 ‘2 ] 。我国从 2 0 世纪6 0 年代开始对石煤钒矿进行研究[ 3 。2 | ，2 0 世纪7 0 年代开始工业生产，所使用的工艺均为钠化 焙烧一水浸或酸浸工艺。此工艺因为焙烧过程生成 C l 。、H C l 、S O 。混合气体造成环境污染。随着国家 对环保要求的加强，此方法要求投入大量资金对三 废进行治理，大大增加了产品的成本，加上近年国际 钒价急剧下跌，使这些采用钠盐焙烧工艺的企业纷 纷倒闭。如何提高钒的回收率，减低生产成本、降低 三废排放、满足钒行业准入条件是石煤提钒企业赖 以生存的关键。 前期对国内某石煤钒矿采用选矿方法富集所产 钒精矿进行了小型试验研究[ 13 I ，其中，空白焙烧一 碱浸一净化一离子交换一铵盐沉钒工艺试验指标良 好。因此，中间试验采用小试确定的技术条件及参 数进行研究，进一步论证工艺的适应性和可靠性。 收稿日期2 0 1 3 一0 8 1 3 基金项目国家科技支撑计划项目 2 0 1 2 B A B 0 7 8 0 3 作者简介李婕 1 9 8 1 一 ，女，苗族，湖南怀化人，工程师；通信作者刘旭恒 1 9 8 1 一 ，男，湖南涟源人，讲师 万方数据 3 2 有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i m m ．c n 2 0 1 4 年第2 期 1 试验原料、试剂及设备 提钒原料为国内某石煤钒矿经选矿后所产钒精 矿，烘干、混合后取样分析结果 ％ V O 。1 ．5 0 、 C a OO ．9 0 、M g O2 ．7 5 、S i 0 27 6 ．8 3 、F e 总4 ．4 6 、S O ．1 5 、C3 ．o O 、N a 2 00 ．0 6 、K 2 01 ．6 3 、A 1 2 0 30 ．3 4 。 主要试剂有分析纯烧碱、硫酸、7 1 7 树脂、氯酸 钠、氨水。 主要试验设备有西4 0 0m m 1 2 0m m 圆盘制 粒机；西3 2 0m m 6m 回转焙烧窑；Q H J M 一5 0 立式 搅拌球磨机；1 2 3L 不锈钢电加热搅拌浸出槽；2 X 一 1 5 A 旋片式真空泵；西1 4 0m m 10 2 0m m 吸附柱； w M Z K 0 1 型温度指示控制仪；J B 5 0 D 型增力电动 搅拌机；K S Y 一1 2 ／1 6 型可控硅温度自动控制器控温 的2k W 硅碳棒箱式电阻炉。 2 试验工艺流程 中间试验所采用的工艺流程见图1 。 _ 【_ 儿聃旷 建材或堆存 图1 从钒精矿中提取五氧化二钒中间试验工艺流程 F i g ．1 F l o w s h e e to fp i l o t - s c a l ee x p e r i m e n tf b rr e c o V e r i n gV a n a d i u mp e n t o x i d e f r o mv a n a d i u mc o n c e n t r a t e 3 试验结果与讨论 3 ．1 焙烧 石煤钒精矿空白焙烧在回转窑内进行。入窑粒 径垂6 ～1 2m m ，含水2 2 ．6 7 ％，堆密度1 ．1 2 5 g ／c m 3 ，真密度1 ．7 6 2g ／c m 3 ；焙烧温度8 8 0 ℃；窑体 转速o ．1 8 6r ／m i n ；窑体倾角1 ．5 ％；力口料速度每分 钟1 1 0g 湿粒料；窑内填充率1 2 ．7 6 ％；窑内停留时 间4 ．5 ～5 ．0h ，其中8 5 0 ～8 8 0 ℃温度段停留时间 1 ．5 ～2 ．oh ；窑头负压2 0 ～4 0P a 。焙烧结果产率 9 3 ．8 7 ％、V 2 0 。收率9 9 ．5 0 ％。 3 ．2 焙烧矿磨矿 焙烧矿采用Q H J M 一5 0 立式搅拌球磨机干磨， 磨细焙烧矿粉堆密度o ．9 1g ／c m 3 ，真密度2 ．5 0 g ／c m 3 ，安息角3 2 。。 聿 万方数据 2 0 1 4 年第2 期 有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y Lb g r i m m ．c n 3 3 3 ．3 浸出 浸出采用1 2 3L 不锈钢桶单槽浸出，每槽加入 焙烧矿粉6 6k g ，电加热管加热。浸出条件温度9 0 ～9 5 ℃，时间6 ．oh ，L ／S 1 ．2 ，起始氢氧化钠用量 为焙烧矿量的1 0 ％。浸出完毕后进行真空过滤，浸 出渣采用二级浆化二级淋洗，洗水用量为渣量的 8 0 ％，逆流洗涤，一级洗水返回浸出。浸出结果如表 1 所示。 表1 空白制粒焙烧碱浸结果 T a b l e1 R e s u l t so fb l a n kg r a n u l a t i o nr o a s t i n ga n da l k a l il e a c h i n g 序号 N a 0 H 用量／％ 浸出液／ g L V 2 0 5 1 2 ．0 4 1 7 ．7 3 2 2 ．2 4 2 5 ．8 1 S i 0 2 3 2 ．5 6 3 8 ．4 7 4 2 ．6 4 4 8 ．2 5 N a o H 6 3 ．2 5 6 0 ．7 2 6 0 ．2 4 6 0 ．O O 漱嚣意科％戮出出率／％V z 0 5 ／％ 一～。。 率／％ 1 0 ．O O 6 ．8 2 6 ．3 6 6 ．0 6 8 5 ．6 6 8 4 ．0 6 8 4 ．9 2 8 3 ．9 9 由表1 结果可知，1 浸出及过滤工序指标稳定， V 。O 。平均浸出率液计8 4 ．4 9 ％，渣计8 4 ．6 6 ％，与 小试结果基本一致。2 通过将5 0 ％浸出液和1 0 0 ％ 一洗水返回浸出，氢氧化钠耗量可降低至～6 ％。 浸出渣过滤性能良好，要想获得稳定的浸出率， 必须加强对浸出渣的洗涤。 3 ．4 净化 净化采用1 2 3L 不锈钢桶单槽浸出，电加热管 加热。净化条件采用稀硫酸缓慢调节p H 至7 ．o ， 温度8 5 ℃，时间2 ．oh 。净化完毕，采用真空过滤， 浸出渣采用4 次搅拌逆流浆化洗涤，每次洗水用量 为渣质量的1 倍。净化渣烘干即为白炭黑产品。 净化试验结果如下，混合浸出液成分 g ／L S i 0 24 3 ．7 3 、V 2 0 。1 8 ．6 7 、A 1 2 0 。o ．4 9 ；净化后液成分 g ／L S i 0 20 ．4 5 、V 2 0 51 8 ．6 2 、A 1 2 0 3o ．1 0 ；液计沉 淀率 ％ S i 0 29 8 ．9 7 、A 1 2 0 。7 9 ．5 9 ；V 。0 5 损失率 1 ．8 5 ％。白炭黑产品光谱分析结果 g ／L S i O 9 6 ．9 6 0 、N a 2 01 ．5 8 0 、M 9 0O ．0 3 1 、A 1 2 0 3O ．1 3 2 、 P 2 0 50 ．0 4 1 、S 0 30 ．1 9 6 、C 10 ．0 1 5 、K 2 00 ．3 0 7 、C a O O ．0 4 0 、V 2 0 5O ．2 6 8 、F e 2 0 30 ．4 4 3 、C u O0 ．0 0 7 、P b O O ．0 0 6 。 由试验结果可知，采用稀硫酸调p H 的方法净 化除杂，净化过程中V 。O 。损失率仅1 ．8 5 ％，溶液中 S i O 。沉淀率9 8 ．9 7 ％，A l 。O 。沉淀率7 9 ．5 9 ％，达到 了净化除杂的效果，净化渣通过加强洗涤，产出了合 格的白炭黑产品，生产1t 五氧化二钒产品能产出 2 ．3 5t 白炭黑副产品，增加了产品收益。 3 ．5 树脂吸附与解吸 试验采用①1 4 0m m 10 2 0m m 离子交换柱，2 柱串联，每柱装湿树脂8k g 。溶液从柱顶部流入， 从底部流出，吸附速度o ．5 倍树脂体积／h 。吸附完 毕，每柱树脂用1 2L 纯净水洗涤，洗涤速度1 ．o 倍 树脂体积／h 。 试验结果五氧化二钒吸附率为9 9 ．7 9 ％，树脂 工作容量为每千克树脂吸附1 2 8gV 。O 。。 吸附尾液成分 m g ／L V 2 0 。4 0 、C a1 7 、A s5 5 、 Z n6 、M o2 2 、P1 ．1 7 、H gO ．0 8 、M n0 ．0 4 、F e2 、M g 5 、S i9 0 、N a4 2 ．5 9 、A l0 ．0 5 、C u0 ．0 5 、K36 1 7 。 可以看出，吸附尾液中主要含有盐分，若继续循 环，会造成盐的积累。N a S O 。达1 3 0 ～1 5 0g ／L ，对 工艺过程V 。O 。浸出吸附会造成影响。我们采用浓 缩结晶的方法生产N a S O 。，产出的无水硫酸钠产 品质量达到G B ／T 6 0 0 9 2 0 0 3 工业Ⅲ类产品标准。 3 ．6 饱和树脂的解吸 饱和树脂采用2 0 0 ～2 5 0g ／L 硫酸溶液进行解 吸。解吸完成后，采用纯净水洗涤至p H2 ．o ～2 ．5 后进行下一轮吸附，钒解吸率9 9 ．9 0 ％，解析液含5 5 g ／LV 2 0 5 。 3 ．7 沉钒一红钒煅烧 采用氯酸钠完全氧化硫酸解吸后液中的钒后， 在酸性体系中用氨盐沉钒。 沉钒试验在5L 烧杯中分次进行。先加氯酸钠 氧化3 0m i n ，加氨水调至p H2 ．O ，升温至9 0 ℃，搅 拌2 ．oh ，过滤。用纯净水洗涤3 次。沉钒尾液成分 m g ／L H gO ．0 1 、S5 35 1 3 、A s4 、Z nO ．7 4 、P7 7 、 C dO ．0 8 、M nO ．1 5 、K4 、F e1 、C r0 ．2 8 、M g4 、S i 1 5 8 、V2 5 4 、N a7 7 5 、A l5 、C a3 4 、C u0 ．1 5 、N H 3 一N 7 33 9 4 。湿红钒人马弗炉5 5 0 ℃煅烧2 ．5h 。沉 钒一红钒煅烧V 。0 。总收率9 8 ．8 5 ％，每吨V 。O 。消 耗氯酸钠8 9 ．7 5k g 、氨水4 ．7 7t 。五氧化二钒产品 分析结果 ％ V 2O 。 9 9 、So ．0 2 3 、A so ．0 0 5 、M o O ．0 4 2 、P0 ．0 4 5 、F eO ．0 1 8 、M g0 ．0 0 1 、N a O ．0 5 2 、C u o ．o 0 0 4 ，产品质量达到了G B 3 2 8 3 8 7V O ；9 8 牌号 标准的要求。 万方数据 3 4 有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i m m ．c n 2 0 1 4 年第2 期 沉钒尾液用于红钒煅烧尾气的吸收，饱和后浓 缩结晶生产铵盐产品。 4结论 1 石煤钒矿采用选矿的方法富集得到钒精矿， 采用空白制粒一焙烧一碱浸一离子交换一沉钒一煅 烧工艺，通过中间试验验证了小试的工艺和技术参 数，中间试验全流程V 。O 。的回收率为8 1 ．3 l ％，五 氧化二钒产品的V O 。≥9 8 ％，符合国家G B 3 2 8 3 8 7 质量标准要求。 2 净化工序过程可产出S i O 含量达9 6 ％以上 的副产品白炭黑，每生产1t 五氧化二钒可产出 2 ．3 5t 白炭黑，增加产品收益。 参考文献 [ 1 ] 杨守志．钒冶金[ M ] ．北京冶金工业出版社，2 0 1 0 1 1 2 1 1 9 ． [ 2 ] 有色金属提取冶金手册编委会．有色金属提取冶金手 册稀有高熔点金属 下 [ M ] ．北京冶金工业出版社， 2 0 0 2 3 1 3 3 5 1 ． [ 3 ] 李婕，姚金江，王智友，等．石煤钒矿碱法提钒浸出液净 化过程中回收白炭黑的工艺研究[ J ] ．湖南有色金属， 2 0 1 】．2 7 6 2 6 2 9 ． [ 4 ] 李有刚，周晓源，袁宁卫，等．某石煤资源综合利用示范 工程节能分析[ J ] ．有色金属 冶炼部分 ，2 0 1 1 6 1 0 一 1 3 ． [ 5 ] 漆明鉴．酸浸法从石煤中提钒的中间试验研究[ J ] ．湿 法冶金，2 0 0 0 ，1 9 2 7 1 7 ． [ 6 ] 张国范，闫继武，刘琨，等．石煤脱硅渣中钒浸出动力学 [ J ] ．有色金属 冶炼部分 ，2 0 1 2 6 1 3 ． [ 7 ] 蒋述兴，高志祥．从含钼石煤中提取钼的研究[ J ] ．有色 金属 冶炼部分 ，2 0 1 3 5 3 5 3 6 ． [ 8 ] 宾智勇．石煤提钒研究进展与五氧化二钒的市场状况 [ J ] ．湖南有色金属，2 0 0 6 ，2 2 1 1 6 2 0 ． [ 9 ] 李望，张一敏，刘涛，等．杂质离子对萃取法从石煤酸浸 液中分离纯化钒的影响[ J ] ．有色金属 冶炼部分 ，2 0 1 3 5 2 7 3 0 ． [ 1 0 ] 何东升，冯其明，张国范，等．含钒石煤的氧化焙烧机 理[ J ] ．中国有色金属学报，2 0 0 9 ，1 9 1 1 9 5 2 0 0 ． [ 1 1 ] 邢学永，万洪强，宁顺明，等．某石煤矿浓酸熟化两段 逆流浸出钒的研究[ J ] ．有色金属 冶炼部分 ，2 0 1 3 6 2 6 2 9 ． [ 12 ] 徐晓辉，刘大学，王玲．某石煤钒矿的工艺矿物学研究 [ J ] ．有色金属 冶炼部分 ，2 0 1 3 8 3 2 3 5 ． [ 1 3 ] 宁华，周晓源，尚德龙，等．石煤提钒焙烧工艺分析 [ J ] ．有色金属，2 0 1 0 ，6 2 1 8 0 一8 3 ． 2 0 1 3 年中国学术期刊影响因子年报出炉 根据清华知网最新出版的2 0 1 3 年中国学术期刊影响因子年报提供的数据，2 0 1 2 年有色金属 冶炼部 分 复合影响因子为0 ．7 2 2 ，影响因子学科排序升至第1 0 位。分 复合影响因子为U ，Z Z ，影响因子学科排序升至第l U 位。 万方数据