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第３ ０卷第４期（ 总第１ ２ ０期） ２ ０ １ １年１ ２月 湿法冶金 Ｈ ｙ ｄ ｒ ｏ ｍ ｅ ｔ ａ ｌ ｌ ｕ ｒ ｇ ｙ ｏ ｆ Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ Ｖ ｏ ｌ ． ３ ０Ｎ ｏ ． ４（Ｓ ｕ ｍ． １ ２ ０） Ｄ ｅ ｃ ． ２ ０ １ １ 微波焙烧对石煤钒矿浸出的影响 王辉１， 兰新哲１ ，２， 马红周１，２， 宋永辉１，２ （ １． 西安建筑科技大学 冶金工程学院， 陕西 西安 ７ １ ０ ０ ５ ５； ２．西安建筑科技大学 贵金属工程研究所， 陕西省冶金工程技术研究中心， 陕西 西安７ １ ０ ０ ５ ５） 摘要 研究了微波焙烧预处理石煤钒矿， 考察了微波功率、 微波焙烧时间等因素对钒浸出率的影响。结果表 明， 微波焙烧预处理钒矿石１ ２ｍ ｉ ｎ， 然后在搅拌条件下用硫酸浸出２ｈ， 钒浸出率达６ ９． ０ ４％， 与相同浸出时间 内未焙烧矿样相比， 提高了近２ ０％。微波焙烧预处理后浸出效率明显提高， 浸出时间缩短５ ０％以上， 而且能 耗和污染也大幅度降低。 关键词 微波； 焙烧； 石煤； 钒； 浸出 中图分类号Ｔ Ｆ ８ ０ ３． ２ １； Ｔ Ｆ ８ ４ １． ３ 文献标志码Ａ 文章编号 １ ０ ０ ９－２ ６ １ ７（２ ０ １ １）０ ４－０ ２ ９ ０－０ ３ 收稿日期２ ０ １ １－０ １－１ ２ 作者简介 王辉（１ ９ ８ ５－） 男， 陕西渭南人， 硕士研究生， 主要研究方向为贵金属冶金新材料。 石煤是一种发热量低、 含有多种金属元素的碳 质页岩矿石。我国湘、 鄂、 浙、 皖、 赣、 桂、 川、 陕、 黔 各省均富产石煤。石煤中Ｖ２Ｏ ５质量分数０ ． ５ ％～ １ ． ２ ％， 是我国主要的钒矿资源 ［１］。 从石煤中提取钒的传统方法主要有２类 １ ） 氧 化焙烧预处理后进行水浸、 酸浸或碱浸。传统的氧 化焙烧、 空白焙烧、 钠化焙烧、 钙化焙烧和混合添加 剂焙烧等的主要目的是将赋存于黏土矿物中的钒 转换为可溶态； 但焙烧会产生大量Ｃ ｌ ２、Ｈ Ｃ ｌ等有害 气体， 同时需要较高温度（ 一般在８ ０ ０℃左右） ， 能 耗大， 且需大量添加剂， 成本也较高。２） 原矿直接 水浸、 酸浸或碱浸。原矿直接浸出可降低生产成 本， 同时也不会产生有害气体； 但浸出时间较长（ 一 般需２ ０ｈ以上） ， 酸耗量较大， 对设备性能要求较 高， 对矿物有较强的选择性［ ２－５］。 近年来， 微波辅助提取钒成为研究热点［ ６－８］ ， 这 是由于微波有其无可比拟的优势， 如升温速率快， 可选择性加热， 矿物结构破坏充分， 金属提取率高 以及环境污染小等等。试验主要研究了以微波焙 烧预处理石煤钒矿， 然后用酸浸出， 探讨微波焙烧 对石煤提钒的影响。 １ 试验方法 １ ． １试验原料 矿样采自陕南某地。矿石以泥岩、 硅质岩和碳 硅质岩为主， 其中的主要矿物有石英、 伊利石、 高岭 石、 蒙脱石、 沸石、 碳酸盐类、 正长石等。 １． ２ 试验方法 将石煤矿样破碎、 球磨至１ ０ ０目以下， 称取 １ ０ｇ， 在一定功率微波下焙烧不同时间， 然后用质 量分数为１ ２％的硫酸溶液， 以４∶１的液固体积 质量比在９ ０℃条件下搅拌浸出２ｈ。采用硫酸亚 铁铵滴定法测定溶液中的钒［ ４］， 并计算钒的浸出 率。 ２ 结果及讨论 ２． １微波功率对钒浸出率的影响 将矿样以不同的微波功率焙烧７ｍ ｉ ｎ， 然后 用硫酸溶液搅拌浸出２ｈ。浸出结果和矿石升温 结果分别如图１、 ２所示。 图１ 微波功率对钒浸出率的影响 第３ ０卷第４期 王辉， 等 微波焙烧对石煤钒矿浸出的影响研究 图２ 不同微波功率下焙烧７ｍ ｉ ｎ后试样的温度 由图１ 、 ２看出 不同微波功率升温速率不同， 相同焙烧时间下温度终点也不同， ８ ０ ０ Ｗ 条件下 升至的温度最高， 可达６ ６ ７℃；１ ３ ６Ｗ 条件下温度 仅能达到２ ６ ６ ℃。而对钒浸出率的影响也很明 显 ８ ０ ０Ｗ条件下焙烧预处理的矿样钒浸出率最 高， 为６ １． ４ ３％；１ ３ ６Ｗ条件下仅为５ ２． ８ ０％。 石煤钒矿中的主要含钒矿物为伊利石、 高岭 石等含钒云母类， 焙烧过程中， 高岭石在５ ０ ０～ ７ ０ ０℃范围内即开始脱除羟基， 最终转变为非晶 质的偏高岭石； 而伊利石与其他多种矿物共存， 在 焙烧过程中结构被破坏， 温度越高， 其结构破坏也 越充分， 也就越有利于钒的浸出［ ９］。 ２． ２微波焙烧时间对钒浸出率的影响 在８ ０ ０Ｗ微波功率条件下， 对矿样焙烧不同 时间， 然后对焙砂用硫酸搅拌浸出。升温曲线和浸 出结果分别如图３、４所示。 图３ ８ ０ ０Ｗ 微波功率焙烧升温曲线 图４微波焙烧时间对钒浸出率的影响 由图３ 、 ４看出 微波焙烧所需时间较短， 焙烧 １ ２ｍ ｉ ｎ（８ ６ ５℃） 后， 钒浸出率可达最高值６ ９ ． ０ ４ ％； 焙烧１ ３ｍ ｉ ｎ后， 钒浸出率则剧降。 分别对石煤原矿、 焙烧１ ２ ｍ ｉ ｎ矿样和焙烧 １ ５ｍ ｉ ｎ矿样进行电镜扫描， 结果如图５～８所示。 图５石煤原矿扫描电镜图 图６微波焙烧１ ２ｍ ｉ ｎ后扫描电镜图 图７ 微波焙烧１ ５ｍ ｉ ｎ后扫描电镜图 图８微波焙烧１ ５ｍ ｉ ｎ后扫描电镜图 由图５ 、 ６对比看出 微波焙烧１ ２ｍ ｉ ｎ后， 矿石 表面产生了更多的细小颗粒和碎片。分析认为， 这 是由于微波的选择性加热作用充分破坏了石煤钒 １９２ 湿法冶金 ２ ０ １ １年１ ２月 矿的晶体结构， 从而产生了更多的细小颗粒。 由图７、８看出 微波焙烧１ ５ｍ ｉ ｎ后， 石煤矿 样反而结成大的块状物， 出现了严重的烧结现象。 这是由于随着焙烧时间的增加， 温度随之升高， 相 互接触的固体颗粒之间会有组分熔化或有低熔点 化合物生成， 在有大量液相出现时， 则严重烧结， 形成“ 玻璃体” ， 而钒被“ 包裹” 其中， 难于浸出。 ２． ３原矿与微波焙烧后矿样硫酸搅拌浸出对比 在８ ０ ０Ｗ 微波条件下对矿样焙烧１ ２ｍ ｉ ｎ， 然 后对焙砂用硫酸搅拌浸出， 结果如图９所示。 图９微波焙烧预处理矿样与原矿样搅拌浸出试验对比 由图９看出 微波焙烧预处理后的矿样， 在浸 出前３ｈ， 钒浸出率提高明显， 最高达７ １． ９ ３％ ， 接 近未焙烧原矿浸出７ｈ的浸出率； 但焙烧矿样在 浸出３ｈ后， 钒浸出率明显降低， 最终浸出率与未 焙烧原矿相差不多。出现这种现象的原因是石煤 矿样中的钒矿物在微波场中因吸收微波而温度迅 速上升并体积膨胀， 致使矿粒产生龟裂［ ８］， 矿石比 表面积增加， 从而提高了浸出率； 但微波焙烧作用 只是在于破坏矿石的结构和晶体的晶格， 增大矿 石比表面积， 而微波加热时间极短， 升温速率很 快， 并没有使低价态的 Ｖ（Ⅲ） 氧化为可溶于酸的 Ｖ（Ⅳ ） 或 Ｖ（Ⅴ） ， 所以被释放出来的低价钒并不 能被浸出， 使得钒浸出率并没有明显提高。 ３ 结论 微波焙烧预处理可以提高石煤钒矿的浸出速 率， 浸出时间较常规酸浸时间缩短５ ０％， 而且降 低了传统工艺的能耗和污染， 对从石煤中回收钒 有一定推广价值。 参考文献 ［１］王明玉， 王学文． 石煤提钒浸出过程研究现状与展望［Ｊ］． 稀有金属，２ ０ １ ０，３ ４（ １） ９ ０－９ ６． ［２］漆明鉴．从石煤中提钒现状及前景 ［Ｊ］．湿法冶金，１ ９ ９ ９ （４） １－１ ０． ［３］蔡晋强． 石煤提钒工艺及设备进展［Ｊ］． 稀有金属与硬质合 金，２ ０ １ ０， ３ ８（２） ６ ７－７ １． ［４］陈庆根．石煤钒矿提钒工艺技术的研究进展［Ｊ］．矿产综合 利用，２ ０ ０ ９， ４（２） ３ ０－３ ４． ［５］宾智勇．石煤提钒研究进展与五氧化二钒市场状况［Ｊ］．湖 南有色金属，２ ０ ０ ６，２ ２（１） １ ５－２ ０． ［６］佟志芳， 毕诗文， 杨毅宏．微波加热在冶金领域中应用研究 现状［Ｊ］．材料与冶金学报， ２ ０ ０ ４，３（２） １ １ ７－１ ２ ０． ［７］欧阳国强， 张小云， 田学达， 等．微波焙烧对石煤提钒的影 响［Ｊ］．中国有色金属学报， ２ ０ ０ ８，１ ８（４） ７ ５ ０－７ ５ ４． ［８］司士辉， 戚斌斌．微波场对石煤湿法提钒过程的影响［Ｊ］． 常熟理工学院学报，２ ０ ０ ９，２ ３（２） ５ ０－５ ４． ［９］何东升． 石煤型钒矿焙烧浸出过程的理论研究［Ｄ］ ． 长 沙 中南大学，２ ０ ０ ９． Ｅ ｆ ｆ ｅ ｃ ｔ ｏ ｆ Ｍ ｉ ｃ ｒ ｏ ｗ ａ ｖ ｅ Ｒ ｏ ａ ｓ ｔ ｉ ｎ ｇ ｏ ｎ Ｌ ｅ ａ ｃ ｈ ｉ ｎ ｇ ｏ ｆ Ｖ ａ ｎ ａ ｄ ｉ ｕ ｍ Ｆ ｒ ｏ ｍ Ｓ ｔ ｏ ｎ ｅ Ｃ ｏ ａ ｌ ＷＡＮＧ Ｈ ｕ ｉ １， Ｌ ＡＮ Ｘ ｉ ｎ－ｚ ｈ ｅ １，２， ＭＡ Ｈ ｏ ｎ ｇ－ｚ ｈ ｏ ｕ １，２， Ｓ ＯＮＧ Ｙ ｏ ｎ ｇ－ｈ ｕ ｉ １，２ （ １．Ｓ ｃ ｈ ｏ ｏ ｌ ｏ ｆ Ｍ ｅ ｔ ａ ｌ ｌ ｕ ｒ ｇ ｉ ｃ ａ ｌ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ，Ｘ ｉ’ａ ｎ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ Ａ ｒ ｃ ｈ ｉ ｔ ｅ ｃ ｔ ｕ ｒ ｅ ＆Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ， Ｘ ｉ’ａ ｎ ７ １ ０ ０ ５ ５，Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ； ２．Ｉ ｎ ｓ ｔ ｉ ｔ ｕ ｔ ｅ ｏ ｆ Ｐ ｒ ｅ ｃ ｉ ｏ ｕ ｓ Ｍ ｅ ｔ ａ ｌ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ，Ｘ ｉ’ａ ｎ Ｕ 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