钒的提取工艺研究

石煤湿法提钒新工艺研究 摘要：以西南某石煤矿为原料，采用石煤中加入氧化剂和硫酸加热浸出，浸出液经P204萃取后水解沉钒工艺。研究结果表明，钒总回收率达68以上，产品V 2O5纯度达到国标99级以上。该方法与传统焙烧法提钒相比，具有无焙烧废气污染，产品质量高，污染少等优点。介绍了采用脱炭氧化、钠化焙烧、水浸从石煤中提钒的工艺方法。研究了复合附加剂种类、温度、时间等对石煤焙烧钒转化率的影响：液固比、温度、时间、浸出液钒浓度对浸出的影响及浸出液净化条件等。研究结果表明，焙烧温度、附加剂、液固比是影响钒转浸率的重要因素。本研究适宜的工艺条件是：石煤脱炭温度860(2。钠化焙烧温度820(2，焙烧时间4h， 附加剂为氯化钠碳酸钠混合。浸出采用循环富集，液固比为1：1，浸出水温度80 。关键词：石煤；湿法浸出；溶剂萃取；水解沉淀; 石煤；脱炭；焙烧；水浸；V 2O5.。 目前，提钒的工艺有很多种，但为了解决提钒过程“三废”对环境的污染和降低生产成本，研究提出一种清洁型的提钒新工艺，在生产过程中解决石煤提钒过程“三废”的污染问题。石煤无需焙烧硫酸直接浸出，该法与传统石煤焙烧提钒工艺相比，彻底解决了提钒过程中废气对环境的影响，产品回收率高，可直接得到高品位的 V2O5 产品等特点。但高温强氧化条件直接浸出，一般酸耗较高，生产成本较高，特别是在钒产品价格较低时，限制该工艺的生产应用。降低生产成本是直接酸浸提钒工艺的研究重点，本实验对降低直接浸出酸耗、能耗进行了试验研究。 原料及试验方法 原料 石煤原矿为西南某地石煤氧化矿，原矿主要化学成分列于表。 表 原矿主要组分与含量 试剂、设备及分析方法 试验试剂：氧化剂、氯酸钠、硫酸、铁屑、氨水、磺化煤油。主要试验设备： 瓷衬球磨机、恒温水浴搅拌器、（）烘箱、S312 恒速搅拌器、型循环水式真空泵、自制孔板式连续萃取器。 分析方法：硫酸亚铁铵容量法。 试验方法 清洁型提钒工艺包括加热酸化浸出、铁屑还原、萃取反萃取、氧化及水解沉钒等五步骤。具体试验方法如图所示。试验结果与分析 浸出结果与分析 西南某石煤矿中钒主要赋存形式为含钒云母型、含钒粘土型和介于两种类型之间的。其中较难浸出的是含钒云母型钒，钒在云母中以类质同象形式置换六次配位的三价铝而存在于云母晶格中，分子式为（，） Al Si O10 （） ，为将钒从云母中浸出来必须破坏云母结构，采用火法焙烧是破坏云母结构的主要方法。亦可用酸破坏云母结构，让氢离子进入云母晶格中置换 + ，使离子半径发生变化，从而将钒释放出来，钒被氧化成四价后用酸溶解，得到的是蓝色硫酸钒酰溶液。反应式为： 浸出率的影响因素由表 2 可知，钒的浸出率随氧化剂用量增加而提高，无氧化剂加入时浸出率很低，只有左右，说明原矿中 含量很低，氧化剂加入对提高浸出率效果明显。当氧化剂加入量为时浸出率达，再增加氧化剂用量浸出率提高不大。因此，氧化剂加入量在之间较为适宜。据表 3 所知钒浸出率随 H2SO4 用量的增加而提高，当硫酸浓度为获得较好的浸出率，继续增加酸浓度对浸出率影响不大。为了保证浸出效果，所以，在酸用量一定条件下，宜选择较小的液固比，（液）：（固）为：为宜。 传统石煤提钒采用氧化焙烧来破坏云母的结构，有利于钒的浸出。直接浸出采用高酸度、氧化剂和高浸出温度共同作用破坏云母的结构来提高浸出率。浸出条件：m（液）：（固）为：、浸出时间，改变浸出温度，钒浸出率与浸出温度关系试验结果列于表。 试验发现，浸出温度越高，浸出所需酸度越低，浸出时间越短。当浸出温度大于时，钒的浸出速度大大加快，浸出率大幅提高。试验选定浸出温度为左右。 石煤脱炭焙烧水浸提钒工艺研究从石煤中提钒的主要工艺流程有：石煤处理一氯化钠焙烧一水浸一酸沉淀粗钒一碱溶一沉 淀偏钒酸铵；石煤处理一氧化焙烧一酸浸一萃取一铵盐沉钒：石煤处理一氧化焙烧一酸浸一离子交换一铵盐沉钒：石煤处理一钙化焙烧一硫酸浸出一溶剂萃取一酸水解沉钒等。这些工艺存在的主要问题是：或金属回收率低，环境污染严重，不宜大型化生产，综合利用率低，或酸用量大、原材料消耗高、设备防腐要求高、废水、废渣中呈酸性处理难度大成本高等，因此提高钒的转浸率的研究是石煤提钒的一个重要方面。本文着重介绍采用复合附加剂氧化钠化焙烧、水浸，提高钒转浸率的工艺方法。提高石煤提钒总回收率是研究的重点，优化焙烧条件及浸出工艺。提高钒转浸率是本研究的关键。本工艺水浸液固分离简单可行。对设备没有特殊要求。具有较大的利用价值。 试验原理 钒在氧化钠化焙烧过程中发生的主要化学反 应是： 试验条件及方法 （）原料 石煤：石煤的主要成分为石英。占左右，钒在石煤中主要存在于云母类的铝硅酸盐中，钒含量为；其次存在于氧化铁及粘土矿物中，钒含量为，剩下的微量钒存在于石榴石和电气石中。硫酸、氯化钙、碳酸钠、氯化钠、氯化铵（工业级） 。 石煤脱炭前后化学成分分析见表： （）设备烘箱、马弗炉、磁力搅拌控温水浴锅、盘式 电炉、真空泵、布氏漏斗、抽滤瓶及烧杯等常规玻璃器皿。 试验方法 （）工艺流程：石煤一脱炭一处理一焙烧一水浸一浸出液净 化一铵盐沉钒一多钒酸铵一干燥煅烧一 V2O5（）试验方法 石煤脱炭：将石煤在左右脱炭后细磨 至筛下大于以上； 焙烧：将脱炭后石煤细粉配加氯化钠或碳配 钠或氯化钠与碳配钠的复合附加剂混合均匀，马弗炉中进行氧化钠化焙烧，人炉温度，升温速度控制在左右，恒温出炉；浸出：将焙烧料用温度0热水洗浸。并循环富集浸出液; 净化：在富集到一定钒浓度的浸出液中加入定量的氯化钙溶液，加热、搅拌、过滤; 沉淀：将洁净钒溶液，在搅拌条件下用硫酸调节、加铵盐、加热、沉淀多钒酸铵、过滤 ;煅烧：多钒酸铵烘箱干燥放人马弗炉中下煅烧，得到 V2O5 产品。试验结果及讨论 焙烧温度对钒转化率的影响固定附加剂种类、配入量及焙烧时间焙烧温度对钒转化率的影响见图。 试验条件： 氯化钠与碳酸钠混合配入量按总量的； 焙烧时间： 氯化钠：碳酸钠：。 由图可以看出，焙烧温度低于 760时，钒转化率只有左右，焙烧温度高于 760时，随着焙烧温度的上升，钒转化率逐步提高。当焙 烧温度升高至 820时，钒转化率达左右， 焙烧温度再继续升高时，转化率开始下降。表明温度低于760时，钒的氧化不充分，转化率低，当温度达到 820时，氧化达到了平衡，钒转化率高，但温度高于 820时，硅酸盐熔化分解，钒被包裹后粘结，转化率下降，因此，适宜的焙烧温度为 820。 附加剂配入量的影响 固定焙烧温度、焙烧时间及复合附加剂比例，附加剂配入量对钒转化率的影响见图。 试验条件：焙烧温度：820 复合附加剂：氯化钠：碳酸钠： 焙烧时间： 图可看出。氯化钠和碳酸钠复合附加剂。在配入量时，焙烧钒转化率只有左右， 复合附加剂配入量增加时，钒转化率随之提高，当复合附加剂配人量增加到时，焙烧钒转化率达到左右。但再继续增加复合附加剂配入量时，焙烧钒转化率却反而下降。因此，较适宜的复合附加剂配人量。 附加剂复合比例的影响 固定焙烧温度、附加剂配入量及焙烧时间，附加剂复合比例对钒转化率的影响见表。 试验条件： 焙烧温度：820 附加剂配人量： 焙烧时间： 表可看出。在选定的试验条件下，氯化钠与碳酸钠的复合比例对焙烧钒转化率的影响较大。当氯化钠与