石煤钒矿直接硫酸浸出试验研究

田宗平,邓圣为,曹 健,李建文,陈 铮,周永兴

(湖南省矿产测试利用研究所,湖南长沙 410007)

·冶 金·

石煤钒矿直接硫酸浸出试验研究

田宗平,邓圣为,曹 健,李建文,陈 铮,周永兴

(湖南省矿产测试利用研究所,湖南长沙 410007)

石煤钒矿中的钒一般均以类质同象形式取代六次配位的三价铝而存在于伊利石或云母晶格中,为将钒从伊利石或云母中浸出,必须破坏含钒矿物伊利石或云母的结构。将矿石粉碎至全部通过0.15 mm(100目)标准筛,在加热和有添加剂的协同作用下,可直接用硫酸浸出石煤钒矿中的钒,再将浸出浆液固液分离,得到蓝色硫酸钒溶液。结果表明:正常试验条件下,通过合理调整添加剂配比,可实现对石煤钒矿粉浸出、固液分离,钒的回收率78%以上,该浸出溶液的取得,为后续提钒工艺提供了技术保障。

石煤钒矿;硫酸浸出;提钒;试验研究

石煤钒矿是我国重要的钒矿资源之一,它的总储量超过世界其它国家钒的总储量,并主要集中在我国南方各省[1,2]。在目前技术经济条件下,一般认为石煤中五氧化二钒含量达到0.70%以上时,才作为石煤钒矿[3],石煤钒矿中五氧化二钒含量达到0.80%以上时,才具有工业开采价值[4]和作为工业生产提取五氧化二钒的原材料。石煤钒矿的主要矿物成分为粘土矿物、绢云母、石英粉砂、炭质,少量白云母粉砂和金属矿物。据南方石煤资源考察报告[5,6],仅湖南、湖北、江西、浙江、安徽、贵州、陕西七省石煤中含钒就达11 797万t。

我国是钒的资源大国,也是钒的消费大国,在钢铁工业、玻璃与陶瓷工业、硫酸与石油化工工业等行业,都广泛使用着钒合金、五氧化二钒及钒的化合物[7]。由于钒用途广泛,且作用特殊,故国内对从石煤钒矿中提取五氧化二钒的研究也非常广泛和深入[8,9],在我国广泛开展资源节约和环境友好型社会的建设时期,石煤钒矿用硫酸直接浸出的研究和应用前景广阔。

1 试验样品

试验样品采自于湘西某石煤钒矿,该矿属浅海相沉积矿床,矿体形态以似层状较规则赋存于寒武系下统牛蹄塘组底部,钒一般以类质同象形式取代三价铝和三价铁存在于铝和铁的矿物中[10],矿石自然类型为页岩型和硅质岩-页岩型矿石两种,本次试验采集的矿石为上述两种矿石的混合矿,试验样品常量元素分析结果见表1,钒物相分析结果见表2,钒价态分析结果见表3。

表1 试验样品常量元素分析结果

2 试验原理与试验流程

2.1 石煤钒矿直接硫酸浸出的试验原理

石煤钒矿中的钒一般以类质同象形式置换六次配位的三价铝而存在于伊利石或云母晶格中,为将钒从伊利石或云母中浸出,必须破坏含钒矿物伊利石或云母的结构。在一定的温度、硫酸和添加剂的条件下,可直接破坏伊利石或云母结构,从而将钒释放出来,同时低价钒被氧化成四价后被硫酸溶解,再经固液分离得到蓝色硫酸钒溶液。

表2 试验样品钒物相分析结果

2.2 石煤钒矿直接硫酸浸出的试验流程

石煤钒矿直接硫酸浸出的试验流程如图1。

图1 石煤钒矿直接硫酸浸出试验流程图

2.3 浸出回收率的计算

试验浸出回收率的计算按下式进行:

浸出回收率(%)=[滤液体积(L)×浓度(g/L) +洗涤液体积(L)×浓度(g/L)]/[矿粉质量(g)×含量(%)]×100

3 试验结果与分析

3.1 矿石破碎与制粉

将矿石通过烘干后,用锷式破碎机、中碎机、盘磨机等将矿石粉碎至全部通过0.28 mm(60目)、0.18 mm(80目)、0.15 mm(100目)、0.125 mm(120目)、0.10 mm(150目)、0.074 mm(200目)标准筛,在相同的试验条件下进行不同粒度矿粉浸出与固液分离试验,试验结果见表4。

表4 不同粒度矿粉浸出与固液分离试验结果

从表4的试验结果可知,随着破碎与制粉粒度的减小,矿粉中五氧化二钒的浸出回收率增加,当矿粉粒度小于0.15 mm(100目)后,浸出回收率的增长幅度减缓。同时,矿粉粒度小于0.10 mm以后,浸出浆液的固液分离较难,表现在要使用致密滤纸或滤布且过滤速度慢。综合考虑试验速度、成本和标准粒度控制的难度,试验采用90%以上通过0.15 mm(100目)标准筛的矿粉。

3.2 硫酸用量和浓度对浸出回收率的影响

固定其它试验条件,通过改变硫酸用量和浓度进行矿粉浸出与固液分离试验,试验结果见图2。

图2 硫酸用量与浸出回收率关系曲线

从图2的试验结果可知,随着硫酸用量的增加,其浸出回收率也随之增大,当浸出液中硫酸浓度为175 g/L左右时,浸出效果较好。但随着硫酸用量或浓度的继续增加,浸出效果没有很明显的提高,试验中采用165～180 g/L的硫酸用量和浓度。同时,反应固液比的改变,可达到调节硫酸消耗的目的,故试验中控制反应固液比为1∶1.2～1.5。

3.3 浸出温度对浸出回收率的影响

固定其它试验条件,通过改变浸出温度进行矿粉的浸出与固液分离试验,试验结果见图3。

图3 浸出温度与浸出回收率关系曲线

从图3的试验结果可知,反应温度越高,试验样品的浸出回收率越高,但当反应温度高于85℃后,浸出回收率的增长缓慢,试验选择反应浸出温度90 ±5℃。

3.4 浸出时间对浸出回收率的影响

固定其它试验条件,通过改变浸出时间进行矿粉的浸出与固液分离试验,试验结果见图4。

图4 浸出时间与浸出回收率关系曲线

从图4的试验结果可知,浸出时间越长,试验样品的浸出回收率越高,但当反应时间超过5 h后,浸出回收率的增长缓慢,试验选择反应浸出时间6 h。

3.5 添加剂种类和用量对浸出回收率的影响

固定其它试验条件,通过改变添加剂种类和用量进行矿粉的浸出与固液分离试验,试验结果见图5。

从图5的试验结果可知,上述3种添加剂均能满足石煤钒矿提钒需要,但添加剂C明显较添加剂A和添加剂B的浸出回收率高,上述3中添加剂的选择使用,可根据生产成本控制、环境保护和其它控制需要确定和选择。

图5 添加剂种类和用量与浸出回收率关系曲线

同时,添加剂用量越多,试验样品的浸出回收率越高,但当添加剂用量超过2%后,浸出回收率的增长缓慢,为确保浸出反应对添加剂的需要,达到降低生产成本,减少杂质引入等目的,试验选择添加剂用量为矿粉重量的3%。

3.6 试验条件验证

将粉碎至90%以上通过0.15 mm(100目)标准筛石煤钒矿粉1 000 g,置于3 000 mL的反应器中,加入矿粉重量3%的添加剂、1 200 mL水和110 mL的浓硫酸,在加热至90℃后搅拌浸出6 h,控制反应温度在90±5℃,并经常补水使反应固液比在1∶1.3左右,反应完成后趁热进行固液分离,滤渣用1 000 mL水洗涤并再次进行固液分离,试验结果见表5,浸出液成分分析结果见表6。

表5 矿粉浸出及固液分离试验结果表

从表5的试验结果可知,在试验选择的综合条件下进行石煤矿粉的浸出和固液分离,可使石煤矿粉中的五氧化二钒的浸出回收率达到78%以上。

3.7 浸出液成分分析

弄清浸出液中的有用、有害成分,可为后续工艺研究提供科学依据,对浸出液的成分进行五氧化二钒和硫酸的容量分析,对溶液中的其它共存元素进行全谱分析,试验结果见表6。

表6 浸出液成分分析结果表

从表6浸出液成分分析结果可知,浸出液中主要有用成分为蓝色硫酸钒,其它有用金属含量低;主要有害成分为硫酸、钙、镁、铝、铁、钛等,后续通过滤液酸度调整,钒的氧化和离子交换等可达到对钒的分离,该研究工作正在进行中。

4 结 论

1.该石煤钒矿粉碎至90%以上通过0.15 mm (100目)标准筛,加入矿粉重量3%的添加剂和165～180 g/L的硫酸,控制固液比1∶1.2～1.5,在加热至90±5℃后搅拌浸出6 h,可实现矿粉中钒的浸出回收率大于78%。

2.采用硫酸与添加剂协同直接浸出石煤中的钒比焙烧法提钒工艺,废气排放量大大减少,废气中不含Cl2、SO2、HCl等有毒有害气体。

3.石煤钒矿直接用硫酸与添加剂协同浸出提钒,工艺简短、生产设备投资少,有良好的研究和应用前景。

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Abstract:Vanadium in stone coal vanadium mine generally are class quality with like forms to replace the six with a bit of trivalent aluminum present in the lattice of illite or mica for vanadium leaching from illite or mica.It must destroy the structure containing vanadium mineral illite or mica.Ore crushed all through the 0.15 mm(100 mesh)standard sieve,heating and additive synergy,can be directly used in the sulfuric acid to leach V of the stone coal vanadium mine and then separate the leaching slurry to get the blue sulfuric acid vanadium solution.The results showed that:under normal test conditions,by adjusting the ratio of additive,the stone coal vanadium ore lenching and solid-liquid separation could be realized,and more than 78%of the V was recoveried.The acquisition of the leaching solution provided technical support for the follow-up vanadium extraction.

Key words:stone coal vanadium mine;sulfuric acid leaching;vanadium extraction;experimental study

Study on Direct Sulfuric Acid Leaching Test of Stone Coal Vanadium Mine

TIAN Zong-ping,DENG Sheng-wei,CAO Jian,LI Jian-wen, CHEN Zheng,ZHOU Yong-xing
(Hunan Institute of Mineral Resources Test and Utilization,Changsha410007,China)

TF84

A

1003-5540(2012)03-0017-03

2012-04-16

湖南省科技厅科技计划项目(2010GK3187)。

田宗平(1963-),男,高级工程师,主要从事湿法冶金、化工工艺、分析测试和环境保护研究工作。