低钙镁石煤钒矿熟化浸出工艺研究①

万洪强， 李 静， 张丽芬， 罗 豪， 田子瑜

（长沙矿冶研究院有限责任公司，湖南 长沙 410012）

低钙镁钒矿（钙镁总含量不高于3%）作为钒矿资源的一种类型，约占全国钒矿资源储量的1／3；湖南岳阳、江西修水等地区绝大多数钒矿资源属于此类型[1-3］。 低钙镁钒矿的特点在于矿物碱度低、二氧化硅含量高，大部分属于硅质或碳硅质钒矿，浸出过程中硅酸盐中的硅容易进入溶液[4-6］，给后续提钒处理带来困难。

针对低钙镁钒矿的特点，以及石煤提钒工艺研究现状[7-9］，本文采用硫酸熟化浸出工艺处理此类石煤钒矿，通过在特定条件下对原矿物料进行熟化处理，达到破坏硅质或碳硅质石煤的目的，然后在常温低酸条件下浸出，实现低钙镁钒矿常温高效全湿法提钒。

1 实验

1.1 实验原料

实验所用原料为我国南方某地石煤钒矿，其X 射线荧光光谱分析结果见表1。 由表1 可知，矿石中主要矿物为硅酸盐矿物，二氧化硅含量为69.34%；主要有价元素为钒，V2O5品位为1.07%；其他有价金属元素含量较低。

表1 石煤钒矿荧光光谱分析结果（质量分数）%

石煤钒矿样品的XRD 分析结果见图1。 样品主要组成成分为石英、高岭石、云母、方解石和重晶石。

图1 原矿XRD 衍射图谱

石煤钒矿样品钒物相分析结果见表2。 矿样中钒主要分布在铁铝石（氧化铁及黏土矿物）、含钒云母类矿物、石榴石3 种物相中，其中前2 种矿物中的钒占91.59%。

表2 矿石中钒化学物相分析结果

原矿粒级分布如表3 所示。 矿物的粒度组成在制定磨矿工艺的过程中起着重要作用。 由表3 可知，47.90%的矿物处在0.154 ～0.28 mm 粒级，该粒级V2O5品位1.04%；随着粒度减小，各粒级矿物产率总体呈下降趋势。 通过矿石中钒和碳产率和占有率的对比分析，钒和碳在各个粒度级的品位差别不大，分布较为均匀，无法直接通过筛分的方式进行简单地富集分离。

表3 原矿粒级分布情况

1.2 实验与试剂

实验主要试剂包括浓硫酸、磷酸、硫酸亚铁铵、高锰酸钾、碳酸钠、氢氧化钠、氯化铵，均为分析纯；实验用水为自制纯净水。

1.3 实验方法

每次称取石煤矿200 g 放入烧杯中，加入10%（质量分数）纯净水和一定量浓硫酸，搅拌均匀后，倒入熟化装置中，加热，在设定温度下熟化一段时间，熟化后将熟料与一定量纯净水混合，于一定温度及转速下搅拌浸出，将浸出后的矿浆抽滤，得到含钒浸出液及滤渣。 将滤渣烘干称量；采用硫酸亚铁铵法测定浸出液中钒含量，计算钒浸出率。

2 实验结果与讨论

2.1 矿物粒度对钒浸出率的影响

在一个浸出体系中，存在最佳的矿石粒度范围，粒度过粗，达不到要求的浸出率；粒度过细，增加破碎的能量消耗。 为考察矿物粒度对钒浸出率的影响，通过控制碎矿与磨矿条件，选取5 个样品进行熟化实验，原料粒度组成见表4。 设定硫酸用量（硫酸与矿物的质量比）20%、熟化温度120 ℃、熟化时间8.5 h，熟料用水于室温下搅拌浸出2 h、液固比2 ∶1，矿物粒度对钒浸出率的影响见图2。

图2 矿物粒度对钒浸出率的影响

表4 样品粒度组成

从图2 可以看出，随着矿物粒度变细，钒浸出率不断升高，虽然L-5 浸出率最高，达到了90.2%，但其磨矿时间过长，磨矿能耗大。 综合考虑，L-4 样品（即粒级－0.15 mm 矿样）钒浸出率达到88.5%，且磨矿能耗适中，后续选择该粒度的样品进行实验。

2.2 硫酸用量对钒浸出率的影响

矿物粒度－0.15 mm，其他条件不变，硫酸用量对钒浸出率的影响见图3。

图3 硫酸用量对钒浸出率的影响

由图3 可知，随着硫酸用量增加，钒浸出率不断提高，当硫酸用量达到20%时，钒浸出率达到88.5%，继续增加硫酸用量，钒浸出率不再上升，选择硫酸用量20%进行后续实验。 硫酸用量是影响钒浸出率的重要因素，这是因为钒浸出率与石煤中云母的解离程度有关，熟化过程中硫酸用量增加，有利于破坏石煤中的云母结构，释放矿物中被晶格包围的钒，钒浸出率得到提高。

2.3 熟化时间对钒浸出率的影响

硫酸用量20%，其他条件不变，熟化时间对钒浸出率的影响如图4 所示。

图4 熟化时间对钒浸出率的影响

由图4 可知，首先钒浸出率随熟化时间增加而增加，当熟化时间达到8.5 h 时，钒浸出率较高，继续延长熟化时间，钒浸出率反而下降，选择熟化时间8.5 h。

2.4 熟化温度对钒浸出率的影响

熟化时间8.5 h，其他条件不变，熟化温度对钒浸出率的影响如图5 所示。

图5 熟化温度对钒浸出率的影响

石煤钒矿常温熟化时间较长，生产效率低，为了加快反应速度，需要在一定温度下进行熟化处理。 从图5可知，随熟化温度升高，钒浸出率迅速提高，120 ℃时，钒浸出率达到88.8%，而后钒浸出率随着温度升高逐渐下降，适宜的熟化温度为120 ℃。

2.5 验证实验

单因素实验确定的适宜工艺条件为：原矿粒径－0.15 mm、浓硫酸用量20%、熟化温度120 ℃、熟化时间8.5 h，熟料用水于室温下搅拌浸出2 h、液固比2 ∶1，在此条件下进行验证实验，得到的浸出液主要成分如表5 所示。

表5 浸出液成分g／L

由表5 可知，浸出液中V2O5浓度为4.23 g／L，SiO2浓度为0.08 g／L。 通过分析计算得出钒浸出率为88.6%。 与直接酸浸或焙烧酸浸工艺相比，熟化浸出溶液中的硅含量大幅降低，硅的影响几乎可忽略不计，这使后续萃取工序难度大大降低。

3 结论

1） 硫酸熟化-水浸出实验的优化工艺为：矿石粒度－0.15 mm、浓硫酸用量20%、熟化温度120 ℃、熟化时间8.5 h，熟料用水于室温下搅拌浸出2 h、液固比2 ∶1，此条件下钒浸出率达到了88.6%。

2） 熟化浸出溶液中SiO2浓度为0.08 g／L，比传统酸浸工艺中硅含量大幅降低，大大降低了后续萃取工序难度。

3） 硫酸熟化-水浸出工艺避免了高能耗的焙烧过程，工艺流程简单、清洁环保，是一种开发利用低钙镁钒矿常温高效的石煤提钒新技术。