云母型含釩石煤活化焙燒提釩工藝及釩轉移行為研究.pdf

1、釩以其優(yōu)良的理化和機械性能，在冶金、宇航、化工和新能源等領域應用廣泛。含釩石煤作為一種重要的釩礦資源，在我國儲量豐富，從石煤中提取釩是獲得V2O5的重要途徑。云母型含釩石煤是主要的石煤類型，其具有分布廣和儲量大的特點，其中的釩多數以類質同象形式存在于云母晶格中，結構難以破壞，是一種典型的難處理含釩礦石。目前關于云母型含釩石煤的提釩過程多集中于工藝方面研究，而欠缺相應的機理分析;同時提釩工藝也存在水浸率低、環(huán)境污染嚴重或酸浸過程酸耗量高等

2、問題。
　　 因此，本文以湖北某地云母型含釩石煤為研究對象，通過尋求新型焙燒活化劑，顯著降低NaCl用量并提高釩的水浸率;提出云母型含釩石煤活化焙燒-聯合浸出工藝路線，降低了酸耗量并提高了釩浸出率;采用離子交換法處理混合浸出溶液，具有操作簡單和提高釩回收率的特點。同時，對云母型含釩石煤活化焙燒過程中礦相變化和熱力學進行了深入分析，確定釩的轉移行為;探討并研究了聯合浸出過程主要元素和礦物的溶解規(guī)律，確定聯合浸出的作用機理;分析并完

3、善了聯合浸出動力學及釩溶液的熱力學理論，有效地指導浸出、富集及沉釩作業(yè)。
　　 石煤提釩工藝研究表明:該云母型含釩石煤的最佳提釩工藝參數為:在焙燒溫度為950℃，時間為60 min，添加4％NaCl和8％K2SO4的條件下活化焙燒，焙燒熟樣在溫度為90℃、液固比為2.5 mL/g條件下水浸45 min，水浸渣經1％H2SO4在溫度為30℃、液固比為2.0 mL/g條件下酸浸60 min，釩的水浸率為56％，酸浸率為16％，總浸率

4、達72％;水浸液與酸浸液直接合并后，混合浸出溶液經D201樹脂離子交換-酸性銨鹽沉釩-煅燒脫氨作業(yè)，可獲得純度大于99％的V2O5產品，釩的回收率為70.1％。
　　 石煤活化焙燒理論研究表明:云母型含釩石煤添加NaCl和K2SO4活化焙燒，NaCl的主要作用是加速含釩云母的晶格結構破壞;K2SO4的主要作用是焙燒過程中其分解產物SO2易與含釩石煤中方解石的分解產物CaO反應生成CaSO4，從而抑制鈣長石和酸溶性Ca(VO3)2

5、的生成;另外NaCl與K2SO4的分解產物Na2O和K2O可與V2O5、Al2O3、 SiO2反應生成鉀鈉長石及水溶性的KVO3和NaVO3，從而提高釩的水浸率。焙燒熱力學分析說明K2SO4分解產物SO2可與CaO反應生成CaSO4，且CaSO4的△GTθ低于鈣長石，故此其會抑制鈣長石礦物的生成，同時會促進鉀鈉長石的形成;3CaO·V2O5和Na2O·V2O5的△GTθ相近，說明若云母型含釩石煤中鈣含量較高，則在焙燒過程中該兩種釩酸鹽可

6、同時生成。
　　 聯合浸出過程機理分析結果表明:水浸過程是水溶性釩酸鹽和其他鹽類的溶解過程;水浸渣的酸浸過程包括兩個部分，當硫酸濃度在1％～10％時，酸浸過程是酸溶性的釩酸鈣等鹽類的溶解過程;當硫酸濃度提高至20％時，酸浸過程為V(Ⅳ)氧化物和長石類礦物的化學反應過程。石煤活化焙燒熟樣的顆粒形貌較為規(guī)則，多以類球體形貌存在;經水浸作業(yè)后，水浸渣呈疏松多孔形貌;水浸渣經硫酸浸出后，酸浸渣顆粒粒徑明顯降低，且顆粒形貌更不規(guī)則。

7、>　　 聯合浸出動力學研究表明:水浸過程包括兩個控制步驟，開始受未反應收縮核模型中的內擴散步驟控制，然后由液膜非穩(wěn)態(tài)擴散模型控制;酸浸過程開始由未反應收縮核的內擴散和化學反應聯合控制，建立經驗動力學模型為21n(1-η)/7+[(1-η)-2/7-1]=Kt，然后由液膜非穩(wěn)態(tài)擴散模型控制，各種化學反應趨于穩(wěn)定。
　　 含釩溶液熱力學研究表明:V(Ⅳ)和V(Ⅴ)是浸出溶液中釩的主要存在價態(tài)，VO2+和VO2+是其酸性條件下的主要

8、存在形式;堿性條件下V(Ⅳ)會以HV2O5-或V4O92-形成存在，當V(Ⅴ)溶解濃度較低時，其以簡單的H2VO4-、HVO42-和VO43-等陰離子形式存在，當V(Ⅴ)溶解濃度較高時，其以復雜的V4O124-、H3V2O7-、HV6O173-、H2V6O172-和H2V10O284-等形式存在。在硫酸介質中，會有新型含釩物種如VSO4+、VOSO4和VO2SO4-的形成，同時會改變原來各物種的穩(wěn)定存在區(qū)間，提高釩浸出的可能性;其為選取