云母型含釩石煤活化焙燒提釩工藝及釩轉(zhuǎn)移行為研究.pdf

1、釩以其優(yōu)良的理化和機(jī)械性能，在冶金、宇航、化工和新能源等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。含釩石煤作為一種重要的釩礦資源，在我國儲(chǔ)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(chǔ)量大的特點(diǎn)，其中的釩多數(shù)以類質(zhì)同象形式存在于云母晶格中，結(jié)構(gòu)難以破壞，是一種典型的難處理含釩礦石。目前關(guān)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(yīng)的機(jī)理分析;同時(shí)提釩工藝也存在水浸率低、環(huán)境污染嚴(yán)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(duì)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(lián)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(diǎn)。同時(shí)，對(duì)云母型含釩石煤活化焙燒過程中礦相變化和熱力學(xué)進(jìn)行了深入分析，確定釩的轉(zhuǎn)移行為;探討并研究了聯(lián)合浸出過程主要元素和礦物的溶解規(guī)律，確定聯(lián)合浸出的作用機(jī)理;分析并完

3、善了聯(lián)合浸出動(dòng)力學(xué)及釩溶液的熱力學(xué)理論，有效地指導(dǎo)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(shù)為:在焙燒溫度為950℃，時(shí)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(jīng)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(dá)72％;水浸液與酸浸液直接合并后，混合浸出溶液經(jīng)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(chǎn)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(jié)構(gòu)破壞;K2SO4的主要作用是焙燒過程中其分解產(chǎn)物SO2易與含釩石煤中方解石的分解產(chǎn)物CaO反應(yīng)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(chǎn)物Na2O和K2O可與V2O5、Al2O3、 SiO2反應(yīng)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(xué)分析說明K2SO4分解產(chǎn)物SO2可與CaO反應(yīng)生成CaSO4，且CaSO4的△GTθ低于鈣長石，故此其會(huì)抑制鈣長石礦物的生成，同時(shí)會(huì)促進(jìn)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(shí)生成。
　　 聯(lián)合浸出過程機(jī)理分析結(jié)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(gè)部分，當(dāng)硫酸濃度在1％～10％時(shí)，酸浸過程是酸溶性的釩酸鈣等鹽類的溶解過程;當(dāng)硫酸濃度提高至20％時(shí)，酸浸過程為V(Ⅳ)氧化物和長石類礦物的化學(xué)反應(yīng)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(jīng)水浸作業(yè)后，水浸渣呈疏松多孔形貌;水浸渣經(jīng)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(lián)合浸出動(dòng)力學(xué)研究表明:水浸過程包括兩個(gè)控制步驟，開始受未反應(yīng)收縮核模型中的內(nèi)擴(kuò)散步驟控制，然后由液膜非穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散模型控制;酸浸過程開始由未反應(yīng)收縮核的內(nèi)擴(kuò)散和化學(xué)反應(yīng)聯(lián)合控制，建立經(jīng)驗(yàn)動(dòng)力學(xué)模型為21n(1-η)/7+[(1-η)-2/7-1]=Kt，然后由液膜非穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散模型控制，各種化學(xué)反應(yīng)趨于穩(wěn)定。
　　 含釩溶液熱力學(xué)研究表明:V(Ⅳ)和V(Ⅴ)是浸出溶液中釩的主要存在價(jià)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(huì)以HV2O5-或V4O92-形成存在，當(dāng)V(Ⅴ)溶解濃度較低時(shí)，其以簡單的H2VO4-、HVO42-和VO43-等陰離子形式存在，當(dāng)V(Ⅴ)溶解濃度較高時(shí)，其以復(fù)雜的V4O124-、H3V2O7-、HV6O173-、H2V6O172-和H2V10O284-等形式存在。在硫酸介質(zhì)中，會(huì)有新型含釩物種如VSO4+、VOSO4和VO2SO4-的形成，同時(shí)會(huì)改變?cè)瓉砀魑锓N的穩(wěn)定存在區(qū)間，提高釩浸出的可能性;其為選取