简介概要

石煤中钒酸浸出工艺研究

来源期刊：稀有金属2009年第6期

论文作者：兰新哲王耀宁陈向阳马红周

关键词：石煤; 钒; 浸出; stone coal; vanadium; leaching;

摘要：通过对陕西某地石煤钒矿的物相和化学成分分析, 依据矿物的特点确定用H_2SO_4溶液作为浸出剂从石煤钒矿中浸出钒. 实验主要研究了H_2SO_4浓度、浸出温度、液固比、浸出时间对石煤钒矿中钒的浸出率的影响. 结果表明, 在一定范围内钒的浸出率随H_2SO_4浓度及浸出温度的升高、浸出时间的延长而提高; 得出的较优条件为H_2SO_4浓度6.0 mol·L~(-1)、浸出温度95 ℃、液固比为3∶ 1、浸出时间5 h, 可以使钒的浸出率达到93.83%.

稀有金属 2009,33(06),940-942

石煤中钒酸浸出工艺研究

马红周陈向阳兰新哲

西安建筑科技大学冶金工程学院

摘要：

通过对陕西某地石煤钒矿的物相和化学成分分析, 依据矿物的特点确定用H2SO4溶液作为浸出剂从石煤钒矿中浸出钒。实验主要研究了H2SO4浓度、浸出温度、液固比、浸出时间对石煤钒矿中钒的浸出率的影响。结果表明, 在一定范围内钒的浸出率随H2SO4浓度及浸出温度的升高、浸出时间的延长而提高;得出的较优条件为H2SO4浓度6.0 mol.L-1、浸出温度95℃、液固比为3∶1、浸出时间5 h, 可以使钒的浸出率达到93.83%。

关键词：

石煤;钒;浸出;

中图分类号： TF841.3

作者简介：马红周E-mail:mhzwyn@126.com;

收稿日期：2009-03-02

基金：陕西省教育厅科研计划项目 (09JK533) 资助;

Process of Leaching Vanadium from Stone Coal

Abstract：

The technique process of leaching vanadium with sulfuric acid was defined on the base phase and chemical constituents of stone coal in Shaanxi province.The influence factors such as content of sulfuric acid, temperature, liquid-solid ratio and leaching time were studied on leaching rate of vanadium from the stone coal.The experimental results showed that the leaching rate of vanadium was improved by the change of influence factors at some range.The leaching rate of vanadium reached 93.83% under the optimal conditions of sulfuric acid content of 6.0 mol·L-1, leaching temperature of 90 ℃, leaching time of 5 h and liquid-solid ratio of 3∶1.

Keyword：

stone coal;vanadium;leaching;

Received： 2009-03-02

石煤是一种发热量低, 含有多种金属元素的碳质页岩矿, 形成石煤的物质除泥、硅、钙质等无机盐成份, 多属变质程度高的腐泥无烟煤。我国石煤钒矿的储量很大, 因此, 从石煤中提钒成为了我国利用钒资源的一个重要发展方向。石煤中提钒的主要方法有: 钠化焙烧提取工艺、无盐焙烧提取工艺、钙化焙烧提取工艺、添加剂焙烧提取工艺、碱浸提钒工艺等, 采用钠化或钙化焙烧方法时会产生含有HCl或Cl₂的气体, 其对环境影响大 ^[1,2] ; 采用无盐焙烧工艺时, 会产生大量的焙烧废气, 造成焙烧过程中能耗提高, 另外对焙烧工艺的要求较高, 产品的收得率比较难控制 ^[3,4] 。本工艺采用酸法进行浸出, 即采用硫酸作为浸出剂, 直接对石煤钒矿进行浸出, 这样可以克服焙烧法提钒的空气污染问题。

1 实验过程

提钒矿样采自陕西某矿, 把原矿经粉碎机粉碎后, 用球磨机湿磨, 然后过80目筛, 干燥后进行取样X射线衍射分析和化学分析, 确定矿物的组成和化学成分, 分析结果见表1、 2。矿石中的主要矿物组分有: 石英、伊利石、高岭石、蒙脱石、沸石、碳酸盐类矿物、正长石等。少量矿物有: 褐铁矿、重晶石、氢氧化铁等。微细少矿物有: 金属硫化物、磷灰石等, 未见钒的独立矿物。石煤中的钒绝大部分以V³⁺形态存在于含钒云母、钒云母、电气石、石榴石等硅酸盐矿物中, 以类质同象形式部分取代硅氧四面体“复网层”和铝氧八面体“单网层”中的Al³⁺。石煤中的钒还可以形成钛钒石榴石、钙钒石榴石、变钒铀矿等矿物; 亦可以金属有机络合物和钒叶啉的形态存在; 有时也以络阴离子呈吸附形态作为混入物存在于氧化铁、粘土类矿物中 ^[2] 。

将一定重量的矿物按一定的液固比加入一定浓度的硫酸溶液, 置于水浴锅中升至一定的温度后搅拌规定的时间, 后进行固液分离, 取样分析溶液中的钒浓度, 并计算浸出率。溶液中钒浓度的测定采用硫酸亚铁铵滴定法 ^[5] 。

2 结果与讨论

2.1 液固比对浸出率的影响

准确称取定量矿样用1.0 mol·L^-1 的H₂SO₄, 以不同的液固比在80 ℃下恒温搅拌浸取2 h, 钒浸出结果如图1所示。

由图1可以看出随着液固比的增加, 钒的浸出率不断提高, 当液固比在3∶1之后, 曲线变得平滑, 浸出率提高不明显。

液固比大, 浸出液中钒的浓度低, 是钒在溶液中具有较大的扩散速度, 有利于钒的浸出。液固比大也会造成浸出过程溶液体积过大, 增加溶液的处理量, 另外会降低溶液中的钒浓度, 给后续钒的处理增加负担, 所以选浸出过程的液固比为3进行后续实验。

表1 试样的矿物物相分析结果 下载原图

Table 1 Analysis results of main phase components of material

表1 试样的矿物物相分析结果

表2 矿物中主要化学成分的分析结果 下载原图

Table 2 Analysis results of main chemical components of material

表2 矿物中主要化学成分的分析结果

图1 液固比对钒浸出率的影响

Fig.1 Effect of ratio of liquor to solid on leaching rate of vanadium

2.2 酸浓度对浸出率的影响

在浸出温度80 ℃, 浸出2 h的酸浸结果如图2所示。由图看出: 酸量的增大可以提高钒的浸出率; 在浓度较小的范围内增加酸浓度, 钒的浸出率提高较快, 当H₂SO₄浓度达到6.0 mol·L^-1以上时, 钒浸出率的提高速度显著变慢, 基本趋于稳定值。

在浸出过程中, 进入浸出液中的钒主要是矿物中V (Ⅴ) 在酸中的溶解, 在硫酸浓度高的情况下, H⁺的活度比较大, 扩散速度较高, 可以很快扩散至矿物内部, 同矿物内部的钒氧化物进行反应, 此外H⁺的离子体积很小, 能较容易的渗透进石煤的片层结构中。另外较高的酸浓度, 可以消除因矿物中碱性氧化物的溶解造成的溶液pH值的增大, 避免浸出液中钒的沉淀。

2.3 浸出温度对钒浸出率的影响

浸出温度对钒浸出率的影响实验结果如图3所示, 在硫酸浓度6 mol·L^-1, 浸出时间2 h, 温度的升高可以提高反应物的反应活性, 一般均可以促进反应的进行。由图看出, 随着温度的升高, 钒的浸出率也在提高, 主要是温度升高使溶液中离子的扩散速度加快, 使浸出剂H₂SO₄中的H⁺的扩散速度加快, 浸出剂进入云母晶格和产物更加迅速地扩散出来进入溶液。主要是由于温度越高反应速度越快, 但是温度对浸出率的影响必有一极值点, 且要综合考虑能耗及生产成本等因素。在浸出率相差不大时, 尽可能选择较低温度。

2.4 浸出时间对浸出率的影响

浸出时间增加, 可以增加反应物之间的作用时间, 可以使反应进行得更加充分, 在硫酸浓度6 mol·L^-1, 浸出温度90 ℃, 时间对钒浸出的影响实验结果如图4所示。由图看出, 随着浸出时间的增加, 钒的浸出率一直在增高, 在5 h时能够达到93.83%, 因此在一定的时间段内增加浸出时间, 能够非常明显的提高浸钒的浸出率。