石煤硫酸化微波焙烧提取五氧化二钒新工艺

1、石煤硫酸化微波焙烧提取五氧化二钒新工艺梁焕龙，谢营邦，何航军，满露梅（广西冶金研究院，南宁 530023）doi：10.3969/j.issn.1007-7545.2015.08.010摘要：采用硫酸化微波焙烧水浸工艺从石煤中提取五氧化二钒，考察了硫酸用量、微波功率、粒径、微波焙烧温度和时间、添加剂NaF加入量、水浸液固比、水浸温度和时间对钒、铁、铝浸出的影响。结果表明，在下述最佳工艺条件下，五氧化二钒的浸出率达90%以上：硫酸用量30%、微波功率700 W、粒径0.08 mm、200 微波焙烧1 h、NaF加入量3%、水浸时间1 h、水浸液固比31、水浸温度90 。关键词：石煤；硫酸化微波焙

2、烧；浸出；五氧化二钒中图分类号：TF841.3文献标志码：A文章编号：1007-7545（2015）08-0000-00New Process of Vanadium Pentoxide Extraction from Stone Coal by Sulfation Microwave RoastingLIANG Huan-long，XIE Ying-bang，HE hang-jun，MAN Lu-mei（Guangxi Research Institute of Metallurgy, Nanning 530023, China)Abstract: Vanadium pentoxide wa

3、s extracted from stone coal by sulfation microwave roasting and water leaching. The effects of sulfuric acid dosage, microwave power, particle size, microwave roasting temperature and time, dosage of additive NaF, water leaching time, ratio of liquid to solid, and water leaching temperature on leach

4、ing rate of vanadium, iron, and aluminum were investigated. The results show that vanadium pentoxide leaching rate is 90% above under the optimum conditions including sulfuric acid dosage of 30%, microwave power of 700 W, particle size of 0.08 mm, microwave roasting temperature of 200 , microwave ro

5、asting time of 1 h, dosage of NaF of 3%, ratio of liquid to solid of 31, and water leaching temperature and time of 90 and 1 h respectively.Key words: stone coal; sulfation microwave roasting; leaching; vanadium pentoxide我国的含钒石煤储量非常丰富1。我国的含钒资源主要以石煤为主，V2O5含量多在1.0%左右2-3。石煤中的低价V（）和V（）约占90%，它们以类质同象的形式赋存

6、于黏土矿的硅氧四面体结构中，在有添加剂存在和高温的共同作用下，低价V（）和V（）才能转为可以溶解的高价V（）4。微波具有选择性加热的特性，在多种矿物提取冶金中得到广泛应用5-10。研究表明，利用微波的辐射，单位体积介质可以转化的能量即比例因子，V2O5是0.71，Fe2O3是1.23，A12O3是0.21，所以，在微波的辐射下A12O3升温比V2O5、Fe2O3升温慢。有研究表明，C、Fe2O3和V2O5等的升温速率都比较大，再加上石煤中的SiO2与A12O3等在微波场中升温速率都很慢或者基本不升温，所以矿物中的各成分在微波场中会因热膨胀系数的不同而在不同的晶格间产生应力，从而导致矿物中颗粒的

7、破裂11-12，使得硫酸浸出剂能更好地渗透接触到钒矿物，从而有利于钒的浸出。本文采用硫酸化微波焙烧工艺，主要考察了硫酸用量、微波焙烧时间、添加剂NaF加入量等条件对石煤五氧化二钒浸出率的影响，进而确定最佳工艺流程。1 试验部分1.1 试验原料、试剂及仪器试验用石煤的主要化学成分（%）：V2O5 1.19、Al2O3 14.39、Fe 3.17、SiO2 71.42、其它9.83。主要试剂为工业级浓硫酸，试验用水为自来水。主要仪器有HW16型微波炉；烘箱；真空抽滤机。1.2 试验方法石煤于烘箱中烘干，磨碎至一定粒度，每次取500 g加入特定量的浓硫酸并搅拌均匀，放入微波炉在一定的温度下微波焙烧1

8、3一定时间，之后取出微波焙烧矿在3 L三颈烧瓶(带温度计、机械搅拌和冷凝装置)中进行水浸。水浸结束后过滤、洗涤、取样分析钒、铁、铝的含量，最后计算浸出率。收稿日期：2015-02-09基金项目：广西壮族自治区科学技术厅科学研究与技术开发计划项目（桂科合10100022-17）作者简介：梁焕龙（1988-），男，广西南宁人，助理工程师.2 结果与讨论2.1 硫酸用量对浸出率的影响固定条件：微波功率700 W、粒径0.08 mm、200 微波焙烧1 h、添加剂NaF加入量3%、水浸时间1 h、水浸液固比31、水浸温度90 。结果见图1。图1 硫酸用量对浸出率的影响Fig.1 Effect of s

9、ulfuric acid dosage on leaching rate从图1可看出，随着硫酸用量的增大，钒、铁、铝的浸出率也逐渐增大；但硫酸用量增大到30%以后，钒的浸出率增速趋于平缓，若继续加大硫酸用量不仅会造成浸出液余酸太多，铁、铝的浸出率还会继续增大，后续中和工序耗中和剂太多、渣量大。由此硫酸用量控制在30%是比较适宜的。2.2 微波功率对浸出率的影响固定条件：粒径0.08 mm、硫酸用量30%、200 微波焙烧1 h、NaF加入量3%、水浸时间1 h、水浸液固比31、水浸温度90 。微波功率对浸出率的影响见图2。图2 微波功率对浸出率的影响Fig.2 Effect of microw

10、ave power on leaching rate由图2可见，钒、铁、铝的浸出率随着微波功率的增大而增大，但钒的浸出率在微波功率达到700 W时呈现较大值；若继续加大微波功率，钒的浸出率增大得不是很明显，再加上铁、铝的浸出率增大的幅度较大，杂质含量就明显增加，所以微波功率选择700 W。2.3 粒径大小对浸出率的影响固定条件：硫酸用量30%、微波功率700 W、200 微波焙烧1 h、NaF加入量3%、水浸时间1 h、水浸液固比31、水浸温度90 。不同粒径下的浸出率如图3所示。图3 粒径对浸出率的影响Fig.3 Effect of particle size on leaching rat

11、e图3表明，钒、铁、铝的浸出率随着粒径的减小而增大，当粒径减小到0.08 mm后，钒、铁的浸出率趋于平稳。若继续减小矿样粒径，则会造成磨矿成本以及浸出液的杂质含量增加，所以石煤粒径0.08 mm较适宜。2.4 微波焙烧温度对浸出率的影响固定条件：粒径0.08 mm、硫酸用量30%、微波功率700 W、微波焙烧时间1 h、NaF加入量3%、水浸时间1 h、水浸液固比31、水浸温度90 。微波焙烧温度对浸出率的影响如图4所示。图4 微波焙烧温度对浸出率的影响Fig.4 Effect of microwave roasting temperature on leaching rate由图4可见，随着

12、微波焙烧温度的升高，钒、铁、铝的浸出率也随之增大，但温度大于200 时，钒的浸出率基本不变，铁、铝的浸出率继续升高。这是由于温度高于200 时，硫酸容易分解，从而影响了钒的浸出率。考虑成本及杂质含量，微波焙烧温度宜控制在200 。2.5 微波焙烧时间对浸出率的影响固定条件：粒径0.08 mm、硫酸用量30%、微波功率700 W、微波焙烧温度200 、NaF加入量3%、水浸时间1 h、水浸液固比31、水浸温度90 。不同微波焙烧时间的结果如图5所示。图5 微波焙烧时间对浸出率的影响Fig.5 Effect of microwave roasting time on leaching rate由图

13、5可知，钒、铁、铝的浸出率随着微波焙烧时间的延长而增加。钒浸出率在微波焙烧时间为1 h时呈现较大值；若再增加微波焙烧时间，钒的浸出率基本保持不变，而铁、铝的浸出率都明显提高。为把铁、铝杂质都留在渣中，并考虑成本，控制微波焙烧时间为1 h。2.6 添加剂NaF用量对浸出率的影响固定条件：粒径0.08 mm、硫酸用量30%、微波功率700 W、200 微波焙烧1 h、水浸时间1 h、水浸液固比31、水浸温度90 。NaF用量对浸出率的影响如图6所示。图6 添加剂NaF用量对浸出率的影响Fig.6 Effect of dosage of additives NaF on leaching rate从

14、图6可见，随着NaF用量的增大，钒的浸出率随之增大，铁、铝的浸出率基本维持不变；钒的浸出率在NaF加入量达到3%时维持在较高值，继续加大NaF的量，钒的浸出率基本不变，考虑成本因素，取添加剂NaF加入量为3%。2.7 水浸时间对浸出率的影响固定条件：粒径0.08 mm、硫酸用量30%、微波功率700 W、200 微波焙烧1 h、NaF加入量3%、水浸液固比31、水浸温度90 。试验结果如图7所示。图7 水浸时间对浸出率的影响Fig.7 Water leaching time on leaching rate图7表明，钒、铁、铝的浸出率随着水浸时间的增加而增加。当水浸时间大于1 h后，钒浸出率基

15、本维持不变，而铁、铝的浸出率均有上升趋势，为了尽可能地降低铁、铝的浸出率，水浸时间取1 h为宜。2.8 水浸液固比对浸出率的影响固定条件：粒径0.08 mm、硫酸用量30%、微波功率700 W、200 微波焙烧1 h、NaF加入量3%、水浸时间1 h、水浸温度90 。水浸液固比对浸出率的影响如图8所示。图8 水浸液固比对浸出率的影响Fig.8 Effect of ratio of water to solid on leaching rate从图8可以看出，水浸液固比从21增加到51时，铁、铝的浸出率呈上升趋势，而钒的浸出率从31增加到51基本维持不变。当水浸液固比大于31时，钒的浸出率变化不

16、明显，这是因为在特定的条件下，钒的浸出率达到了最大值，所以水浸液固比取31。2.9 水浸温度对浸出率的影响固定条件：粒径0.08 mm、硫酸用量30%、微波功率700 W、200 微波焙烧1 h、添加剂NaF加入量3%、水浸时间1 h、水浸液固比31。水浸温度试验结果见图9。图9 水浸温度对浸出率的影响Fig.9 Effect of water leaching temperature on leaching rate从图9可知，钒、铁、铝的浸出率随着水浸温度的升高而升高，而当水浸温度大于90 后，钒的浸出率升高减缓，铝的浸出率升高则相对较快，所以继续升高温度对提高钒的浸出率意义不大。取水浸温

17、度为90 。综上所述，硫酸化微波焙烧水浸从石煤中浸出五氧化二钒的最佳工艺条件为：粒径0.08 mm、硫酸用量30%、微波功率700 W、200 微波焙烧1 h、添加剂NaF加入量3%、水浸时间1 h、水浸液固比31、水浸温度90 。在该条件下五氧化二钒的浸出率达到90%以上。3 结论硫酸化微波焙烧水浸从石煤中浸出五氧化二钒的最佳工艺条件为：粒径0.08 mm、硫酸用量30%、微波功率700 W、200 微波焙烧1 h、添加剂NaF加入量3%、水浸时间1 h、水浸液固比31、水浸温度90 。在该条件下五氧化二钒的浸出率达到90%以上。参考文献1 漆明鉴. 从石煤中提钒现状及前景J. 湿法冶金，1

18、999，18（4）：1-10.2 刘娟，张一敏，黄晶，等. 机械活化强化石煤酸浸提钒的动力学研究J. 有色金属（冶炼部分），2014（7）：27-31.3 宾智勇. 石煤提钒研究进展与五氧化二钒的市场状况J. 湖南有色金属，2006，22（1）：16-75.4 欧阳国强，张小云，田学达，等. 微波焙烧对石煤提钒的影响J. 中国有色金属学报，2008，18（4）：750-754.5 刘涛，胡鹏程，张一敏，等. 含钒石煤微波焙烧提钒试验研究J. 有色金属（冶炼部分），2015(1)：46-49.6 马红周，燕超，王耀宁，等. 微波辅助浸出含砷金矿中砷的研究J. 有色金属（冶炼部分），2014(12)：31-33.7 佟志芳，毕诗文，杨毅宏. 微波加热在冶金领域中应用研究现状J. 材料与冶金学报，2004，3（2）：117-120.8 石玉桥，梁杰，张爽，等. 微波处理低品位氧化铅锌矿J. 有色金属（冶炼部分），2013(6)：15-17.9 王欣，杨大锦，彭金辉，等. 微波加热配碳还原分解铁酸