粘土钒矿不磨不焙烧常压活化酸浸提钒的研究

粘土钒矿不磨不焙烧常压活化酸浸提钒的研究本研究得到了国家自然科学基金项目(51304090)和云南省应用基础研究计划项目(2011FZ062)的资助。粘土钒矿是一类重要的钒矿资源,可作为提钒的重要原料。传统提钒工艺污染重、钒回收率低,而且难以适应粘土钒矿的特点。不焙烧常压酸浸,是提钒研究的方向,但粘土钒矿不焙烧常压酸浸提钒,“因磨矿泥化而造成的固液难分离”以及“浸出指标较低”的问题尚未解决,除此之外,更重要的问题是,目前对不焙烧酸浸提钒的理论研究薄弱、缺乏足够认识,难以对关键问题的解决提供基础指导。鉴于此,依据粘土钒矿的工艺矿物学特点,利用活化剂的作用,本文创新性地提出一种不焙烧常压酸浸提钒的新工艺,即“粘土钒矿不磨不焙烧直接常压活化酸浸提钒”,并对其进行试验与机理研究,明确了粘土钒矿的工艺矿物学特点及其与提钒的关系,确定了常压活化酸浸提钒的最佳工艺及条件,从热力学、微观结构、成分变化、动力学等多个角度阐述了不磨不焙烧常压活化酸浸提钒的机理。首先利用扫描电子显微镜、X-射线衍射仪等现代分析测试仪器及化学分析方法对某粘土钒矿进行了工艺矿物学研究,结果表明：粘土钒矿试样含V2O52.04%,具有较高的利用价值；主要化学组分为SiO2,含量高达81.59%,属酸性矿石,适宜采用酸浸法提钒；试样中的钒以Ⅴ(Ⅲ)为主,占90.18%,而Ⅴ(Ⅲ)难溶于水和酸,为了将钒从粘土钒矿中浸出,须将低价的Ⅴ(Ⅲ)转化为高价的V(Ⅳ)或V(Ⅴ)；90%的钒赋存于粘土质伊利石中,少部分以类质同象形式存在于云母晶格中,要实现钒的浸出,必须破坏伊利石和钒云母的矿物结构。在工艺矿物学与热力学分析的基础上,采用单因素法考察了主要影响因素对酸浸提钒的影响,分析了影响的内在原因,结果表明：一定条件下,浸出温度与硫酸用量影响显著,其次为浸出时间和液固比,矿石粒度影响较小；常压活化酸浸的最佳条件为：活化剂为MnO2、其用量1.5%、搅拌转速300r/min、硫酸用量30%、浸出时间6h、浸出温度90℃、液固比1：1；在此条件下,钒浸出率高达92.58%。与不活化酸浸相比,活化酸浸不仅可以显著提高浸出率,还可降低酸耗、缩短浸出周期；而且,活化酸浸的浸出液酸度相对较弱,这可减少后续萃取前预处理时中和试剂的用量,有利于降低生产成本。同时,与传统提钒工艺相比,不磨不焙烧常压活化酸浸提钒新工艺,在浸出指标较高的前提下,省去了高成本的磨矿工序以及复杂的焙烧工序,解决了“因磨矿泥化所造成的固液难分离”的问题,既简化操作、降低成本,又避免了焙烧污染,符合现代化工冶金的要求。针对不焙烧酸浸提钒基础理论研究薄弱的问题,综合运用热、动力学原理以及X-射线衍射仪、扫描电镜等现代测试手段,从热力学、微观结构、成分变化、动力学等多个角度研究并阐述了不磨不焙烧常压活化酸浸提钒的机理：1)酸浸提钒的热力学基础：在硫酸浸出提钒过程中,粘土钒矿基质二氧化硅几乎不被溶解而稳定存在,粘土钒矿适宜酸浸提钒；主要的含钒矿物伊利石和钒云母在酸溶液中的溶解反应能在很大程度上自发进行,溶解比较完全,从热力学上讲,赋存于二者中的钒在常压下是可以被酸溶出的；在浸出过程中褐铁矿不易溶解,从而导致其中的钒难于被浸出。2)以微观结构特征变化阐明常压活化酸浸机理：在活化剂的活化作用下,硫酸溶液能在很大程度上破坏矿物结构,使矿粒表面出现大量裂隙,从而有利于浸出剂分子向矿粒中心扩散,最大限度地将钒浸出；同时,矿粒比表面积进一步增大,从而使硫酸与矿物的接触更充分,钒更容易被浸出,浸出率升高。3)从化学成分与矿物内部揭示常压活化酸浸机理：活化酸浸渣的衍射图谱中,伊利石与云母的衍射峰已大部分消失,说明在活化酸浸过程中,由于活化剂的活化作用,浸出体系对矿物的氧化溶解力增强,大部分矿物被溶解破坏,使赋存于矿物晶格中的钒更容易被浸出；活化酸浸液中主要化学成分含量高于不活化酸浸液,表明活化酸浸体系能更彻底的破坏矿物结构,使成矿元素被释放出来,钒的浸出率更高。4)常压活化酸浸提钒的动力学：浸出符合收缩核模型,不活化酸浸与活化酸浸过程均服从化学反应控制的浸出动力学方程,活化酸浸虽未改变浸出过程的控制步骤,但