石煤選礦釩精礦中釩的濕法浸出工藝研究

摘要：試驗采用堿法焙燒-堿浸提釩法對釩精礦中的釩進行浸出。結(jié)果表明，釩精礦的焙燒過程采用NaCl+Na2CO3作為添加劑，溫度對釩精礦焙燒效果影響較大。溫度為750 ℃時，釩浸出率可達84.05%。添加劑用量對釩精礦焙燒效果有一定影響，當添加劑NaCl用量為200 kg/t精礦，Na2CO3用量為200 kg/t精礦時，釩浸出率可達81.31%。提高焙砂浸出溫度，有利于釩的浸出。焙砂采用碳酸鈉溶液浸出，有利于提高釩浸出率。Na2CO3濃度為1 mol/L時，釩浸出率可超過80%。

關(guān)鍵詞：釩精礦；釩；濕法浸出；堿焙燒

中圖分類號：TF841.3 文獻標識碼：A 文章編號：1008-9500（2024）06-00-04

DOI：10.3969/j.issn.1008-9500.2024.06.006

Research on Wet Leaching Technology of Vanadium from Vanadium Concentrate in Stone Coal Mineral Processing

HE Wenjie， LIU Sanping

（BGRIMM Technology Group， Beijing 100160， China）

Abstract： The experiment adopts the alkaline roasting alkaline leaching vanadium method to leach vanadium from vanadium concentrate. The results indicate that the roasting process of vanadium concentrate uses NaCl + Na2CO3 as additives， and temperature has a significant impact on the roasting effect of vanadium concentrate. At a temperature of

750 ℃， the vanadium leaching rate can reach 84.05%. The dosage of additives has a certain impact on the roasting effect of vanadium concentrate， when the dosage of NaCl additives is 200 kg/t of concentrate and Na2CO3 is 200 kg/t of concentrate， the vanadium leaching rate can reach 81.31%. Raising the leaching temperature of calcined sand is beneficial for the leaching of vanadium. The use of sodium carbonate solution for leaching of calcined sand is beneficial for improving the vanadium leaching rate. When the concentration of Na2CO3 is 1 mol/L， the vanadium leaching rate can exceed 80%.

Keywords： vanadium concentrate; vanadium; wet leaching; alkaline roasting

釩是地球上廣泛分布的微量元素之一，主要賦存于磁鐵礦、磷酸鹽巖、含鈾砂巖和粉砂巖礦床[1-2]。鋁土礦、石油、煤、油頁巖、石煤和焦油砂等富含有機碳的物質(zhì)也呈現(xiàn)較高的含量。釩是一種銀灰色、難熔難揮發(fā)的稀有金屬，具有剛?cè)岵男再|(zhì)、活潑多變的價態(tài)和艷麗多彩的光澤。釩具有延展性好、不易氧化和質(zhì)量輕等特性，被廣泛應(yīng)用于鋼鐵工業(yè)、冶金化工、航空航天、國防軍工、醫(yī)藥、顏料、玻璃和新能源電池等領(lǐng)域[3-5]。

我國釩礦總金屬儲量約為950萬t，居世界第一。石煤中的釩主要以類質(zhì)同象存在于釩云母、高嶺土等鐵鋁礦物的硅氧四面體結(jié)構(gòu)中。20世紀80年代起，鈉化焙燒-水浸提釩工藝[6-7]成為國內(nèi)石煤提釩企業(yè)的主流工藝，基本原理是以氯化鈉作為添加劑進行焙燒，使得石煤中的釩轉(zhuǎn)化為水溶性的釩酸鈉，采用水浸法直接進行浸出，得到含釩溶液。但是，該方法釩浸出率較低，焙燒過程產(chǎn)生大量的HCl、Cl2等有害氣體，環(huán)境污染較為嚴重。試驗采用堿法焙燒-堿浸提釩法對石煤選礦釩精礦中釩進行浸出，確定最佳工藝條件。

1 試驗部分

1.1 試驗原料

試驗原料為釩精礦，經(jīng)分析，主要化學(xué)成分如表1所示。釩精礦的釩含量為0.55%，鈣和SiO2含量較高，分別為20.18%和38.62%，另外還含有少量的鎂、鐵。

1.2 試劑與儀器

主要試劑有碳酸鈉、氯化鈉、硫酸鈉和氫氧化鈉，均為分析純。試驗儀器有瓷舟、馬弗爐、水浴鍋、電動攪拌器、燒杯、真空泵、抽濾瓶、電子天平和烘箱。

1.3 試驗方法

焙燒試驗在馬弗爐中進行。稱取一定量細磨后的礦樣，與添加劑按比例混合后平鋪在瓷舟中。將瓷舟放入馬弗爐，升溫至指定溫度并保溫3 h。反應(yīng)結(jié)束后，降溫冷卻，至一定溫度后取出瓷舟，稱重，計算焙砂產(chǎn)率。浸出試驗在水浴加熱的燒杯中進行。稱取一定量焙砂置于燒杯，按一定液固比加入浸出液，在一定溫度下進行攪拌浸出。浸出結(jié)束后，物料過濾分離，渣取樣后送檢分析，計算釩總浸出率。

2 試驗結(jié)果與討論

石煤選礦后，為了實現(xiàn)釩精礦中釩的濕法浸出，要開展試驗，明確最佳工藝條件。釩浸出率的影響因素主要有2個，一是釩精礦焙燒，二是浸出條件。

2.1 釩精礦焙燒對釩浸出率的影響

2.1.1 添加劑對釩浸出率的影響

釩精礦用量為50 g，焙燒溫度為900 ℃，焙燒時間為3 h，添加劑NaCl用量為7.5 g，添加劑Na2CO3用量為7.5 g時，開展焙燒試驗。將得到的焙砂分別在水和Na2CO3溶液（濃度1 mol/L）中進行浸出，計算釩的浸出率，檢驗焙燒效果。焙砂用量為18 g，液固比為3，浸出溫度為95 ℃，浸出時間為3 h時，開展浸出試驗，結(jié)果如圖1所示。數(shù)據(jù)顯示，焙砂中的釩較難浸出。原料未添加試劑焙燒后，分別采用水浸和Na2CO3溶液浸出，二者的浸出率分別為12.10%和15.35%，浸出率均較低。原料添加NaCl和Na2CO3焙燒后，分別采用水浸和Na2CO3溶液浸出，浸出率分別為8.64%和18.11%。釩浸出率較低，原因可能是釩精礦中的釩酸鹽被硅酸鹽包裹，導(dǎo)致焙燒時釩酸鹽無法與鈉鹽反應(yīng)，影響釩的浸出。由焙砂浸出試驗結(jié)果可知，碳酸鈉溶液浸出效果優(yōu)于水浸。

2.1.2 不同種類添加劑對釩浸出率的影響

為破壞硅酸鹽物相結(jié)構(gòu)，改善焙燒-浸出效果，在焙燒試驗中加入不同種類的堿性添加劑，考察不同種類添加劑對釩浸出率的影響。焙砂均在溫度為95 ℃、液固比為3、Na2CO3濃度為2 mol/L、浸出時間為3 h的條件下進行浸出，浸出渣送檢分析，計算釩浸出率。由圖2可知，焙燒添加劑種類是影響釩精礦焙燒-浸出效果的重要因素，焙燒過程加入NaCl+Na2CO3作為添加劑，釩浸出率可達77.80%。焙燒以NaCl+NaOH為添加劑時，釩浸出率為46.20%。焙燒以Na2CO3為添加劑時，釩浸出率為43.20%。因此，推薦采用NaCl+Na2CO3作為添加劑。

2.1.3 焙燒溫度對釩浸出率的影響

以NaCl+Na2CO3作為添加劑，添加劑與原料混合均勻，采用不同焙燒溫度進行焙燒。焙砂在95 ℃、液固比為3、Na2CO3濃度為2 mol/L、浸出時間為3 h的條件下進行浸出，浸出渣送檢分析，計算釩浸出率。由圖3可知，焙燒溫度對釩浸出率的影響較大。焙燒溫度為1 100 ℃時，焙砂發(fā)生燒結(jié)，如圖4所示，堿浸時，釩浸出率僅為18.60%。焙燒溫度降至750 ℃后，焙砂呈粉末狀，如圖5所示，堿浸時，釩浸出率提高至77.80%。繼續(xù)降低焙燒溫度至650 ℃，釩浸出率降至54.34%，原因可能是溫度降低，反應(yīng)速度降低，影響釩的浸出。

2.1.4 氯化鈉用量對釩浸出率的影響

取釩精礦50 g，以NaCl+Na2CO3為添加劑，在750 ℃溫度下焙燒3 h，焙燒時調(diào)節(jié)NaCl用量。焙砂在溫度95 ℃、液固比為3、Na2CO3濃度為2 mol/L、浸出時間為3 h的條件下進行浸出，浸出渣送檢分析，計算釩浸出率。由圖6可知，NaCl用量對釩精礦焙燒-浸出效果有一定影響。當NaCl用量為0 g時，釩浸出率為43.20%，增加NaCl用量，釩浸出率逐漸升高。當NaCl用量為12.5 g時，釩浸出率提高到84.05%，繼續(xù)增加NaCl用量，釩浸出率變化不大。

2.2 浸出條件對釩浸出率的影響

釩精礦用量為160 g，焙燒溫度為750 ℃，焙燒時間為3 h，NaCl用量為40 g，Na2CO3用量為32 g時，對釩精礦進行焙燒。焙砂進行浸出，考察不同浸出條件下釩的浸出率。

2.2.1 浸出體系對釩浸出率的影響

分別采用水和Na2CO3溶液（濃度1 mol/L）對焙砂進行浸出，計算釩的浸出率。由圖7可知，采用Na2CO3溶液有利于釩的浸出。水浸的釩浸出率僅為1.96%，采用Na2CO3溶液進行浸出，釩浸出率可提高至82.84%，原因可能是焙燒時釩與鈣反應(yīng)，生成溶解度較小的釩酸鈣，當浸出液含有大量CO32-時，釩酸鈣生成更難溶的碳酸鈣，釩從焙砂轉(zhuǎn)入溶液。

2.2.2 浸出溫度對釩浸出率的影響

焙砂用量為30 g，液固比為3，浸出時間為3 h，浸出溫度分別為65 ℃、75 ℃、85 ℃和95 ℃時，以碳酸鈉溶液（濃度為2 mol/L）為浸出劑，開展浸出試驗，結(jié)果如圖8所示。

數(shù)據(jù)顯示，升高溫度有利于釩的浸出。浸出溫度為75 ℃時，釩浸出率為65.66%，繼續(xù)提高浸出溫度，釩浸出率逐漸升高。浸出溫度大于85 ℃后，釩浸出率增加緩慢，浸出溫度提高至95 ℃時，釩浸出率升至83.24%，繼續(xù)增加溫度，能耗和試劑消耗增加。因此，最佳浸出溫度取95 ℃。

3 結(jié)論

釩精礦的焙燒過程采用NaCl+Na2CO3作為添加劑，溫度對釩精礦焙燒效果影響較大，當溫度為750 ℃時，釩浸出率可達84.05%。添加劑用量對釩精礦焙燒效果有一定影響，當NaCl用量為200 kg/t精礦，Na2CO3用量為200 kg/t精礦時，釩浸出率可達81.31%。提高焙砂浸出溫度，有利于釩的浸出。焙砂采用Na2CO3溶液浸出，有利于提高釩浸出率，當Na2CO3溶液濃度為1 mol/L時，釩浸出率可超過80%。

參考文獻

1 李 婕，劉旭恒.堿法從石煤選礦釩精礦中提取五氧化二釩中間試驗[J].有色金屬（冶煉部分），2014（2）：31-34.

2 陳家鏞.濕法冶金手冊[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2005：48-49.

3 劉源超，王 麗，孫 偉，等.低品位硅質(zhì)石煤釩礦的選礦試驗研究[J].有色金屬（選礦部分），2016（2）：47-51.

4 盧可可，施卓雄.某低品位石煤釩礦浮選預(yù)富集試驗研究[J].現(xiàn)代礦業(yè)，2019（6）：20-22.

5 張國范，閆繼武，劉 琨，等.石煤脫硅渣中釩浸出動力學(xué)[J].有色金屬（冶煉部分），2012（6）：1-3.

6 戚斌斌.石煤中釩的分離提取新方法研究[D].長沙：中南大學(xué)，2009：14-15.

7 何東升，馮其明，張國范，等.含釩石煤的氧化焙燒機理[J].中國有色金屬學(xué)報，2009（1）：195-200.

作者簡介：何文潔（1994—），女，湖南長沙人，碩士，工程師。研究方向：新能源材料制備、固廢材料回收。