CN102392126A - 一种石煤提钒的活化酸浸方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种石煤提钒的活化酸浸方法，创新点在于：所述石煤粉磨步骤采用机械力活化：通过控制颚式破碎机、锤式破碎机行星磨或振动磨的转速、振动频率和球磨时间、及每道工序的粒径，使石煤中的伊利石等含钒粘土矿物发生机械力化学反应而活化，但保证碳质的结构不受破坏，既为提高钒的得率铺垫，又能得到富碳酸浸渣；本发明的创新点还表现在采用常压酸浸的方法制得的钒提取率达90-98%。
Description
技术领域
本发明涉及一种石煤提钒的活化酸浸方法。
背景技术
我国含钒石煤储量极为丰富，占我国钒总储量的87%。从石煤中提钒是我国利用钒资源的一个重要发展方向。在我国，含钒石煤的类型主要是炭质、硅质，又称作黑色页岩，钒几乎全部赋存在含钒伊利石（即水云母）以及高岭石等粘土矿物中，钒是以部分取代铝氧八面体中的铝而存在于伊利石晶格中，为了使钒能从伊利石结构中溶浸出来，必须破坏伊利石结构并使之氧化。
以石煤为原料生成精钒的工艺可以分为：酸浸法、碱浸法和氯化钠焙烧水浸法。氯化钠焙烧法是传统工艺，我国一般主要采用平窑钠化焙烧-水浸提钒工艺流程，设备简陋、工艺落后、产品单一、总回收率低、生产成本高、环境污染严重。近年来，研究者又相继开发了多种石煤提钒工艺，包括无盐焙烧酸浸、钙盐焙烧酸浸、复合添加剂焙烧酸浸以及直接氧压酸浸等工艺。钙盐焙烧酸浸和复合添加剂焙烧酸浸仍存在成本高、污染大等问题，而无盐焙烧酸浸也存在设备能耗高、焙烧过程反应速率小导致床径大和设计操作难度大、设备费高以及废气含尘量高、气固分离设备负荷重等问题。同时焙烧过程中石煤中的碳质燃烧状态不稳定、燃烧不充分，没有充分利用碳质燃烧的热量，同时燃烧状态的不稳定严重影响了焙烧活化效果。
目前石煤提钒开始采用直接酸浸工艺，主要是将石煤中伊利石结构的破坏从焙烧转移到酸浸工艺中，即通过氧压浸出，直接在高温和长时间的条件下利用硫酸破坏伊利石结构而溶出其中的钒。此工艺省去了焙烧工段，解决了焙烧能耗高、污染大的问题，但由于要在浸出过程中同时完成对伊利石硅酸盐结构的破坏，温度要求高，导致蒸汽压增大，同时氧压工艺又需通入较高含量的氧气，进一步增大了压力，因而此工艺存在操作温度高、操作压力大以及酸浸设备要求高等问题。
我国含钒石煤的钒主要存在于伊利石矿物晶格中，常规工艺是通过热活化或（和）化学活化破坏伊利石的结构，使钒释放出来。而本人的浸出实验证实，伊利石等层状硅酸盐矿物在适当时间和强度的球磨过程中会由于机械力化学作用而发生晶格坍塌从而转变为高活性的无定形物质，伊利石中铝的浸出率在球磨前后由不到10%增加到95%以上（98 oC酸浸30分钟, 稀盐酸或硫酸）；石煤中的钒是以取代铝的形式存在于伊利石结构中，其钒的浸出率也大大提高，其提高率与铝类似。
但上述发现的相关工艺无任何文献报道。
发明内容
本发明的主要任务在于提供一种石煤提钒的活化酸浸方法，具体是一种钒浸出率高、且不破坏石煤中的碳质且能富碳的石煤提钒的活化酸浸方法。
为了解决以上技术问题，本发明的一种石煤提钒的活化酸浸方法，主要为石煤粉磨、酸浸制得含钒以及其他杂质离子的浸出液；其创新点在于：所述石煤粉磨步骤如下：石煤首先经颚式破碎机破碎至粒径小于10mm，再经锤式破碎机破碎至粒径小于2mm，然后在行星磨或振动磨中连续粉磨，连续粉磨时，行星球磨机的转速在350~500转/分，振动磨的振动频率为200~400次/分，球磨时间30分钟至5小时，使石煤中的伊利石等含钒粘土矿物发生机械力化学反应而活化，球磨后的石煤粒度在200目以下。
所述酸浸步骤如下：活化样在70~98 oC的温度下常压酸浸浸出，浸取剂为20%稀盐酸或稀硫酸，石煤活化样与浸取剂的固液质量比1∶1~1∶2，酸浸时间30分钟-60分钟，90~98%的钒进入浸出液中，得含钒以及其他杂质离子的浸出液。
本发明的优点在于：本发明的原理是在机械活化过程中，含钒伊利石稳定的铝氧多面体结构被破坏，以取代铝方式存在的钒的钒-氧配位方式发生了改变，活性大大提高，从而使钒能够在常压的条件下实现浸出，酸浸温度低，酸浸时间短，能耗大大降低，同时也降低了酸浸设备的制造要求，进一步降低了成本。
另外，在活化和酸浸过程中，石煤中的可燃碳质组分基本没有消耗，因而酸浸渣的含碳量相比原矿有所增加，是一种富碳过程，与石煤原矿相比可燃度增大，更宜作为低热值燃料使用。
此工艺既解决了焙烧工艺成本高污染大的问题，又解决了直接酸浸工艺操作压力高、温度高的问题，且实现富碳，更高效地实现了后续的废弃物综合利用；具有较高的可行性。
具体实施方式
以下是本发明的具体工艺步骤：
1） 石煤破碎
含钒0.3~2%的块状石煤首先在颚式破碎机中破碎至粒径小于10mm，再经锤式破碎机破碎至粒径小于2mm。
2） 石煤粉磨
石煤破碎样在行星磨或振动磨中连续粉磨活化，若采用行星球磨机，其转速须控制在350~500转每分，球磨介质为直径2~5mm刚玉球，球磨时间为2~5小时；若采用振动磨，振动频率须控制在200~400次每分，粉磨时间为30分钟至1小时。粉磨过程为干法，不需加入助磨剂，经粉磨后的石煤粒度在200目及以下。
3）常压酸浸步骤如下：活化样进入常压酸浸槽中，水浴加热搅拌浸出，加热温度在70~98 oC之间，浸取剂为20%稀盐酸或稀硫酸，石煤活化样与浸取剂的固液质量比1∶1~1∶2，酸浸时间30分钟至1小时，90~98%的钒进入浸出液中，得含钒以及其他杂质离子的浸出液和酸浸渣固体，常规地固液分离。
4）含钒以及其他杂质离子的浸出液经过常规的氧化、萃取、煅烧等工艺既可制得五氧化二钒。该工艺为常规工艺，在此不累述。
实施例1：
含钒0.5%、含碳20.2%的块状石煤首先在颚式破碎机中破碎至粒径小于10mm，再经锤式破碎机破碎至粒径小于2mm。石煤破碎样在行星磨中连续粉磨活化，转速350转每分，球磨介质为直径2mm刚玉球，球磨时间为5小时；粉磨过程为干法，不需加入助磨剂，经粉磨后的石煤粒度在200目以下。活化样进入常压酸浸槽中，水浴加热，加热温度98 oC，浸取剂为20%稀盐酸，石煤活化样与浸取剂的固液质量比1∶1，，酸浸时间1小时，得含钒以及其他杂质离子的浸出液。
用硫酸亚铁铵滴定法测定溶液中钒量，计算得出钒的提取率为90.2%；按国家标准GB/T 467-2008用碳氢测定仪测定酸浸渣中的干基碳含量达到23.1%，即碳的富集率为114.4%。
实施例2：
含钒1.0%、碳含量16.9%的块状石煤首先在颚式破碎机中破碎至粒径小于10mm，再经锤式破碎机破碎至粒径小于2mm。石煤破碎样在行星磨中连续粉磨活化，转速400转每分，球磨介质为直径5mm刚玉球，球磨时间为3小时；粉磨过程为干法，不需加入助磨剂，经粉磨后的石煤粒度在325目以下。活化样进入常压酸浸槽中，水浴加热，加热温度85 oC，浸取剂为20%稀盐酸，石煤活化样与浸取剂固液质量比取1∶1.5，酸浸时间40分钟，得含钒以及其他杂质离子的浸出液。
用硫酸亚铁铵滴定法测定溶液中钒量，计算得出钒的提取率为93.4%。按国家标准GB/T 467-2008用碳氢测定仪测定酸浸渣中的干基碳含量达到20.3%，即碳的富集率为120.1%。
实施例3：
含钒1.5%、含碳11.2%的块状石煤首先在颚式破碎机中破碎至粒径小于10mm，再经锤式破碎机破碎至粒径小于2mm。石煤破碎样在振动磨中闭式粉磨活化，振动频率300次每分，粉磨时间50分钟；粉磨过程为干法，不需加入助磨剂，经粉磨后的石煤粒度在200目以下。活化样进入常压酸浸槽中，水浴加热，加热温度90 oC，浸取剂为20%稀硫酸，石煤活化样与浸取剂固液质量比取1∶1.5，酸浸时间1小时，得含钒以及其他杂质离子的浸出液。
用硫酸亚铁铵滴定法测定溶液中钒量，计算得出钒的提取率为98.3%。按国家标准GB/T 467-2008用碳氢测定仪测定酸浸渣中的干基碳含量达到15.3%，即碳的富集率为136.6%。
实施例4：
含钒1.9%、含碳5.3%的块状石煤首先在颚式破碎机中破碎至粒径小于10mm，再经锤式破碎机破碎至粒径小于2mm。石煤破碎样在振动磨中闭式粉磨活化，振动频率400次每分，粉磨时间30分钟；粉磨过程为干法，不需加入助磨剂，经粉磨后的石煤粒度在325目以下。活化样进入常压酸浸槽中，水浴加热，加热温度70 oC，浸取剂为20%稀硫酸，石煤活化样与浸取剂固液质量比取1∶2，酸浸时间1小时，得含钒以及其他杂质离子的浸出液。
用硫酸亚铁铵滴定法测定溶液中钒量，计算得出钒的提取率为93.5%。按国家标准GB/T 467-2008用碳氢测定仪测定酸浸渣中的干基碳含量达到10.1%，即碳的富集率为190.6%。
Claims (1)
1.一种石煤提钒的活化酸浸方法，主要为石煤粉磨、酸浸制得含钒以及其他杂质离子的浸出液；其创新点在于：所述石煤粉磨步骤如下：石煤首先经颚式破碎机破碎至粒径小于10mm，再经锤式破碎机破碎至粒径小于2mm，然后在行星磨或振动磨中连续粉磨，连续粉磨时，行星球磨机的转速在350~500转/分，振动磨的振动频率为200~400次/分，球磨时间30分钟至5小时，使石煤中的伊利石等含钒粘土矿物发生机械力化学反应而活化，球磨后的石煤粒度在200目以下：所述酸浸步骤如下：活化样在70~98 oC的温度下常压酸浸浸出，浸取剂为20%稀盐酸或稀硫酸，石煤活化样与浸取剂的固液质量比1∶1~1∶2，酸浸时间30分钟-60分钟，90~98%的钒进入浸出液中，得含钒以及其他杂质离子的浸出液。
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