高溫高壓石煤提釩實驗研究

成寶海，張廷安

(1.東北大學(xué)冶金學(xué)院，遼寧沈陽 110819；2.長春師范大學(xué)工程學(xué)院，吉林長春 130032)

釩是一種重要的戰(zhàn)略資源，在鋼鐵工業(yè)、國防軍事等領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用[1-2]。傳統(tǒng)的石煤提釩一般采用加鹽焙燒、硫酸化焙燒或無鹽焙燒，水浸或酸浸等工藝。加鹽焙燒會消耗大量的鹽，同時焙燒產(chǎn)生HCl、Cl2等有毒氣體，污染環(huán)境[3-5]，而且存在浸出時間較長，釩的浸出率較低等問題[6-7]。因此需要開發(fā)更加高效無污染的石煤提釩工藝。

在濕法冶金中，高溫高壓是常用的強(qiáng)化手段之一，通常能夠起到加快反應(yīng)效率的作用。本文對幾種不同浸出條件下石煤氧化焙燒礦提釩進(jìn)行研究。

1 實驗部分

1.1 實驗原料

氧化焙燒后的石煤釩礦，V2O5含量為1.792%，粒度約為-150目，實驗藥品主要有H2SO4、NaOH、Na2CO3。

1.2 實驗方法

將一定量的焙燒后的石煤與浸出劑混合均勻，一起加入到反應(yīng)容器中，根據(jù)液固比方案加入一定量的純水，加熱攪拌，在一定溫度條件下進(jìn)行浸出，達(dá)到相應(yīng)反應(yīng)時間后停止攪拌，冷卻后進(jìn)行過濾，濾渣經(jīng)純水沖洗后，分析浸出液及浸出渣中的V2O5含量，計算浸出率。V2O5含量測定采用的是硫酸亞鐵銨滴定法。

圖1 常壓H2SO4浸出

2 結(jié)果與分析

2.1 常壓H2SO4浸出

實驗條件：稱取石煤焙燒礦40 g，浸出劑H2SO4用量分別為石煤質(zhì)量的15%、20%、25%、30%，液固比L/S(mL/g)=1∶1，浸出溫度為95℃，浸出時間為50 h。釩浸出率隨H2SO4用量的實驗結(jié)果如圖1所示。由圖1可以看出，石煤釩礦采用常壓H2SO4浸出，隨著硫酸用量的增加，釩的浸出率不斷增大。但總體上來說，常壓H2SO4浸出過程中硫酸用量大，浸出時間長，生產(chǎn)效率低，釩浸出率低。

2.2 高溫高壓H2SO4浸出

圖2 高溫高壓H2SO4浸出

實驗條件：稱取石煤焙燒礦40 g，浸出劑H2SO4用量分別為石煤質(zhì)量的2.5%、5%、10%，液固比L/S(mL/g)=2∶1，浸出溫度為170℃，浸出時間為2.5 h，冷卻時間為1 h。釩浸出率隨H2SO4用量的實驗結(jié)果如圖2所示。由圖2顯示，石煤釩礦通過高溫高壓H2SO4浸出，在H2SO4用量為石煤礦質(zhì)量的5%時，釩浸出率能達(dá)到57%，比常壓H2SO4浸出的浸出率有一定提高，但仍有大量的釩損失。

2.3 高溫高壓堿浸出

實驗條件：稱取石煤焙燒礦40 g，液固比L/S(mL/g)=2∶1，浸出溫度為170℃，浸出時間為2.5 h，冷卻時間為1 h，浸出劑按照以下三種方案進(jìn)行配置：a.NaOH固體20 g；b.NaOH固體10 g+Na2CO3固體10 g；c.Na2CO3固體20 g。實驗結(jié)果如圖3所示。

圖3 高溫高壓堿浸出

圖4 NaOH用量對釩浸出率的影響

實驗結(jié)果顯示，在較高濃度浸出劑條件下，石煤中的釩浸出率都達(dá)到70%以上，方案a和方案b中釩浸出率比方案c的浸出率高。但是經(jīng)過分析，三種方案中得到的含釩浸出液的OH-濃度分別達(dá)到2.0 mol·L-1、1.23 mol·L-1和0.5 mol·L-1，說明此時的堿都是過量的。

2.4 NaOH用量對釩浸出率的影響

在上述方案中，用NaOH和Na2CO3混合浸出劑對石煤中的釩進(jìn)行浸出，既能夠達(dá)到較高的浸出率，又能減少NaOH的使用量，因此決定采用NaOH和Na2CO3混合浸出的方案。由于堿用量大，含釩浸出液中殘留有大量的堿，為了減少耗堿量，進(jìn)行NaOH用量對釩浸出率的影響實驗。

浸出條件：稱取石煤焙燒礦40 g，液固比L/S(mL/g)=2∶1，浸出溫度為170℃，浸出時間為2.5 h，冷卻時間為1 h，浸出劑改變NaOH用量，保持Na2CO3用量不變，得到實驗結(jié)果如圖4所示。實驗結(jié)果結(jié)果顯示，采用NaOH用量占礦石質(zhì)量5%+Na2CO3用量占礦石質(zhì)量25%的混合浸出劑對石煤焙燒礦進(jìn)行浸出，釩浸出率能達(dá)到75%以上，浸出過程時間短、浸出效率高。經(jīng)分析測定，此時的含釩浸出液中OH-濃度為0.15 mol·L-1，殘余堿比之前的高堿浸出大大降低。

3 結(jié)論

在本次研究中，石煤氧化焙燒礦采用常壓H2SO4浸出和高溫高壓H2SO4浸出效果都不夠理想；采用礦石質(zhì)量5%的NaOH和25%的Na2CO3混合浸出劑高溫高壓浸出時，釩浸出率能夠達(dá)到77%以上，浸出時間短、浸出效率高。