石煤提釩配煤焙燒試驗研究

第30卷第1期礦冶工程Vol.30 N12010 年02月MINING AND METALLURGICAL ENGINEERINGFebruary 2010石煤提釩配煤焙燒試驗研究°朱曉波,張一敏,劉濤,黃晶,李望,胡楊甲(武漢科技大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院,湖北武漢430081)摘要:以江西某地石煤為試驗原料,采用氧化烙燒水浸酸浸工藝提取其中的釩，研究了原礦直接氧化焙燒及原礦經(jīng)脫碳后氧化焙燒對浸出率的影響、原礦及脫碳樣配煤氧化焙饒對浸出率和焙燒能耗的影響。結果表明,原礦經(jīng)脫碳后氧化焙燒浸出率為80. 12% ,較原礦直接氧化焙燒提高11.71% ;脫碳樣配人5%的無(wú)煙煤,浸出率可達81. 96% ,氧化焙燒溫度可降低30 C、焙燒時(shí)間編短0.5 h,降低了生產(chǎn)成本。關(guān)鍵詞:石煤;釩;焙燒;無(wú)煙煤;浸出率中圈分類(lèi)號: T111文獻標識碼: A文章編號: 0253 -6099(2010)02 -0051 -03Experimental Study on Roasting with Additional Anthracite forExtracting Vanadium from Stone CoalZHU Xiao-bo, ZHANG Yi-min, LIU Tao, HUANG Jing, L Wang, HU Yangjia( School of Resource and Enironmental Engineering , Wuhan Unitersity of Science and Technology , Wuhan 430081 ,Hubei,China)Abstract: Taking the stone coal of some area in Jjiangxi Province as experimental materials , vanadium was extracted byoxidation roasting-water leaching. acid leaching process. Effects of direct oxidation roasting of the crude ores and oxida-tion roasting after decarburization on leaching rate, and oxidation roasting of the crude ores with anthracite added and de-carburization samples on leaching rate and roasting consumption were investigated. The results showed that the leachingrate of oxidation roasting of the crude ores after decarburization was 80. 12%，being 11. 71% higher than the direct oxi-dation roasting of crude ores. When 5% anthracite was added into decarburizaion samples, the leaching rate reached81. 96%，the oxidation roasting temperature decreased 30 C and the roasting time shortened 0.5 h, so that the produc-tion cost decreased.Key words: stone coal; vanadium; roasting; anthracite; leaching rate石煤中的釩以三價(jià)為主,三價(jià)釩以類(lèi)質(zhì)同像形式1試驗部分存在于粘土礦物的硅氧四面體結構中,結合堅固且不溶于酸堿，只有在高溫和添加劑的作用下,才能轉變?yōu)?.1 試驗原料可溶性的五價(jià)釩,因此焙燒是從石煤中提釩不可缺少本試驗所用礦樣取自江西某地釩礦,其主要化學(xué)的過(guò)程。成分見(jiàn)表1。實(shí)驗室中提釩過(guò)程的高溫氧化焙燒多采用馬弗爐電加熱等方式,由于爐內溫度分布不均勻,導致部分礦表1石煤化學(xué)成分(質(zhì)分數)/%樣溫度偏低從而氧化不充分;同時(shí)也存在焙燒溫度較VzOz SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO K2O Ne2O C揮發(fā)份灰分.高時(shí)間較長(cháng)、能耗較高等缺點(diǎn)。針對以上問(wèn)題,考慮0.82 66.14 6.46 3.49 2.96 1.43 1.65 0.69 9.38 4.59 85.98在焙燒過(guò)程中添加適量的無(wú)煙煤,既不影響氧化氣氛，又能使其燃燒時(shí)與石煤點(diǎn)對點(diǎn)接觸傳熱,提高部分礦樣溫度,加速氧化反應過(guò)程,從而降低焙燒溫度、縮短1.2試驗試劑及儀器反應時(shí)間。因此,研究石煤配煤氧化焙燒對提高轉化實(shí)驗原料為鈉鹽復合添加劑(MX)、無(wú)煙煤(山西率、政善焙燒條件、降低焙燒能耗及優(yōu)化提釩生產(chǎn)有一晉城中國煤化工弗爐、101 -3型干燥定指導意義。箱X!YHC N M H GI循環(huán)水真空泵等。.D收稿日期: 2009-09-18作者簡(jiǎn)介:朱曉波( 1985 -) ,男,遼寧遼陽(yáng)人,碩士研究生,主要研究方向為礦物加工工程。礦冶工程第30卷1.3 試驗方法焙燒溫度對浸出率的影響如圖2所示。脫碳樣的焙燒在前期試驗已確定的最佳脫碳、磨礦及復合添加溫度為850 C及原礦的焙燒溫度為790 C時(shí),不同焙劑用量條件下,取- -定量原礦破碎至0~5 mm,700 C燒時(shí)間對浸出率的影響如圖3所示。下脫碳30 min ,將原礦或脫碳樣磨至0 ~0.125 mm,配加12%復合添加劑" ,配煤試驗時(shí)配加- -定量的無(wú)煙84煤,混合均勻后,置于馬弗爐中于- -定溫度(焙燒溫度指焙燒設備儀表設定溫度)進(jìn)行焙燒。熟料在液固比女脫碳樣為2.5:1, ,90 C下水浸40 min;水浸渣在40 C下用.+原礦1% HCl酸浸60 min(2。采用亞鐵容量法[3]1測定浸出液中釩濃度,計算釩的浸出率。浸出率計算式(4)為:50浸出率=溶液中釩的質(zhì)量x 100%790820 850890 910原礦總釩質(zhì)量溫度/C1.4 試驗原理圖2焙燒溫度對漫出率的影響碳釩氧化物自由能溫度關(guān)系如圖1651所示。9080-100邏70-200wo;O用60_300 F|+脫磯樣2C+O,=2C0十原礦G400 Co.cOo,1.122.5 3.0時(shí)間/t.-600- .團3焙燒時(shí)間對浸出率的影響67310731473T/K由圖2、圖3可知,原礦經(jīng)脫碳后再氧化焙燒比原圖1氧化物自由能溫度關(guān)系礦直接氧化焙燒效果好。這是因為原礦經(jīng)脫碳后,部由圖1可知,碳燃燒比釩氧化的吉布斯自由能小，分有機質(zhì)、碳及一些還原性礦物發(fā)生氧化,使其不影響因此在焙燒過(guò)程中,第-一個(gè)反應是碳的燃燒;當碳量較釩在高溫氧化焙燒時(shí)的轉價(jià)反應;另脫碳可提高釩的低時(shí),三價(jià)釩的氧化過(guò)程才開(kāi)始。石煤在氧化焙燒前，品位并使原礦結構松散,脫碳樣更易與氧化氣體充分原礦一般要經(jīng)過(guò)預先脫碳處理。石煤與復合鈉鹽添加接觸從而發(fā)生氧化反應。因此原礦需經(jīng)脫碳后再氧化劑高溫氧化焙燒時(shí),主要的化學(xué)反應有:焙燒。C+1/202-=CO(1)焙燒溫度及時(shí)間是氧化焙燒的主要影響因素。當C0+1/202- = CO(2)焙燒溫度小于 760 C時(shí),主要是其他還原性物質(zhì)的氧V2O3 +02一= 2VO2(3)化抑制了釩的氧化反應,導致釩轉化率不高;溫度升2V02 +1/202= - V20,(4)高,硅氧四面體牢固的晶格結構被破壞,釩擺脫束縛，2NaCl= 2Na +Cl2(5)大部分V(M)和V( IV)轉化為V( V);溫度大于8502Na +1/202- Na20(6)C時(shí),高價(jià)釩發(fā)生二次反應,生成不溶性釩酸鹽,石煤xNa20 +yV20,一= xNa20●yV2Os(7)組分之間亦發(fā)生反應,尤其是Si02參與反應,形成復石煤鈉化氧化焙燒主要分為碳的氧化、釩從低價(jià)雜難溶的硅酸鹽,影響釩的浸出率。氧化焙燒時(shí)間小轉化成高價(jià)、鹽的分解和氧化、氧化鈉與五氧化二釩的于1.5 h時(shí).反應不充分.浸出率低;焙燒時(shí)間大于2.5結合4個(gè)步驟(6。h后,中國煤化工周期。由實(shí)驗結果2試驗結果 與討論可知fYHCN M H G燒1.5 h,浸出率可2.1石煤原礦和脫碳樣氧化焙燒對比試驗達80. 12%;原礦直接在790 C下焙燒1.5 h,浸出率在復合添加劑為12% ,焙燒時(shí)間為1.5 h時(shí),不同最高為68.41%。第1期朱曉波等:石煤提釩配煤焙燒試驗研兗532.2配煤焙燒試驗上升趨勢,當無(wú)煙煤用量為5%時(shí),總浸率最高為無(wú)煙煤具有煤化程度高揮發(fā)份低、密度大、燃點(diǎn).81.96% ,說(shuō)明無(wú)煙煤與石煤點(diǎn)對點(diǎn)接觸傳熱有利于釩高、無(wú)粘結性等特點(diǎn),因此選用無(wú)煙煤作為配煤焙燒試氧化,且不影響釩氧化所需的氧化氣氛;繼續增加煤驗的煤種。本試驗選用無(wú)煙煤的含碳量為92. 61% ,揮量,浸出率降低,說(shuō)明無(wú)煙煤用量過(guò)多,燃燒放熱所需發(fā)份為3.28% ,灰分為4.11% ,熱值為31 500 kJ/kg。氧量增加，破壞了焙燒的氧化氣氛，且煤量過(guò)多,容易2.2.1 石煤原礦配煤焙燒試驗 配加一定量無(wú)煙煤造成局部溫度過(guò)高,使礦樣局部燒結。因此,無(wú)煙煤的焙燒,可使石煤與無(wú)煙煤充分接觸并點(diǎn)對點(diǎn)傳熱,有利最佳加入量為5%。于釩氧化,但燃燒需大量氧氣,會(huì )抑制釩的氧化;因此將脫碳樣與5%無(wú)煙煤及12%復合添加劑混合,考察石煤配煤焙燒是否可行。在不同溫度下焙燒1 h,焙燒溫度對浸出率的影響結果將原礦與一定量的無(wú)煙煤及12%復合添加劑混見(jiàn)圖6。合,790 C下焙燒1.5 h,不同無(wú)煙煤添加量對浸出率85廠(chǎng)的影響結果見(jiàn)圖4。7(水漫本史匡翻之40瑟20880910溫度/C圈6脫碳樣配煤焙燒溫度對浸出率的影響無(wú)煙煤綏加量/%圈4石煤原礦配煤用 對浸出辜的影響由圖6可知,脫碳樣配加5%的無(wú)煙煤在820 C下焙燒1 h浸出率可達81. 96% ,對比圖2,脫碳樣不由圖4可知,原礦配加無(wú)煙煤氧化焙燒,浸出率較配煤在850 C下焙燒1.5 h浸出率為80. 12%。配加未配煤時(shí)下降幅度較大。由于焙燒過(guò)程先發(fā)生碳的氧一定量的無(wú)煙煤后 ,可為氧化焙燒提供熱量,降低外部化反應,然后是釩的氧化,盡管添加無(wú)煙煤可為焙燒提環(huán)境溫度,且不影響釩轉價(jià)效果。因此,配加5%的無(wú)供-定的熱量,但原礦及無(wú)煙煤中的碳燃燒需要大量煙煤后,焙燒溫度可降低30 C ,且總浸出率略有升高。氧氣,影響釩轉價(jià)的氧化氣氛。此過(guò)程中無(wú)煙煤的還將脫碳樣與5%無(wú)煙煤及12%復合添加劑混合,在原性是主導因素。因此,原礦不宜配煤氧化焙燒。820 C下焙燒,焙燒時(shí)間對浸出率的影響結果見(jiàn)圖7。2.2.2脫碳樣配煤焙燒試驗 將脫碳樣 與- -定量的85-無(wú)煙煤及12%復合添加劑混合,820 C下焙燒1 h,不同無(wú)煙煤添加量對浸出率的影響結果見(jiàn)圖5。R 8083 r”2 t0.5.01.52.03o0時(shí)間/h圄7脫碳樣配煤焙燒時(shí)間對漫出率的影響95 ti加煤量/%中國煤化工無(wú)煙煤在820 c下圖5脫碳樣配煤用對漫出率的影響焙燒.HYHCN M H G曉時(shí)間為1h時(shí),浸出率為81.96%。脫碳樣配加無(wú)煙煤高溫焙燒,這種由圖5可知,隨著(zhù)無(wú)煙煤用量的增加,浸出率略有(下轉第61頁(yè))第1期彭志宏等:無(wú)機鹽雜質(zhì)對鋁酸鈉溶液晶種分解率的影響61機鹽雜質(zhì)的存在會(huì )影響鋁酸鈉溶液中氫氧化鋁顆粒表[5]陳金清,肖承玉 ,陳啟元，等鉀離子對鋁酸鈉溶液種分分解率的面的Zeta電位值,使Zeta電位變得更負,不利于氫氧影響[J].有色金屬(冶煉部分) ,007(3) :25 -27.化鋁晶體顆粒對鋁酸根離子的吸附,從而對鋁酸鈉溶[6] 何潤德,曾國棟，胡四春.高硫高鋁礦拜耳溶液除硫劑一 鋁酸鋇的合成[J].有色金屬,2006 ,58(3) :66 -69.液晶種分解產(chǎn)生抑制作用。7] 王熙慧,于海燕,盧 東,等硫酸鈉對鋁酸鈉榕液種分過(guò)程的影3)無(wú)機鹽雜質(zhì)使鋁酸鈉溶液表面張力增大,也阻響[J].材料與冶金學(xué)報,2007 ,6(3):184 - 187.礙鋁酸根離子在晶體表面的吸附,對晶種分解產(chǎn)生不8]謝世端，佟立彬.硫酸鈉對鋁酸鈉溶液分解過(guò)程影響的研究利影響。[J].沈陽(yáng)化工學(xué)院學(xué)報2003,17(1) :29 -31.9] 馮文潔,陳巧英,侯丙毅.氧化鋁生產(chǎn)流程中氯離子的行為[J].參考文獻:甘肅冶金, 2004,26(3):20-25.[1]趙繼華, 陳啟元. Al (OH)3種分過(guò)程的超聲場(chǎng)強化[J].金屬學(xué)[10] Misra C, White E T. Kinetics of crlizalinin of aluminium hydro-報，2002 ,38(2):171 -173.ide from seeded caustic aluminate solutions [J]. Chemical enginer-2] 陳國輝,陳啟元,尹周瀾，等超聲波對鋁酸鈉溶液種分成核粒ing programming eympoium series, 1970 ,53 :1024 - 1029.度的影響[J].中南工業(yè)大學(xué)學(xué)報:自然科學(xué)版, 2003,34(3):[11]Watling H , LohJ , Catter H. Gibbeite eryallization inhibition-254 -257.I. Effecte of sodium gluconate on nucleation agglomeration and3] 陳國輝，陳啟元,尹周瀾，等.鋁酸鈉溶液種分過(guò)程分解機理研g(shù)owth[J]. Hydromeallury, 20055.275 -288.究進(jìn)展[J].礦冶工程,2003 ,23(6) :65 -67.[12] 陳鋒,張寶硯,畢詩(shī)文,等.非離子型油溶性添加劑對鋁酸鈉4] Jun Li, Clive A, Peetidge, a al. The infuence of Alkali Metal lons溶掖晶種分觶的影響[J].東北大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版), 2006,on Homogenecous Nucleation of Al (OH)3 Crystals from Supersatun-27(3) :300 -303.ted Caustic Aluminate Solutions[J]. J Clloid and Inerface Science,[13]程蘭征， 陳鴻賢,韓寶華。簡(jiǎn)明界面化學(xué)[M]. 大連:大連工學(xué)2000 ,224:317 -324.院出版社,1988.(上接第53頁(yè))點(diǎn)對點(diǎn)接觸傳熱有利于釩氧化,加速釩的轉價(jià)過(guò)程。出率為81.96% ,浸出率較不配煤焙燒時(shí)略有增加,且脫碳樣配加無(wú)煙煤后不僅可以降低焙燒溫度30 C ,亦大幅度降低了焙燒能耗?？煽s短焙燒時(shí)間0.5 h,且不影響浸出率,大幅度降低了焙燒能耗。[1] 李建華,張- -敏,劉 濤,等.石煤提釩鈉化焙燒過(guò)程復合添加劑的研究[J].礦業(yè)快報,008(4):43 -45.3結論2] 劉建朋,張一敏,陳鐵軍,等.石煤提釩水沒(méi)過(guò)程的動(dòng)力學(xué)研究[].有色金屬2008(4);15 -16.1)原礦經(jīng)脫碳后氧化焙燒浸出率可達80. 12% ,3] 高玉敏亞鐵容量法測定釩渣中的釩量[J].鐵合金,2003(3):較原礦直接氧化焙燒浸出率高11.71個(gè)百分比。因此44 -46.石煤原礦需經(jīng)脫碳再氧化焙燒。4] 范必戚.方山口石煤提釩焙燒工藝研究[].濕法冶金,2001 ,20(2):79-80.2)原礦以無(wú)煙煤作為添加煤種氧化焙燒時(shí),沒(méi)出5] 許國鎮.石煤鈉鹽烙饒氣氛對釩轉化的研究[J].現代地質(zhì)，率低,因此石煤原礦不適宜配煤焙燒。1990 .4(4) :98.3)脫碳樣配加5%無(wú)煙煤氧化焙燒,焙燒溫度由[6] 陳鐵軍.石煤提釩焙燒過(guò)程釩的價(jià)態(tài)變化及氧化動(dòng)力學(xué)[J].礦850 C降低為820 C ,焙燒時(shí)間由1.5 h縮短為1 h,浸冶工程,2008(3) :64 -67.(上接第57頁(yè))包裹金形態(tài)存在,采用浮選工藝無(wú)法富集,直接全泥氰參考文獻: .化無(wú)法有效提取金。通過(guò)化學(xué)氧化和細菌預氧化工藝[1] 楊顯萬(wàn),邱定驀.濕法冶金[M].北京:冶金工業(yè)出版社, 2001.的比較,得出細菌預氧化氰化工藝能夠有效處理該金2] 周勇,李登新. TBP-MIBK協(xié)同萃取高硫高砷金精礦漫出液中的鐵[J].礦冶工程,2009(1):74-76.礦石,最佳工藝條件為:磨礦粒度-0.074 mm 95%、礦3] 郭凱琴,李登新.馬承愚,等過(guò)氧化氨氧化預處理高碗高砷難選漿濃度15%、細菌接種量10%、pH=1.8+0.2、攪拌金精礦的試驗研究[11.礦冶T程2008<6):37 -40.強度180 r/min .45 C氧化7 d。該工藝條件下金浸出[4]中國煤化工應器中細菌氧化預處理難率達89. 24% ,而且工藝過(guò)程中無(wú)煙氣污染。YHCNMH 208(5)35 -39.