【摘要】：石煤是我國獨特的、儲量最為豐富的釩礦資源,然而,由于其釩品位低、賦存狀態(tài)復雜等,導致其利用程度很低,大量的資源仍處于待開發(fā)狀態(tài)�，F(xiàn)有提釩工藝雖多,特點也各不相同,但普遍存在“污染重、能耗大、作業(yè)周期長、回收率低、產(chǎn)品純度不高”的問題。針對現(xiàn)有提釩工藝所存在的問題,依據(jù)石煤釩礦的工藝礦物學特點,本文提出了“低溫硫酸化焙燒-水浸-溶劑萃取”的提釩(V_2O_5)新工藝,并對該工藝開展了系統(tǒng)的試驗與機理研究。首先從礦物學角度出發(fā),查明了試樣的性質(zhì)特點:貴州省江口縣石煤釩礦V_2O_5含量很低,僅0.62%,其中的釩多以V(Ⅲ)呈類質(zhì)同相形式取代Al(Ⅲ)而賦存于云母、伊利石等鋁硅酸鹽礦物的晶格中,屬于低品位難浸出礦石。依據(jù)石煤釩礦的工藝礦物學特點,優(yōu)選采用低溫硫酸化焙燒-水浸的工藝,考察了主要因素的影響及內(nèi)在原因,分析了焙燒過程中的釩價態(tài)與主要礦相的變化規(guī)律,結果表明:在焙燒粒度-0.074 mm粒級占比60%、硫酸用量20%、焙燒溫度250℃的條件下低溫硫酸化焙燒2 h,試樣中的V(Ⅲ)已基本轉化為更高價態(tài)的V(Ⅳ)和V(Ⅴ),含釩鋁硅酸鹽礦物特征衍射峰明顯減弱,晶格得以有效破壞;焙燒熟料在最佳條件下(浸出溫度90℃、液固比1.5:1、攪拌速度300 r/min、浸出時間1.5 h),釩浸出率高達80.32%,指標理想。浸出液的凈化富集采用溶劑萃取法,在萃取體系優(yōu)選和萃前預處理研究的基礎上,考察了主要因素對萃取、反萃的影響,結果顯示:采用“10%P204+5%TBP+85%磺化煤油”為有機相萃釩,具有選擇性好、萃取速度快、萃取率高等優(yōu)點,在室溫、相比O:A=1:4、pH=3.0、萃取時間5 min的條件下進行五級逆流萃取,釩萃取率達96%以上,鐵萃取率僅6.77%,獲得了很好的萃釩和釩鐵分離效果;以硫酸為反萃劑,反萃時分相速度快、界面清晰、反萃率高,在室溫、硫酸濃度2.0 mol/L、反萃時間15 min、反萃相比O:A=4:l的條件下進行五級逆流反萃,釩反萃率高達99%以上,而鐵反萃率僅4.68%;經(jīng)萃取-反萃,釩得以有效富集,雜質(zhì)基本被完全除去,反萃液可直接用于沉釩。同時,對P204萃釩的溶液化學行為進行了分析:為了確保釩的主要存在形式為VO~(2+)并降低Fe~(3+)的水解,應在pH4.03的范圍內(nèi),盡量降低H~+濃度以獲得較高的萃取率,同時平衡與水解釩損之間的關系。反萃液氧化后采用酸性銨鹽沉釩法處理,研究了主要因素對沉釩的影響規(guī)律、探討其內(nèi)在原因,在最佳條件下,結晶出橘紅色多釩酸銨沉淀(紅餅APV)。紅餅經(jīng)煅燒,獲得了高質(zhì)量的精釩產(chǎn)品,浸出液到精釩產(chǎn)品的回收率高達94.19%。釩總回收率達75.65%,與常規(guī)、傳統(tǒng)提釩工藝釩總回收率不足60%相比,指標大幅提升。提釩新工藝具有能耗低、作業(yè)周期短、回收率高、產(chǎn)品純度好的優(yōu)點。同時對焙燒、水浸、凈化與富集、沉釩、煅燒過程中產(chǎn)生的粉塵、廢氣、廢渣、廢水等污染物的危害、處理和回收方法進行了分析,為石煤釩礦的清潔生產(chǎn)提供依據(jù)。
【學位授予單位】：昆明理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TD849.5;TF841.3
【圖文】：

從低品位石煤釩礦中提取五氧化二釩的研究第一章緒論3(續(xù)表1-1)澳大利亞——————400——————美國1060590272591——————其他————600600580600600總計72000740007437278591827107940076000*數(shù)據(jù)來源：USGSMineralsYearsbook，2011~2017由表1-1可知，自2010年以來，全球釩產(chǎn)量呈現(xiàn)出逐年上升后小幅度下降的趨勢，中國、南非、俄羅斯、美國四國的釩產(chǎn)量基本占世界的94%左右，2016年釩總產(chǎn)量為7.6萬t，中國產(chǎn)量就高達4.2萬t，占全球總量的55%，穩(wěn)居第一。世界上釩的生產(chǎn)高度集中在俄羅斯耶弗拉茲集團、中國攀鋼-承鋼公司、南非海維爾德公司、美國戰(zhàn)略礦產(chǎn)公司[24,25]，均位于產(chǎn)釩的四個主要國家。我國是全世界釩產(chǎn)品消費增長最快的國家，主導著全球釩的市場，因此，釩在我國市場上的定價基本反映了世界市場的趨勢[26,27]。盡管在2014年之前，由于全球鋼鐵行業(yè)蕭條，釩產(chǎn)品市場也處在低迷期，價格大幅下降，但在2016年，釩的價格又出現(xiàn)了較為穩(wěn)定的回升，我國近年來五氧化二釩的定價指數(shù)見圖1-1(數(shù)據(jù)截止至2018年12月27日)。*資料來源：歐洲小金屬市場；定價指數(shù)采用普氏價格指數(shù)，定價的主要依據(jù)是當天最高的買方詢價和最低的賣方報價。圖1-1V2O5定價指數(shù)走勢圖Fig.1-1TrendchartofV2O5pricingindex由圖1-1可以看出，近幾年國際市場的釩價走勢呈現(xiàn)周期性波動、整體性上漲的趨勢，且波動周期縮短、幅度增大，據(jù)此預計釩的需求將保持增長，市場前景看好。從2016年始，我國五氧化二釩的定價持續(xù)走高，只在2017年9月底、11月初以及2018年9月初、10

從低品位石煤釩礦中提取五氧化二釩的研究第一章緒論6*數(shù)據(jù)來源：中國國家統(tǒng)計局；礦產(chǎn)儲量是基礎儲量中經(jīng)濟可采的部分。圖1-2全國釩礦基礎儲量變化圖Fig.1-2VariationchartofbasicvanadiumorereservesinChina我國含釩資源主要有兩大類，一是釩鈦磁鐵礦型，主要集中分布在四川攀西與河北承德地區(qū)，礦床規(guī)模巨大；二是含釩炭質(zhì)頁巖與石煤釩礦，主要分布于南秦嶺一帶的石煤層及含炭巖系中[39-41]。由于統(tǒng)計方法和時間的不同，釩礦儲量在有關報道上的數(shù)據(jù)會有差距，特別是石煤釩礦，目前尚不能完全統(tǒng)計，急需在全國層面系統(tǒng)開展資源調(diào)查評價工作。本文采用國家統(tǒng)計局2017年《中國環(huán)境統(tǒng)計年鑒》的數(shù)據(jù)[42]，各省區(qū)釩礦基礎儲量如表1-3所示。表1-32016年中國各省區(qū)釩礦基礎儲量Table1-3BasicvanadiumorereservesinvariousprovincesandregionsofChinain2016省區(qū)河北內(nèi)蒙古江蘇浙江安徽江西湖北釩礦儲量/萬t6.660.774.133.767.326.5229.94省區(qū)湖南廣西四川云南陜西甘肅新疆釩礦儲量/萬t2.90171.49598.550.077.18112.320.16*數(shù)據(jù)來源：2017年《中國環(huán)境統(tǒng)計年鑒》由表1-3可知，川、桂、甘三省是我國釩礦資源分布的主要省區(qū)，由于石煤釩礦資源儲量尚處于勘探過程中，預計湖南、江西、浙江等地的釩礦資源還將不斷增多。作為一種新的礦產(chǎn)資源，以石煤釩礦為原料生產(chǎn)釩制品在我國具有良好的發(fā)展前景。

從低品位石煤釩礦中提取五氧化二釩的研究第一章緒論9圖1-3傳統(tǒng)鈉化焙燒-浸出提釩工藝流程Fig.1-3Extractionofvanadiumusingtraditionalsodiumroasting-leachingprocess我國的石煤選廠在20世紀80年代大多數(shù)采用的是圖1-3的工藝流程，其具有選擇性強、工藝流程短、投資成本孝設備易操作等優(yōu)點[63]。焙燒過程中的基本化學反應如下：2NaCl+O2+H2O+V2O3=2NaVO3+2HCl(1-1)2NaCl+3O2+V2O3=2NaVO3+Cl2↑(1-2)V2O3+4O2=2V2O5(1-3)2V2O4+O2=2V2O5(1-4)3Cl2+3V2O4=2VOCl3+2V2O5(1-5)2VOCl3+3O2=2V2O5+6Cl2↑(1-6)Na2CO3+V2O5=2NaVO3+CO2↑(1-7)

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本文編號：2778991