譚愛華,劉景槐,劉振楠,牛 磊

(湖南有色金屬研究院,湖南長沙 410015)

石煤釩礦發(fā)電提釩工藝工業(yè)化試生產(chǎn)

譚愛華,劉景槐,劉振楠,牛 磊

(湖南有色金屬研究院,湖南長沙 410015)

以V2O50.85%,發(fā)熱值5 000～6 500 kJ/kg的石煤釩礦為原料,采用循環(huán)化流化床發(fā)電-飛灰提釩-尾渣生產(chǎn)水泥工藝,釩浸出率可達(dá)82%～83%,從石煤到產(chǎn)品五氧化二釩全流程回收率達(dá)51.71%,生產(chǎn)1t V2O5可產(chǎn)出4～5 t副產(chǎn)品白炭黑。工業(yè)試生產(chǎn)表明:該工藝提高了石煤資源綜合利用率,有效地降低了產(chǎn)品生產(chǎn)成本,有較好的社會經(jīng)濟效益。

石煤發(fā)電;飛灰提釩;尾渣利用

近年來,我國石煤提釩工業(yè)技術(shù)裝備發(fā)展迅速,石煤提釩企業(yè)數(shù)量和規(guī)?？焖僭黾?石煤提釩工業(yè)已進入快速發(fā)展軌道。但是傳統(tǒng)工藝技術(shù)只開發(fā)了石煤資源中的釩資源,產(chǎn)品單一,生產(chǎn)成本依舊偏高。同時石煤中的熱能沒有有效利用,且產(chǎn)出的廢渣需要很大的渣場投資,維護費用較高,環(huán)境污染嚴(yán)重[1]。湖南某企業(yè)采用石煤發(fā)電-飛灰提釩-尾渣生產(chǎn)水泥工藝對湖南某石煤釩礦進行提釩工業(yè)化試生產(chǎn),該工藝充分利用了石煤的熱能,資源綜合利用率高,有效地降低企業(yè)生產(chǎn)成本,減少了企業(yè)對周邊生態(tài)環(huán)境的破壞,社會經(jīng)濟效益明顯,為石煤提釩工業(yè)技術(shù)進步提供了新方法新思路,推動了石煤提釩產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

1 石煤原料

采用湖南某地石煤釩礦,石煤平均含 V2O50.85%,含碳14%～19%,發(fā)熱值為5 000～6 500 kJ/kg。石煤釩礦的主要成分列于表1。

表1 混合石煤釩礦樣化學(xué)成分分析結(jié)果 %

2 工藝流程

3 工業(yè)化試生產(chǎn)

3.1 石煤發(fā)電

該企業(yè)使用DHCF40-3.82/250-L型單汽包橫置式循環(huán)爐,鋼架結(jié)構(gòu),爐內(nèi)設(shè)有埋管上升管,爐外設(shè)有下降管,上部設(shè)有高、低兩級過熱器、減溫器,尾部設(shè)有省煤器和空氣預(yù)熱器。循環(huán)流化床產(chǎn)出蒸汽入OF-K6-2發(fā)電機發(fā)電[2]。循環(huán)流化床和發(fā)電機主要參數(shù)列于表2。

表2 循環(huán)流化床和發(fā)電機主要參數(shù)

循環(huán)流化床焙燒過程每天約處理石煤釩礦800 t,原礦經(jīng)過二級破碎,礦粉最大粒度小于8 mm。粒度分布:0～1 mm占30%,1～3 mm占30%,3～6 mm占30%,6～8 mm占10%。循環(huán)流化床床面積為13 m2,采用木炭點火,用煙煤升溫,500℃以上即可啟動引風(fēng)機等設(shè)備進入燃燒升溫階段。循環(huán)流化床設(shè)有氣動式脫硫設(shè)備,排放煙氣二氧化硫濃度含量不超過75 mg/m3,采用脈沖布袋除塵器,粉塵低于50 mg/m3。

圖1 石煤提釩綜合利用工藝流程

流化床點火后,床溫控制在880～900℃,蒸汽溫度425～450℃,蒸汽壓3.2～3.5 MPa,發(fā)電機組并網(wǎng)發(fā)電,負(fù)荷3 000～6 000 kW。運行過程中通過調(diào)整床溫控制灰渣比,焙燒結(jié)果列于表3,灰、渣主要化學(xué)成分列于表4,灰、渣粒度分布列于表5。

從石煤原礦到發(fā)電飛灰V2O5回收率為67.18%。

3.2 發(fā)電飛灰提釩

影響沙集站發(fā)電效率的主要原因是相對水輪機工況發(fā)電時的水頭較低，要提高發(fā)電效率必須降低電機轉(zhuǎn)速。技術(shù)上主要有以下幾種方案:

3.2.1 焙 燒

發(fā)電富集得到的飛灰粒度-0.074 mm 68.6%, V2O51.4%～1.5%,發(fā)熱值為960 kJ/kg,在圓盤制粒機內(nèi)加水制粒粒度Φ6～12 mm,粒料含H2O 10%～13%。焙燒設(shè)備為 Ф3.2×11 m立窯,處理量為200～250 t/d。粒子直接入立窯焙燒,控制焙燒溫度880～920℃,粒料在立窯內(nèi)停留時間5.8～6 h,焙燒礦中V2O5約1.5%,焙燒礦產(chǎn)率95%,V2O5回收率99.0%。

表3 循環(huán)流化床焙燒結(jié)果

3.2.2 磨礦-浸出

采用Ф2.1×3逆流型球磨機細(xì)磨焙燒礦,礦粉粒度-0.074 mm 53.2%。

浸出采用 Ф4.5×5.5浸出槽(體積為90 m3),用上一槽浸出液的60%,加入上一槽浸出渣第一次渣洗水,按焙燒礦粉量的4.5%補加片堿浸出,液固比1.15～1.2∶1,時間5 h,浸出溫度92～98℃,礦漿自然流進浸出槽停留時間為6～8 h。浸出礦漿過濾產(chǎn)出的浸出液V2O520～25 g/L,SiO2100 g/L。產(chǎn)出的浸出渣進行四次漿化洗滌,液固比1.1～1.2∶1,溫度65～75℃,時間 0.5 h,浸出渣 V2O50.25%～0.3%,V2O5浸出率為82%～83%。

表4 灰渣元素分析結(jié)果%

表5 灰渣粒度分布 %

3.2.3 浸出液凈化-凈化渣水洗

浸出液主要為含釩的硅酸鈉溶液,含V2O520～25 g/L,SiO2約100 g/L,NaOH70～80 g/L。在凈化槽內(nèi)加入試劑A后用一定濃度的稀硫酸調(diào)pH7～7.5,溫度85～95℃,攪拌1 h,產(chǎn)出的凈化液pH7～8,V2O5約10 g/L,SiO2約0.2 g/L用于提釩。產(chǎn)出的硅膠含H2O70%～80%,含V2O54%～5%,水洗得白色親水性白炭黑粉末,產(chǎn)出的洗水pH約為8、V2O5約10 g/L用于后續(xù)提釩。親水性白炭黑濾餅含H2O70%～80%,經(jīng)過表面改性劑進行改性處理之后即可得活性白炭黑(沉淀二氧化硅,一種白色、無毒、無定形微細(xì)粉末物,具有多孔性、高分散性、質(zhì)輕、化學(xué)穩(wěn)定性好、耐高溫等優(yōu)良特性,主要用作橡膠、塑料、合成樹脂及油漆品的填充劑),含V2O5小于0.5%,SiO2含量大于90%,化學(xué)性能良好[3]。

浸出液凈化-生產(chǎn)白炭黑工序V2O5入液回收率95%。

3.2.4 離子交換

離子交換柱 Ф1.4×5 m,5.50 m3濕樹脂/柱, 1.2 t V2O5/柱。采用717弱堿性陰離子交換樹脂吸附,室溫操作(溫度≥15℃)。產(chǎn)出的凈化液與水洗液pH6.5～7后進入樹脂吸附,產(chǎn)出的吸附尾液V2O50.01 g/L,吸附效率≥99.5%。負(fù)載樹脂解吸用200 g/LH2SO4,產(chǎn)出的一次解吸液含V2O550～60 g/L,作為產(chǎn)品沉釩溶液,V2O5解吸率≥99.6%。

3.2.5 沉釩-煅燒

解吸液含V2O550～60 g/L,加少量雙氧水氧化后加入氨水調(diào)pH為2,溫度90～95℃,時間1h過濾,產(chǎn)出沉釩尾液+洗水V2O50.04～0.08 g/L,沉釩率99.7%。產(chǎn)出的濕紅釩煅燒,產(chǎn)品五氧化二釩V2O5≥98.0%,達(dá)到 YB/T5304-2006國家質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。紅釩煅燒過程釩的回收率≥99.5%。

從飛灰到產(chǎn)品V2O5回收率為76.97%,從石煤原礦到產(chǎn)品五氧化二釩的回收率為51.71%。

3.2.6 三 廢

飛灰提釩過程中,粒料在焙燒時產(chǎn)出的煙氣不含HCl、Cl2,含有少量的SO2經(jīng)除塵后用工藝過程中的堿性廢水吸收后煙囪排放。紅餅煅燒產(chǎn)出的尾氣主要含有NH3、(NH4)2SO4,經(jīng)工藝過程產(chǎn)出的酸性廢水吸收后直接排放。

吸附尾液80%返回浸出渣的洗滌、浸出液凈化和凈化渣洗滌。沉釩尾液部分返回沉釩,其余采用空氣吹脫-有機/無機復(fù)合樹脂吸附法處理,加NaOH調(diào)節(jié)溶液pH到11,采用鼓風(fēng)機吹脫趕氨,趕氨后液進入離子交換塔吸附,經(jīng)吸附后NH3含量小于15 mg/L,達(dá)到國家排放標(biāo)準(zhǔn)。負(fù)載樹脂采用200 g/LH2SO4解吸,生產(chǎn)產(chǎn)品硫酸銨。

3.3 尾渣綜合利用

試生產(chǎn)發(fā)電后產(chǎn)出的底渣和飛灰提釩渣化學(xué)組成與粘土基本相同,且Na2O+K2O含量小于5%,放射性檢測符合建材原料要求。底渣作為水泥生產(chǎn)原料,飛灰浸出渣按8%配比摻入水泥原料中。生產(chǎn)工藝如圖2所示。

4 結(jié) 語

圖2 提釩渣生產(chǎn)水泥流程

該工藝符合國家關(guān)于資源、能源綜合利用、節(jié)能減排和可持續(xù)發(fā)展的政策方針,是一項資源節(jié)約型、環(huán)境友好型的先進工藝,具有以下特點:

1.采用循環(huán)流化床燃燒技術(shù)進行發(fā)電,充分利用了當(dāng)?shù)氐母甙l(fā)熱值石煤資源。

2.V2O5在發(fā)電飛灰中富集,飛灰采用立窯焙燒-燒堿浸出生產(chǎn)產(chǎn)品五氧化二釩,回收飛灰中的有價金屬。

3.每1 t V2O5產(chǎn)出4.5～5t副產(chǎn)品疏水性白炭黑(SiO2含量≥92%),其附加值為0.3～0.4萬元/t。

4.利用發(fā)電底渣和飛灰浸出渣生產(chǎn)水泥,不僅省去了投資高、占地大的尾礦壩設(shè)施,也消除了潛在的尾渣污染源,將水泥生產(chǎn)與提釩工藝有機銜接,大大降低水泥產(chǎn)品和釩產(chǎn)品的生產(chǎn)成本;由于采用空白焙燒,提釩工藝不產(chǎn)生含HCl、Cl2等有害成分的煙氣;采用燒堿浸出,重金屬難進入浸出液,吸附尾液雜質(zhì)含量低,可以循環(huán)利用,環(huán)境效益好。

[1] 《有色金屬提取冶金手冊》編委會.有色金屬提取冶金手冊·稀有高熔點金屬(下)[M].北京:冶金工業(yè)出版社,2002.

[2] 劉定宇,李普生.石煤發(fā)電及綜合利用 [J].現(xiàn)代節(jié)能,1987, (4):27-31.

[3] 崔益順.沉淀白炭黑的制備及表面改性[J].無機鹽工業(yè), 2006,38(11):21-22.

The Industrialized Trial Production for Electrical Extraction
Process of Vanadium from Stone Coal Vanadium Ore

TAN Ai-hua,LIU Jing-huai,LIU Zhen-nan,NIU Lei
(Hunan Research Institute of Nonferrous Metals,Changsha410015,China)

Using as stone coal vanadium ore which isof 0.85%V2O5and whose calorific value is 5 000～6 500 kJ/ kg,adopting the process of generation in circulating fluidized bed,extraction with fly ash and cement production with tailings,leaching rate of vanadium is up to 82%～83%and recovery rate reaches 51.71%,1 t V2O5can produce 4～5 t by-product silica.The industrialized trial production showed that the process was of better social and economic benefits,enhancing comprehensive utilization of stone coal and effectively reducing cost of production.

generation of stone coal;extraction with fly ash;tailings utilization

TF841.3

A

1003-5540(2010)06-0015-03

譚愛華(1983-),女,助理工程師,主要從事有色金屬冶煉工藝研究。

2010-10-22