成寶海，齊　松

(長春師范大學(xué)工程學(xué)院，吉林長春 130032)

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含釩頁巖礦石焙燒條件對浸出率的影響

成寶海，齊松

(長春師范大學(xué)工程學(xué)院，吉林長春 130032)

[摘要]本文以含釩頁巖礦石為研究對象，通過實(shí)驗(yàn)得出含釩頁巖的最佳焙燒條件：原礦粒度-150目，球團(tuán)粒徑5～10 mm，焙燒溫度850 ℃，焙燒時(shí)間3 h，脫碳礦粒度-150目。在此條件下，可將礦石浸出率提高至70%以上。

[關(guān)鍵詞]含釩頁巖；焙燒；浸出率

含釩頁巖提釩工藝原則上均需要先焙燒后浸出[1-3]。焙燒是影響釩浸出率的重要環(huán)節(jié)，因而，在一定程度上焙燒效果決定全流程中釩的總回收率[4]。本文采用對比的方法研究含釩頁巖礦石在不同焙燒條件下對后續(xù)釩浸出率的影響，并得到最佳焙燒工藝條件。

1實(shí)驗(yàn)部分

1.1實(shí)驗(yàn)原料

采用湖南某地含釩頁巖礦石，主要化學(xué)成分如表1所示。

表1　湖南某含釩頁巖礦主要化學(xué)成分

元素STiAsBaCrNiCuZnU含量(%)0.0700.1890.0050.4420.1230.0100.0100.0040.006

1.2實(shí)驗(yàn)儀器和設(shè)備

粉碎機(jī)；馬弗爐；過濾機(jī)；恒溫干燥箱；萬用電爐。

1.3實(shí)驗(yàn)原理

釩在礦石中一般只以V(Ⅲ)和V(Ⅳ)存在，沒有發(fā)現(xiàn)V(Ⅱ)和V(Ⅴ)，大部分釩都以V(Ⅲ)為主。焙燒階段氧化的主要目的是使原礦中的V(Ⅲ)和V(Ⅳ)轉(zhuǎn)變成可溶性的V(Ⅴ)。在焙燒過程中釩發(fā)生的主要反應(yīng)是：

2V2O3+ O2= 4VO2

(1)

4VO2+ O2= 2V2O5

(2)

1.4分析方法

釩的分析方法：采用高錳酸鉀氧化硫酸亞鐵銨滴定法(GB 7315.1-87)。

溶液pH 采用電位pH 計(jì)測定。

2實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1焙燒溫度的影響

將礦石分別破碎到大約-150目，按質(zhì)量比1∶1混勻，加純水制成5～10 mm粒徑的球團(tuán)，自然風(fēng)干后，分別在750 ℃、800 ℃、850 ℃、900 ℃、950 ℃條件下焙燒，爐門微開，保持爐內(nèi)一定的氧化氣氛，期間每隔20 min翻動(dòng)一次。保溫時(shí)間2 h，再將焙燒礦磨細(xì)至粒度為-150目。浸出條件為 6%(礦量質(zhì)量比)的NaOH溶液，液固比1.5∶1，攪拌速度300 r·min-1，溫度90 ℃，浸出時(shí)間4 h。焙燒溫度與釩浸出率的關(guān)系如圖1所示。

圖1　焙燒溫度對釩浸出率的影響

從圖1中可以看出，焙燒溫度在800 ℃時(shí)，浸出率只有60%左右；隨著溫度上升，浸出率增加，焙燒溫度為850 ℃時(shí)，浸出率高達(dá)65%；溫度繼續(xù)上升，浸出率開始下降。這主要是由于含釩頁巖的成分和結(jié)構(gòu)復(fù)雜，溫度過低，不足以破壞礦石的結(jié)構(gòu)；而溫度超過一定的數(shù)值后，硅鋁酸鹽、堿金屬鹽和二氧化硅等可以形成低共熔點(diǎn)玻璃相結(jié)構(gòu)，物料出現(xiàn)燒結(jié)，燒結(jié)越嚴(yán)重，釩被包裹的幾率就越大，釩的轉(zhuǎn)浸率越低。溫度過高或過低的試驗(yàn)結(jié)果都不理想，因此，選取試驗(yàn)的最佳的焙燒溫度為850 ℃。

2.2焙燒時(shí)間的影響

控制焙燒時(shí)間對釩浸出率有著重要的影響。焙燒時(shí)間過長，球團(tuán)容易燒結(jié)；焙燒時(shí)間過短，球團(tuán)不容易燒透。

當(dāng)溫度升至850 ℃時(shí)開始計(jì)時(shí) ，每隔1 h取出部分球團(tuán)，共取樣6次，冷卻后分別將焙燒團(tuán)礦磨細(xì)至粒度為-150目。浸出條件同上文2.1小節(jié)，試驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。

圖2　焙燒時(shí)間對釩浸出率的影響

從圖2中可以看出，焙燒時(shí)間2 h時(shí)，浸出率達(dá)到67%左右；焙燒時(shí)間增加至3 h，浸出率達(dá)到70%。焙燒的初始階段，隨著焙燒時(shí)間的延長，釩浸出率也隨之提高；當(dāng)焙燒時(shí)間超過3 h后，釩的浸出率反而下降，說明并不是燒得時(shí)間越長越好。由此，焙燒時(shí)間不宜過長，以3 h為宜。

2.3 焙砂粒度的影響

焙砂浸出按照液固反應(yīng)模型進(jìn)行，粒度過大，溶液不容易與礦石內(nèi)部發(fā)生反應(yīng)；粒度過小，影響過濾，因此需要確定最佳粒度。

將礦石錘碎后磨至-150目，加純水制5～10 mm粒徑的球團(tuán)，于70℃下烘干。在850 ℃保溫時(shí)間3 h，將焙燒礦磨細(xì)至粒度為-100目、-150目、-200目，浸出條件同上文2.1小節(jié)，試驗(yàn)結(jié)果如表2所示。

表2　焙砂粒度對浸出率的影響

NaOH溶液浸出含釩頁巖礦為液固反應(yīng)。從動(dòng)力學(xué)角度分析，含釩頁巖礦焙砂粒度越小，其比表面積越大，與浸出劑的接觸面積就越大，有利于NaOH向含釩頁巖內(nèi)部擴(kuò)散和反應(yīng)的進(jìn)行，因而浸出率可能越高。

隨著焙砂粒度的減小，浸出率隨之增大，當(dāng)粒度達(dá)到-150目時(shí)，繼續(xù)減小粒度浸出率沒有明顯改變。這可能由于經(jīng)過脫碳后的礦石磨細(xì)到一定程度后，礦中的含釩化合物已經(jīng)可以與浸出劑充分接觸并反應(yīng)，再減小粒度對浸出率的影響不大?？紤]到經(jīng)濟(jì)成本以及設(shè)備生產(chǎn)能力，礦粒度以-150目以上為佳，本試驗(yàn)確定焙砂礦粒度為-150目。

3結(jié)論

(1)當(dāng)焙燒溫度低于850 ℃時(shí)，釩浸出率隨著焙燒溫度的升高而升高，當(dāng)焙燒溫度高于850 ℃時(shí)，硅鋁酸鹽，堿金屬鹽和二氧化硅等可以形成低共熔點(diǎn)玻璃相結(jié)構(gòu)，物料出現(xiàn)燒結(jié)，釩浸出率隨著焙燒溫度的升高而下降。

(2)當(dāng)焙燒時(shí)間低于3 h時(shí)，釩浸出率隨著焙燒時(shí)間的增長而升高，當(dāng)焙燒時(shí)間高于3 h時(shí)，物料出現(xiàn)燒結(jié)，釩浸出率隨著焙燒時(shí)間的增長而下降。

(3)隨著焙砂粒度的減小，浸出率隨之增大，當(dāng)粒度達(dá)到-150目時(shí)，繼續(xù)減小粒度浸出率沒有明顯改變,礦粒度以-150目以上為佳。

本文對含釩頁巖礦石脫碳焙燒試驗(yàn)進(jìn)行了焙燒溫度和焙燒時(shí)間等條件的單因素考察，得出最佳脫碳焙燒條件為：將原礦石破碎磨細(xì)混勻，制團(tuán)，在850 ℃下焙燒3 h，冷卻后將球團(tuán)重新磨碎至-150目，在一定的浸出條件下得到釩浸出率大于70%。

[參考文獻(xiàn)]

[1]漆明鑒.從含釩頁巖中提釩現(xiàn)狀及前景[J].濕法冶金,1999,72(4):1-10.

[2]BING Ju,GONG Sheng,GONG Zhu-qing.Extraction technology of V2O5from stone coal[J].Chinese Journal of Rare Metals,2007,31(5):670-676.

[3]HE Dong-sheng,FENG Qi-ming,ZHANG Guo-fan, et al. Study on leaching vanadium from roasting residue of stone coal[J].Minerals and Metallurgical Processing,2008,25(4):181-184.

[4]鄒曉勇,歐陽玉祝,彭清靜,等.含釩含釩頁巖無鹽焙燒酸浸生產(chǎn)五氧化二釩工藝的研究[J].化學(xué)世界,2001(3):117-119.

Impact of Roasting Conditions on Leaching Rate From Shale Ore Containing Vanadium

CHENG Bao-hai,QI Song

(School of Mechanical Engineering,Changchun Normal University,Changchun Jilin 130032,China)

Abstract:In this paper, the optimum roasting conditions of vanadium shale are obtained through experiments.The optimal conditions of roasting were ground size of -150 mush, pellet size of 5～10 mm, roasting for 3 h at temperature of 850 ℃, granularity of -150 mush. Under these conditions, the leaching rate can be more than 70%.

Key words:vanadium shale;roasting;leaching rate

[收稿日期]2016-04-10

[基金項(xiàng)目]吉林省教育廳課題“低品位含釩頁巖資源高效開發(fā)利用技術(shù)研究 ”(吉教科合字[2014]第521號)。

[作者簡介]成寶海(1982- )，男，講師，博士，從事有色金屬冶金研究。

[中圖分類號]TF841.3

[文獻(xiàn)標(biāo)識碼]A

[文章編號]2095-7602(2016)06-0065-03