李建兵

（中色（寧夏）東方集團有限公司，寧夏石嘴山 753000）

釩鈦磁鐵礦是一種分布最廣泛的含釩礦物，是生產含釩材料的主要工業(yè)開采價值礦物原料［1］。根據統(tǒng)計資料顯示，世界上釩鈦磁鐵礦主要分布于非洲、亞洲、北美洲等地，其中南非占47%，俄羅斯占26.4%，美國占13.1%，中國占9.8%。我國釩鈦磁鐵礦儲量比較豐富，主要分布于四川攀枝花地區(qū)和河北承德地區(qū)，其中攀枝花地區(qū)保有儲量為94億t，承德地區(qū)的保有儲量為45億t［2］。近年來國內主要釩原料（V2O5）供應緊張，給一些含釩材料生產企業(yè)帶來了困擾。所以本文采用南非某釩鈦磁鐵礦為原料，通過球磨、鈉化焙燒、浸出、沉釩、焙燒等工序制備V2O5，本文主要研究焙燒溫度、鈉鹽添加劑種類、浸出時間、浸出溫度、液固比對釩浸出率的影響。

1 試驗部分

1.1 試驗樣品

試驗采用樣品為南非某釩鈦磁鐵礦，化學分析結果見表1。該礦除含有主金屬元素V、Ti、Fe外，雜質元素主要有 Al、Mg、Si、Cr、Mn等，這些雜質元素對主金屬釩的浸出率都有一定的影響。

表1 礦石化學成分分析結果 %

1.2 試驗原理及方法

釩鈦磁鐵礦直接提釩的原理為，將釩鈦磁鐵礦先進行鈉化焙燒，使釩氧化物轉化形成可溶性的釩酸鹽，再采用水浸的方式使釩酸鹽進入溶液與大部分不溶物分離［3］。

V2O3+O2→V2O5

V2O5+Na2CO3→2NaVO3+CO2↑

V2O5+2NaCl+H2O→2NaVO3+2HCl↑（有水蒸氣存在）

V2O5+2NaCl+1／2O2→2NaVO3+Cl2↑（無水蒸氣存在）

對于這種含釩較高的釩鈦磁鐵礦，現將礦物磨細后，再加入鈉鹽添加劑（NaCl、Na2CO3、Na2SO4等）制球或者造團，高溫焙燒后用熱水浸出，浸出的含釩溶液經過凈化處理，通過沉釩得到偏釩酸銨沉淀，再焙燒得到五氧化二釩產品。

1.3 試驗設備

釩鈦磁鐵礦礦樣采用滾筒球磨機（QM-5）磨制至-0.074 mm，礦樣的化學成分由X射線熒光光譜儀（XRF，Shimadza XRF-1800）分析所得，浸出液中的釩含量采用電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜儀（ICP-AES，Shimadza ICPE-9000）分析檢測，礦石的鈉化焙燒和偏釩酸銨的脫氨采用馬弗爐（SZXB-54-1700）焙燒。

2 結果與討論

2.1 焙燒溫度對浸出率的影響

將礦石研磨至-0.074 mm（200目）粒級不小于65%的粒度，配入一定量的鈉鹽添加劑，混合均勻后用圓盤造粒機制成直徑3～5 mm的小粒，放入馬弗爐中鈉化焙燒，焙燒結束后采用熱水浸出。試驗過程中在其他條件不變的情況下，分別采用不同焙燒溫度進行試驗，焙燒溫度對釩轉化率的影響如圖1所示。當溫度較低時，釩轉化率也較低，隨著焙燒溫度的升高，釩轉化率也提高。當溫度在1 100～1 300℃時，釩轉化率最高，達到80%～83%。

圖1 焙燒溫度對釩浸出率的影響

目前對釩鈦磁鐵礦在焙燒過程生成可溶性釩酸鹽的機理一般認為礦石中的低價釩V3+先氧化成V5+，從尖晶石相中析出，再和Na2O作用生成釩酸鈉。由于釩鈦磁鐵礦中的尖晶石相的結構比釩渣中尖晶石相的結構穩(wěn)定，導致釩鈦磁鐵礦中的氧原子和鈉原子的遷移比釩渣中困難。所以要生成釩酸鈉，首先要破壞尖晶石相結構，就要比釩渣相對更高的焙燒溫度，才有利于釩轉化率的提升［4］。如果焙燒溫度過高，焙燒物料中就會產生液相組分，而這部分釩是無法收回的，造成釩的損失。

2.2 不同鈉鹽添加劑對浸出率的影響

試驗采用 NaCl、Na2CO3、NaCl+Na2CO3三種鈉鹽添加劑，混合均勻后造粒，放入馬弗爐中在1 200℃條件下鈉化焙燒，焙燒結束后采用熱水浸出。試驗過程中其他條件不變，試驗結果見表2和圖2。

表2 不同鈉鹽添加劑對浸出率的影響

圖2 不同鈉鹽添加劑對浸出率的影響

從圖2可以看出，單一采用NaCl和Na2CO3作為鈉鹽添加劑，焙燒過程中釩轉化效果都不太理想。采用NaCl+Na2CO3復合添加劑，焙燒過程中釩轉化率達到82.39%。主要原因為采用復合添加劑后，在焙燒過程中可以形成低共熔點鹽對，可以有效降低焙燒溫度，提高有價金屬釩的轉化率［5］。如果采用單一的NaCl為添加劑，焙燒過程中如果鈉鹽量不足或缺少水蒸汽，則會生成不溶性的“釩青銅”NaV6O15，造成釩的損失，同時還會釋放出有毒有害的氣體Cl2，污染環(huán)境。

2.3 浸出溫度對浸出率的影響

試驗采用NaCl+Na2CO3復合鈉鹽添加劑，在1 200℃條件下鈉化焙燒，冷卻后分別采用溫度為25℃、60℃、90℃的水浸出，研究不同浸出條件對釩浸出率的影響，如圖3所示。從圖3可以看出，浸出溫度越高，越有利于釩的浸出，采用90℃熱水浸出，釩的浸出率可達81.3%。主要是釩酸鈉的溶解度隨溫度的升高而增大，為了提高釩的浸出率，加快釩的浸出速度，釩的浸出過程必須在較高的溫度條件下進行，一般的浸出溫度為80～90℃。在同一浸出溫度下，隨著浸出時間的增加，釩浸出率提高。當浸出時間超過2 h后，浸出反應基本處于平衡狀態(tài)，釩浸出率波動不大［6］。

圖3 不同浸出溫度和浸出時間對釩浸出率的影響

2.4 浸出液固比對浸出率的影響

試驗采用NaCl+Na2CO3復合鈉鹽添加劑，焙燒溫度1 200℃，浸出溫度90℃，浸出時間2 h，在攪拌條件下考察液固比對釩浸出率的影響，如圖4所示。

圖4 不同液固比對釩浸出率的影響

從圖4可以看出，隨著液固比逐步增大，釩浸出率呈提升趨勢，但提升的幅度不大。主要是隨著液固比的增大，固液兩相接觸面積增大，釩酸鈉分子從固相中擴散至液相中的距離縮短，擴散速度加快，從而有利于浸出反應的進行［7］。如果液固比過大，會使浸出液中釩的濃度降低，也會降低后續(xù)凈化、除雜、沉降等工序的產能，同時也會增加大量的工業(yè)廢水，給環(huán)保帶來很大的壓力。權衡各方面因素，液固比控制在3∶1比較合適。

3 結 論

采用南非某釩鈦磁鐵礦為原料直接提釩時，按以下工藝條件控制時釩浸出率可達80%以上。

1.焙燒溫度控制在1100～1300℃時，焙燒時礦石中的釩最易轉化為可溶性的釩酸鹽，釩轉化率最高。

2.采用NaCl和Na2CO3作為鈉鹽添加劑，可以有效降低焙燒溫度，提高有價金屬釩的浸出率。

3.浸出時溫度控制在80～90℃時，可得到較高的浸出率，但浸出時間超過2 h后，浸出反應基本處于平衡狀態(tài)，浸出率基本沒有波動。

4.浸出時采用3∶1的液固比比較合適，既可以得到較高的浸出率，又不會為后續(xù)工序帶來太大的環(huán)保壓力。