[发明专利]一种从含钒石煤矿中提取五氧化二钒的清洁生产工艺

说明书

技术领域

本发明涉及一种含钒石煤矿中提取五氧化二钒的清洁生产工艺。 

背景技术

含钒石煤矿是我国作为钒的单独矿床开采的主要含钒资源，V₂O₅品位较低，一般为1.0％左右。石煤中的钒以V(III)为主，有部分V(IV)，很少见V(V)。由于V(III)的离子半径(74pm)与Fe(II)的离子半径(74pm)相等，与Fe(III)的离子半径(64pm)也很接近，因此，V(III)几乎不生成本身的矿物，而是以类质同象存在于含钒云母、高岭石等铁铝矿物的硅氧四面体结构中。石煤中的钒只有在高温和添加剂的作用下，才能转变为可溶性的五价钒。我国从20世纪60年代开始对石煤提钒进行研究，70年代开始工业生产，所使用的工艺均为钠化焙烧(NaCl)-水浸或酸浸工艺。这种工艺存在两个严重缺陷，一是因为焙烧过程生成Cl₂、HCl、SO₂混合气体而造成环境污染，二是钒回收率普遍为45-55％，使50％左右的钒矿资源得不到有效利用而浪费。 

为改变和取代钠化焙烧工艺，科技工作者进行了钙法焙烧、空白焙烧、湿法酸浸等新工艺的研究。钙法焙烧虽然解决了大气污染问题，但焙烧过程受矿石性质影响外，焙烧气氛、时间、温度和钙盐用量等的影响也非常敏感，控制不当，容易形成难溶的硅酸盐使得部分钒被“硅氧”裹络，或者矿样中的部分钒与铁、钙等元素生成钒酸铁、钒酸钙钠、钒酸钙等难溶性化合物。空白焙烧主要是想解决石煤脱碳和低价钒的氧化问题，但焙烧设备还是传统的立 窑、平窑和沸腾炉，不仅生产规模有限，而且焙烧过程并没有改变含钒矿物的晶体结构，不能有效提高钒的回收率。湿法酸浸工艺不需焙烧，石煤矿石可以湿磨，适合大规模生产，因此成为石煤提钒研究的重点。湿法酸浸提钒工艺的基础理论研究也有一些进展。目前，石煤酸浸提钒工艺已在陕西、湖南等地得到较大规模的生产应用。 

然而，酸浸提钒工艺还存在一些需要解决的问题。一是为得到较高V₂O₅浸出率，不得不消耗大量H₂SO₄，生产中H₂SO₄用量一般为矿石质量的25-40％，V₂O₅浸出率一般在65％-75％左右，超过80％的很少，V₂O₅回收率一般不超过70％；二是酸性浸出液的净化除杂、Fe(III)还原和pH值调整等工序需要消耗大量药剂，特别是氨水，从而导致氨氮废水的产生及处理问题。有人研究用HF、H₂SO₄和NaClO₃共同作用浸出石煤中的钒，在3.5mol/L HF中于60℃浸出8h，钒浸出率可达到97.91％。该研究的理论意义应当得到肯定。不过，HF酸消耗和NaClO₃消耗太多，在生产中应用经济意义不大，且该研究没有涉及含F废气处理、浸出液中钒的分离方法和废水处理等问题。其实，石煤酸浸提钒要解决的关键问题是在提高V₂O₅浸出率和回收率的前提下，如何降低消耗和避免环境污染，研究方向应该是开发低消耗低成本的清洁生产工艺。 

微波是一种频率在300～300000MHz的电磁辐射。作为一种新的冶金方法，微波处理在磨矿预处理、预还原、干燥、焙烧、金属提取等方面都有了深入研究和实际应用。用微波对矿石进行预处理时，由于微波对矿物的选择性加热，会使矿石中的某些矿物发生化学反应或物相转变。微波技术在石煤提钒预处理阶段的应用研究较少。《中国有色金属学报》(2008，18(9))公开了石煤微波焙烧-酸浸工艺，由于焙烧时使用了碱性添加剂Na₂CO₃，焙烧熟料须经水浸-酸浸两段浸出，操作不简便，不易在生产中推广使用。 

发明内容

本发明的目的是提供一种含钒石煤提取五氧化二钒的清洁生产工艺。