[发明专利]一种含钒石煤水蒸汽炭化预处理制备V2O5的方法

说明书

技术领域

本发明专利涉及湿法冶金技术，尤其是一种水蒸汽炭化预处理法用含钒石煤制备五氧化二钒的方法。

背景技术

钒是一种重要的战略物质，具有良好的合金和催化性能，在化工、汽车、电子、国防、航空等领域有着广泛的用途。在我国，钒主要是从石煤或钒钛磁铁矿中提炼出来的。石煤中的钒绝大部分以V（III），V（IV）的形态存在，其中的钒多数以类质同象的形式赋存于硅酸盐类矿物中，结构难以破坏，不好浸出钒。为了有效提取石煤中的钒，通常需要对石煤进行高温焙烧，将V（III）钒氧化成+4价或+5价，然后进行稀硫酸或水浸取。

从已公开的发明专利及有关文献资料来看，提钒的方法主要是先将矿石原料进行焙烧预处理，即在含钒原料中掺入各种添加剂如食盐、硫酸盐、碳酸钠、石灰（碳酸钙）、氢氧化钠等其中的一种或几种，利用各种窑炉进行钠化焙烧、钙化焙烧、复合剂焙烧，然后采取稀硫酸或水浸取；现有公开的专利中也有空白焙烧，用草酸铵、柠檬酸铵、磷酸铵浸取的方法，但是高温焙烧过程中会产生大量有毒有害气体，如Cl₂、HCl、SO₂等，对环境有较大的污染。采用的各式窑炉如立窑、平窑、旋转窑、隧道窑等，投资较大，劳动强度大。为了减少环境的污染，不少文献报道了硫酸直接浸取石煤中的钒的方法，在此类专利技术中，钒的浸取率只有60～74%之间，难以提高，资源得不到充分利用。为了寻找低成本、环境友好型的提钒技术，特提出本发明。

发明内容

针对现有技术方法不足，本发明专利提供了一种含钒石煤水蒸汽炭化预处理制备V₂O₅的方法，不进行矿物焙烧，而是利用浓硫酸的炭化反应，破坏石煤矿物表面包裹的有机物、使矿物晶格中的钒裸露出来，然后浸取炭化渣中的钒。实现无焙烧、无废气污染法制备V₂O₅。

发明原理：本专利主要利用石煤中的有机质与浓硫酸，在引发剂的作用下发生炭化反应，释放出大量的热，维持反应温度在250～300℃，充分地破坏石煤中含钒矿物的晶体结构，实现V（IV）、尤其是V（Ⅲ）的高效释放，致使炭化物能获得更高的钒浸出率，有助于后续工序制备V₂O₅。

一种含钒石煤水蒸汽炭化预处理制备V₂O₅的方法，特采用以下技术方案：

将含钒石煤原料用球磨机粉碎至100～200目，加入一定量的浓硫酸和引发剂溶液，在搅拌机中搅拌混匀后，用传输带将混合料送入料斗车中，然后推入蒸汽炭化室中进行炭化；控制炭化室的温度，并保持一定炭化时间后，由液压推动装置将料斗车推出；炭化后的原料（简称炭化渣）置于搅拌浸取池，按炭化渣与水的质量比为1：（1～2）加入自来水，进行二段法浸取钒；压滤、收集一段浸取的滤液，滤液为蓝色的溶液，即V⁴⁺的颜色，将浸出液调节pH值按常规湿法冶金提钒方法处理，即可得到高纯度的五氧化二钒产品。将一段浸取渣再按固液比1：（1～2）进行二段浸取，二段浸取滤液作为下一批炭化渣的一段浸取液。

一种含钒石煤水蒸汽炭化预处理制备V₂O₅的方法，包括如下步骤：。

步骤1)、将石煤用球磨机粉碎到100～200目，将矿粉投入到搅拌机中，加入浓硫酸作为炭化剂，矿粉与浓硫酸质量配比为1：（0.2～0.4），搅拌20～45 min。

步骤2)、配制引发剂溶液：按质量浓度为0.5～5g/L配制尿素或草酸的溶液，作为浓硫酸炭化时的引发剂。

步骤3）、在步骤1）加入浓硫酸搅拌后，接着按矿粉质量的比例加入8～15%引发剂溶液（引发剂的质量浓度为0.5～5g/L），搅拌15～30 min，得湿沙状混合物，手捏能成团，掉地下为散沙状。

步骤4)、将步骤3）中搅拌均匀的湿沙状混合物通过传输带送到炭化室前的料斗车中，然后由液压推进系统将料斗车推进水蒸汽炭化室中；在150～250℃温度下，炭化预处理36～72h，得炭化渣。

步骤5)、将步骤4）的炭化渣，从炭化室中推出，倾入搅拌池中，按液固比为1.0～2.0 L/Kg加水搅拌，常温下进行二段浸取，浸取时间为2～3 h；第一段浸取液直接进入贮液池，第二段浸取液用于下一批炭化渣的第一段浸取液，二段浸取渣送去制砖。