内蒙古阿拉善盟某钒矿提纯工艺研究王海燕

　第2期总第276期

内蒙古科技与经济

InnerMongoliaScienceTechnology&EconomyJanuary2013No.2TotalNo.276

内蒙古阿拉善盟某钒矿提纯工艺研究

王海燕,佟红格尔,阿拉木斯,李根兴

(内蒙古自治区矿产实验研究所,内蒙古呼和浩特　010031)

󰀁

　　摘　要:内蒙古阿拉善盟某地钒矿,矿石矿物有绿硫钒,伴生有及少量的黄铁矿、辉钼矿等;脉石矿物为绢云母,石英、绿泥石及部分碳酸盐类矿物。针对矿石特征,采用化学方法提纯该钒矿,获得钒精矿品位98.52%,得到了满意的试验结果,对开发利用该钒矿资源有重要意义。关键词:钒矿;提纯工艺;矿石资源;阿拉善　　中图分类号:P618.61(226)　　文献标识码:B　　文章编号:1007—6921(2013)02—0049—03　　我国有丰富的钒矿资源,主要矿种为钒钛磁铁矿,随着钒的市场价格上涨,碳质岩类钒矿以及硅质钒矿也得到了充分的利用。笔者针对内蒙古阿拉善盟某地钒矿进行了提纯试验,取得了较好的试验效果。为进一步开发利用该钒矿提供了实施依据。1　原矿分析及实验原理1.1　矿石类型、矿物组成及赋存状态试验样来自内蒙古阿拉善盟某地钒矿,经岩矿鉴定分析结果得知,该矿目的矿物钒以绿硫钒的形式(主要成分为五氧化二钒)赋存于碳酸盐、石英、绿泥石等类型矿物中,同时伴生黄铁矿和辉钼矿。主要为鳞片变晶结构,变余粉砂状显微鳞片变晶结构。构造为千枚状构造,块状构造,粉末状,板状构造。该矿矿物组成和矿石的结构、构造的复杂性导致该矿的分选难度。1.2　原矿化学成分投试矿样多元素分析结果见表1。表1试样多元素分析结果(%)

项目含量%项目含量%

V2O50.654TiO20.90

Al2O311.02S0.76

Fe2O34.17Ni0.02

CaO5.35SiO259.20

MgO1.54C全3.74

K2O2.60Mo0.021

Na2O0.90Au/10

-6

3.1.1　钠化剂的选择。在焙烧过程中,钠化剂的选择以及氧化气氛的强弱直接影响到钒转化率的重要因素。󰀁因钠化剂的存在能催化钒的氧化速度,提高钒的转化率。󰀁能生成可溶性钒酸盐,提高钒焙烧转化率。所以我们对常用的钠化剂如NaCl、Na2CO3、Na2SO4(化学纯试剂)等作了试验,试验方案如下。取上述大样100g,按矿粉∶钠化剂=100∶10的配比进行配料,试样经充分混均后在300℃以上放入马弗炉,升温至800℃后保温120min。试样冷却混匀后称取1.000g,用100ml沸水浸提水溶钒,取样分析并计算水溶钒转化率,另取1.000g,用100ml10%H2SO4加热浸提酸溶钒,取样分析并计算酸溶转化率。试验结果如表2及图1所示。表2钠化剂配比试验结果

钠化剂及配比水溶钒转化率(%)酸溶钒转化率(%)

10%NaCl58.3974.84

10%Na2CO3

60.7575.56

10%Na2SO4

32.4158.44

9%Na2CO3+1%NaNO3

35.8160.53

P2O51.62Ag/101.8

-6

0.21

1.3　实验原理该矿中钒大部分赋存于云母类矿物(84.10%),其次部分在电气石类矿物(7.49%),和氧化铁类矿物中(8.41%)。为了将钒从赋存矿物中浸出来,必须破坏赋存矿物结构,除了采用焙烧矿石,使钒转化成可溶性的钒外,也可直接用强酸破坏赋存矿物,即在一定的温度和酸度下,让氢离子进入云母类矿物,电Al3+、Fe3+气石类矿物,氧化铁矿物晶格中置换Si4+、使离子半径发生化,从而将钒释放出来。2　提纯试验方案的确定提取五氧化二钒的工艺主要有火法、湿法和火法——湿法联合流程。目前,普遍使用的湿法提钒为焙烧→浸出→沉钒→灼烧工艺。在矿热炉内冶炼含钒石煤,并将其中的钒富集到铁相中,得到合金或是高钒生铁属于火法提钒。根据该矿特征,本研究采用以下的提纯工艺:钠盐焙烧→水浸→酸浸工艺。3　选矿试验研究3.1　焙烧条件选择与结果讨论󰀁

从试验结果中可以看出,在相同条件下用NaCl和Na2CO3作为该矿石的钠化焙烧剂有较高的焙烧收稿日期:2012-11-06

作者简介:王海燕(1970-)女,硕士研究生,在内蒙古矿产实验研究所从事实验室管理以及测试工作多年,发表多篇专

业论文。

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转化率,其中虽然用Na2CO3时转化率更高,但考虑到使用NaCl成本大大低于Na2CO3,因此,选择NaCl作为钠化剂。3.1.2　焙烧温度对钒转化率的影响。由于矿石物相及组成的复杂性,使得焙烧的条件极为严格,如:温度区间较窄,一般在50℃左右。当温度低出该区间时,低价钒还未发生氧化,难以浸出。当温度高出某一值时出现硅裹钒或烧结现象,钒的焙烧转化率又急剧下降。在平炉生产中,凭肉眼观察和经验判断时,一般温度均相差百十度左右,这是造成生产中钒回收率低且不稳定的重要原因。因此,焙烧成为了提钒工艺的关键所在。本试验的试验方案如下。取上述大样100g,按矿粉∶NaCl=100∶10的配比进行配料,试样经充分混合后在760℃～920℃范围内每隔30℃作一个温度试验点。试样冷却后称取1.0000g,用100ml沸水浸提水溶钒,化验并计算钒转化率。试验结果如表3及图2所示。表3焙烧温度试验结果

焙烧温度(℃)试验序号水溶钒转化率(%)

760

790

820

850

880

920

12345636.7656.2364.1258.8547.4034.70

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　　从表3和图2可以看出,在其他焙烧条件不变的情况下,焙烧温度在790℃～850℃之间可以得到较好的焙烧效果,760℃时转化率仅为36.76%。此后,随温度升高,水溶转化率迅速增大,在820℃左右焙烧达到最佳值。当温度高于850℃时,钒的转化率急剧下降,920℃时只有34.70%的转化率。温度过高时,钒的转化率急剧下降,可能是由于温度高于850℃时物料中的其他一些杂质和硅、铁等开始反应生成了复杂的硅钒酸盐,这些钒很难溶于水,产生“硅裹钒”现象。由于温度较难控制,为稳妥起见实际焙烧温度应控制在800℃～850℃之间。3.1.3　NaCl用量对钒转化率的影响。取上述大样100g,按矿粉与NaCl不同配比进行配料,试样经充分混合后在300℃以下放入马弗炉,升温至820℃后保温120min。试样取出冷却后分别称取1.0000g用100ml沸水和100ml10%H2SO4浸提,并分别计算水溶钒转化率和酸溶钒转化率。所得转化率如表4及图3所示。表4NaCl用量试验结果

序号矿:盐

水浸转化率(%)酸浸转化率(%)

1100:09.6522.68

2100:430.3967.06

3100:847.5872.49

4100:1269.1783.28

5100:1556.3869.19

图4　焙烧时间对转化率的影响

从表4或图3可以看出,NaCl用量在10%以下时钒的转化率较低,增加NaCl用量,钒的转化率逐渐增加。矿粉∶盐=100∶12时,钒转化率达到一个最大值,说明矿石易于转化的含矿物中的钒已转化完全,当NaCl用量增加到15%以上时,钒的转化率又开始下降,此时的NaCl主要消耗在其他一些物质的钠化反应中,生成了诸如Na2SiO3、Na3PO4、Na3AlO3等之类的物质。矿石中剩余的钒已经不能再转化为可溶钒。钒的转化率呈下降趋势。3.1.4　焙烧时间试验。取上述大样100g,按矿粉∶NaCl=100∶8配比进行配料,试样经充分混合后在300℃以下放入马弗炉,升温至820℃后计时保温。每隔30min取出部分试样,冷却后分别称取1.0000g,用100ml沸水和100ml10%H2SO4浸提,并分别计算水溶钒转化率和酸溶钒转化率。所得转化率如表5及图4所示。表5钠化焙烧时间对钒转化率的影响

样号时间(min)水溶转化率(%)酸溶转化率(%)

16043.2577.89

29050.8279.06

312060.1881.15

424056.1276.80

536056.1276.80

648056.1175.72

760047.4872.49

　　从表5和图4可以看出,焙烧时间并非越长越好,约在2h处的水溶钒转化率达到最大值,以后随时间的延长钒的转化率反而有所下降。这与众多文献所提到的钠化焙烧提钒规律基本一致,只是由于试验所用原料的性质,焙烧工艺与设备等的不同,其最佳钠化焙烧时间不尽相同。过长的焙烧时间,钒的转化率反而有所下降,一方面,可能是由于存在着二次反应,即随着时间的延长,生成的可溶性钒酸盐,部分地与石煤中的铁、钙、镁等元素生成钒酸铁、钒酸钙等难溶性物质。另一方面,能是与钠化反应中产生的氯气作用,按下式反应生成了低沸点的氯化氧钒,挥发损失所致。V2O5+2Cl2=2VOCl2↑+O2↑2V2O5+6Cl2=4VOCl3↑+3O2↑3.1.5　矿石粒度对钒转化率的影响。由于钒在该类矿物中,钒主要分布在0.01mm～0.074mm的粒度级别。因此,本试验分别考察了-80目和-150目的矿样,试验结果见表6。表6粒度对钒转化率的影响

序号12

粒度-80目-150目

矿∶盐100∶12100∶12

温度(℃)820820

时间(h)22

水溶转化率(%)

52.759.5

图3　NaCl用量对焙烧转化率的影响

　　钠化焙烧过程中粒度对钒转化率的影响结果列于表6中。可见,物料粒度太粗时,钒的转化率大大・50・　王海燕,等・内蒙古阿拉善盟某钒矿提纯工艺研究降低。-80目和-150目相比,约低于7个百分点。但粒度过细是,不仅在工业上难以实现,而且矿浆过滤困难。因此,-150目的矿粉粒度是较为合适的。3.2　水浸条件选择与结果讨论取上述试验所得焙烧熟料混匀,测得全钒为0.65%,水溶钒为0.308%,水溶钒转化率为47.38%,按条件试验分别考察了温度、时间两个因素对水溶钒浸出率的影响。取上述焙烧熟料100g,分别放入已经升温至25℃、60℃、100℃的400ml水中,在保持基本恒温的条件下搅拌,并分别在20min、40min、60min时取样分析溶液中含钒量,并计算相应水溶转浸率,结果如表7所示。2013年第2期

十几的浸出率,而且可以大大拓宽焙烧条件。如在进行NaCl用量试验中,可以将NaCl用量降低至100:4仍达到较高的浸出率,而且在最佳条件下,酸溶性钒比水溶性钒提高14.11%,达到83.28%。在进行焙烧时间的试验中,这一点更为明显,可以将焙烧时间缩短至1h,最大酸溶性钒比水溶性钒提高约21个百分点。3.4　扩大流程试验扩大试验从配煤、焙烧、水浸、酸浸、沉钒等几步进行。取大样10kg,NaCl为主要钠化剂,配比为12%±,煤为主要燃烧剂,配比为8%±;焙烧温度在820℃±30℃;焙烧时间2.0h～2.5h;矿石粒度应小于-150目。焙烧熟料取5kg,用自来水和2.5%表7温度时间对水浸取钒的影响

浸取时间(min)204060

25℃时钒转化率(%)28.241.946.160℃时钒转化率(%)

34.9

46.2

46.3

100℃时钒转化率(%)45.946.146.3

　　从表中可以看出在足够的时间内温度高低对转化率的影响并不太大,如25℃和100℃时相比,60min转化率相差不大,在工业生产中考虑因加热而增加的成本远比损失0.5个百分点的V2O5经济效益大,因此选择在常温下浸取就可以了。同时从表7可以看出,随着浸取温度的升高,浸取速度显著提高,如在浸取20min时,25℃的转化率只有28.2%,约占水可溶性总钒的60%,而100℃的转化率已经接近水可溶性总钒的100%。换言之,在100℃下,只需要20min就可以浸取完全,而在25℃条件下,则需要60min以上才能浸取完全。但是从节能降耗和降低生产成本的角度看,宜选用常温较长时间的浸出方式,如堆浸或池浸方式。3.3　酸浸在做焙烧试验时,同时对酸溶性钒也进行了考察,初步发现酸浸时比水浸出时能够提高约百分之)))H2SO4溶液进行分段进行浸出,获得转浸率为70.75%的浸出液。用红钒作为晶种制粗钒,精质钒。最终获得品位为98.52%的五氧化二钒最终产品。4　结束语内蒙古阿拉善盟某地钒矿目的矿物以绿硫钒的形式(主要成分为五氧化二钒)赋存于碳酸盐、石英、绿泥石等类型矿物中,同时伴生黄铁矿和辉钼矿,属矿物组成比较复杂的难分选矿石。采用传统的焙烧——酸浸这一简单的提纯工艺,使得内蒙古阿拉善盟某地难选钒矿最终获得钒精矿品位98.52%,达到了钒矿提纯除杂效果。[参考文献][1]　邹晓勇,彭清静,欧阳玉祝,等.高贵低钙钒矿的钙化焙烧工程[J].过程工程学报,2006,(3):28～31.[2]　罗小兵,冯雅丽,李浩然,等.湿法浸出粘土钒矿中钒的研究[J].矿物岩石,2005,(9):23～26.[3]　刘利军,李继壁,宾智勇,等.陕西某碳硅质钒矿提钒工艺研究[J].有色金属,2006,(3):28～30.)))51