炭質(zhì)頁(yè)巖型釩礦熱壓氧化浸出釩新工藝研究

陳文祥，鄭 松，胡萬(wàn)明，何建煉，王 兵

（1.貴州省地質(zhì)礦產(chǎn)中心實(shí)驗(yàn)室，貴州 貴陽(yáng) 550004；2.貴州省貴金屬礦產(chǎn)資源綜合利用工程技術(shù)研究中心，貴州 貴陽(yáng) 550004）

含釩炭質(zhì)頁(yè)巖（石煤）是我國(guó)主要的釩礦資源。長(zhǎng)期以來(lái)，從含釩炭質(zhì)頁(yè)巖中提取釩主要采用鈉化焙燒氧化酸浸法。該方法環(huán)境污染嚴(yán)重，釩回收率低，一般僅為40%～50%，而且不能綜合回收伴生的有價(jià)元素，目前已全面叫停。近年來(lái)，無(wú)鈉焙燒氧化酸浸法［1］、鈣化焙燒法［2］、加壓氧化酸浸法［3］、直接酸浸法［4－6］、添加劑酸浸法［7－8］等清潔提釩方法已得到廣泛研究。

筆者在研究從炭質(zhì)頁(yè)巖中提取釩的過程中發(fā)現(xiàn)，隨浸出溫度升高，釩浸出率相應(yīng)提高，但溫度超過浸出劑沸點(diǎn)后，浸出劑大量揮發(fā)，因此研發(fā)出熱壓氧化浸出新方法。該方法既可破壞云母類礦物的結(jié)構(gòu)，又可將釩轉(zhuǎn)化成絡(luò)合物轉(zhuǎn)入溶液，提高釩浸出率。該法不需焙燒礦石，浸出時(shí)間短，浸出劑用量低，釩浸出率可達(dá)90%，為炭質(zhì)頁(yè)巖型釩礦石清潔綜合利用提供了一條新途徑。

1 礦石性質(zhì)

礦石化學(xué)組成見表1，化學(xué)物相見表2。可以看出，礦石中，75.49%的釩賦存在云母類礦物中，22.55%的釩賦存在氧化鐵、高嶺土類礦物中，1.96%的釩賦存在電氣石、石榴石中。云母類和氧化鐵、高嶺土類礦物是主要的載釩礦物。

礦石中的礦物有石英（玉髓）、黏土礦物（水云母）、白云石、重晶石、蛋白石以及黃鐵礦等。黏土礦物（水云母）以粒度小于5.0μm的隱晶質(zhì)為主，與炭質(zhì)物混雜，為主要的載釩礦物。載釩礦物嵌布粒度極細(xì)，與其他脈石礦物關(guān)系十分密切，難以有效分選。

表1 原礦石多元素化學(xué)分析結(jié)果 %

表2 原礦石釩化學(xué)物相分析結(jié)果 %

2 試驗(yàn)部分

2.1 試驗(yàn)儀器及主要試劑

試驗(yàn)所用儀器有電子天平、量筒、鈦材高壓釜、真空泵、抽濾瓶等。

試驗(yàn)所用浸出劑為GZ－1＃，自制。

2.2 試驗(yàn)方法

在高壓釜中加入一定量浸出劑GZ－1＃，攪拌條件下加入一定量磨至一定粒度的礦樣，調(diào)整液固體積質(zhì)量比，升溫至95℃，通入氧氣至一定壓力，升溫至一定溫度，浸出反應(yīng)一定時(shí)間。浸出結(jié)束后，通冷卻水冷卻漿料至60℃以下，真空抽濾，渣烘干，測(cè)定渣中釩質(zhì)量分?jǐn)?shù)，計(jì)算釩浸出率。

3 試驗(yàn)結(jié)果與討論

3.1 礦石粒度對(duì)釩浸出率的影響

礦石質(zhì)量為1.2kg，浸出劑GZ－1＃用量900 g，水300g，氧壓1MPa，180℃下，浸出3h。礦石粒度對(duì)釩浸出率的影響試驗(yàn)結(jié)果如圖1所示。

圖1 礦石粒度對(duì)釩浸出率的影響

從圖1看出：隨礦石粒度減小，釩浸出率增大；在礦石粒度為－0.15mm占70%時(shí)，釩浸出率最大，達(dá)91.4%；礦石粒度進(jìn)一步減小，釩浸出率反而降低。礦石粒度較大時(shí)，浸出劑不易與載釩礦物接觸，釩浸出率低；礦石粒度過細(xì)，礦石中易磨細(xì)的炭質(zhì)物比表面積增大，易將浸出的釩吸附進(jìn)入渣相，降低釩浸出率。

3.2 浸出劑GZ－1＃用量對(duì)釩浸出率的影響

礦石粒度－0.15mm占70%，礦石質(zhì)量1.2 kg，液固體積質(zhì)量比1∶1，氧壓1MPa，180℃下浸出3h。浸出劑GZ－1＃用量對(duì)釩浸出率的影響試驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。

圖2 浸出劑GZ－1＃用量對(duì)釩浸出率的影響

從圖2看出：隨浸出劑GZ－1＃用量增加，釩浸出率迅速增大；GZ－1＃用量超過900g后，釩浸出率變化不大。因此，確定浸出劑GZ－1＃最佳用量為900g。

3.3 浸出溫度對(duì)釩浸出率的影響

礦石粒度－0.15mm占70%，礦石質(zhì)量1.2 kg，浸出劑GZ－1＃用量900g，水300g，氧壓0.8 MPa，不同溫度下浸出3h。浸出溫度對(duì)釩浸出率的影響試驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。

圖3 浸出溫度對(duì)釩浸出率的影響

從圖3看出：隨浸出溫度升高，釩浸出率增大；溫度升高到200℃后，釩浸出率不再增大；溫度升高至220℃后，釩浸出率反而下降。綜合考慮，確定最佳浸出溫度為180℃。

3.4 浸出時(shí)間對(duì)釩浸出率的影響

礦石粒度－0.15mm占70%，礦石質(zhì)量1.2 kg，浸出劑 GZ－1＃用量900g，水300g，氧壓1 MPa。180℃下，浸出時(shí)間對(duì)釩浸出率的影響試驗(yàn)結(jié)果如圖4所示。

圖4 浸出時(shí)間對(duì)釩浸出率的影響

從圖4看出：隨浸出時(shí)間延長(zhǎng)，釩浸出率提高；浸出3h后，釩浸出率提高幅度很小且趨于穩(wěn)定。綜合考慮，確定最佳浸出時(shí)間為3h。

3.5 氧氣壓力對(duì)釩浸出率的影響

礦石粒度－0.15mm占70%，礦石質(zhì)量1.2 kg，浸出劑GZ－1＃用量900g，水300g，95℃下，加氧氣至設(shè)定壓力，180℃下浸出3h。氧氣壓力對(duì)釩浸出率的影響試驗(yàn)結(jié)果如圖5所示。

圖5 氧氣壓力對(duì)釩浸出率的影響

從圖5看出：隨氧壓增大，釩浸出率提高；氧壓達(dá)到0.8MPa后，釩浸出率提高幅度減小，且釩浸出率已達(dá)90%以上。所以，確定氧壓為0.8MPa。

4 熱壓浸出反應(yīng)機(jī)制探討

賦存在氧化鐵、高嶺土中的釩相對(duì)容易浸出，而賦存在水云母類礦物中的釩較難浸出，賦存在電氣石、石榴石中的釩則很難浸出。據(jù)此，采用熱壓氧化浸出法，在較高溫度下破壞云母類礦物的結(jié)構(gòu)，使釩與浸出劑形成絡(luò)合物。

氧化鐵、高嶺土中的釩的浸出：

云母類礦物中的釩的浸出：

電氣石、石榴石中的釩含量很少，不予考慮。

5 結(jié)論

1）熱壓氧化浸出法能夠有效浸出炭質(zhì)頁(yè)巖型釩礦石中的釩；對(duì)于1.2kg礦石，在細(xì)度為－0.15mm占70%、浸出溫度180℃、氧氣壓力0.8 MPa、浸出劑GZ－1＃用量900g、水300g、浸出時(shí)間3h條件下，釩浸出率可達(dá)90.61%；

2）熱壓氧化浸出法不需要對(duì)礦石進(jìn)行焙燒，除釩浸出過程外，其他工序均在常壓下進(jìn)行，操作安全，藥劑用量較少，避免了焙燒工藝帶來(lái)的環(huán)境污染和資源浪費(fèi)等問題，具有較好的發(fā)展前景。

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