含釩頁巖礦石焙燒條件對浸出率的影響

成寶海，齊　松

(長春師范大學工程學院，吉林長春 130032)

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含釩頁巖礦石焙燒條件對浸出率的影響

成寶海，齊松

(長春師范大學工程學院，吉林長春 130032)

[摘要]本文以含釩頁巖礦石為研究對象，通過實驗得出含釩頁巖的最佳焙燒條件：原礦粒度-150目，球團粒徑5～10 mm，焙燒溫度850 ℃，焙燒時間3 h，脫碳礦粒度-150目。在此條件下，可將礦石浸出率提高至70%以上。

[關鍵詞]含釩頁巖；焙燒；浸出率

含釩頁巖提釩工藝原則上均需要先焙燒后浸出[1-3]。焙燒是影響釩浸出率的重要環節，因而，在一定程度上焙燒效果決定全流程中釩的總回收率[4]。本文采用對比的方法研究含釩頁巖礦石在不同焙燒條件下對后續釩浸出率的影響，并得到最佳焙燒工藝條件。

1實驗部分

1.1實驗原料

采用湖南某地含釩頁巖礦石，主要化學成分如表1所示。

表1　湖南某含釩頁巖礦主要化學成分

元素STiAsBaCrNiCuZnU含量(%)0.0700.1890.0050.4420.1230.0100.0100.0040.006

1.2實驗儀器和設備

粉碎機；馬弗爐；過濾機；恒溫干燥箱；萬用電爐。

1.3實驗原理

釩在礦石中一般只以V(Ⅲ)和V(Ⅳ)存在，沒有發現V(Ⅱ)和V(Ⅴ)，大部分釩都以V(Ⅲ)為主。焙燒階段氧化的主要目的是使原礦中的V(Ⅲ)和V(Ⅳ)轉變成可溶性的V(Ⅴ)。在焙燒過程中釩發生的主要反應是：

2V2O3+ O2= 4VO2

(1)

4VO2+ O2= 2V2O5

(2)

1.4分析方法

釩的分析方法：采用高錳酸鉀氧化硫酸亞鐵銨滴定法(GB 7315.1-87)。

溶液pH 采用電位pH 計測定。

2實驗結果與討論

2.1焙燒溫度的影響

將礦石分別破碎到大約-150目，按質量比1∶1混勻，加純水制成5～10 mm粒徑的球團，自然風干后，分別在750 ℃、800 ℃、850 ℃、900 ℃、950 ℃條件下焙燒，爐門微開，保持爐內一定的氧化氣氛，期間每隔20 min翻動一次。保溫時間2 h，再將焙燒礦磨細至粒度為-150目。浸出條件為 6%(礦量質量比)的NaOH溶液，液固比1.5∶1，攪拌速度300 r·min-1，溫度90 ℃，浸出時間4 h。焙燒溫度與釩浸出率的關系如圖1所示。

圖1　焙燒溫度對釩浸出率的影響

從圖1中可以看出，焙燒溫度在800 ℃時，浸出率只有60%左右；隨著溫度上升，浸出率增加，焙燒溫度為850 ℃時，浸出率高達65%；溫度繼續上升，浸出率開始下降。這主要是由于含釩頁巖的成分和結構復雜，溫度過低，不足以破壞礦石的結構；而溫度超過一定的數值后，硅鋁酸鹽、堿金屬鹽和二氧化硅等可以形成低共熔點玻璃相結構，物料出現燒結，燒結越嚴重，釩被包裹的幾率就越大，釩的轉浸率越低。溫度過高或過低的試驗結果都不理想，因此，選取試驗的最佳的焙燒溫度為850 ℃。

2.2焙燒時間的影響

控制焙燒時間對釩浸出率有著重要的影響。焙燒時間過長，球團容易燒結；焙燒時間過短，球團不容易燒透。

當溫度升至850 ℃時開始計時 ，每隔1 h取出部分球團，共取樣6次，冷卻后分別將焙燒團礦磨細至粒度為-150目。浸出條件同上文2.1小節，試驗結果如圖2所示。

圖2　焙燒時間對釩浸出率的影響

從圖2中可以看出，焙燒時間2 h時，浸出率達到67%左右；焙燒時間增加至3 h，浸出率達到70%。焙燒的初始階段，隨著焙燒時間的延長，釩浸出率也隨之提高；當焙燒時間超過3 h后，釩的浸出率反而下降，說明并不是燒得時間越長越好。由此，焙燒時間不宜過長，以3 h為宜。

2.3 焙砂粒度的影響

焙砂浸出按照液固反應模型進行，粒度過大，溶液不容易與礦石內部發生反應；粒度過小，影響過濾，因此需要確定最佳粒度。

將礦石錘碎后磨至-150目，加純水制5～10 mm粒徑的球團，于70℃下烘干。在850 ℃保溫時間3 h，將焙燒礦磨細至粒度為-100目、-150目、-200目，浸出條件同上文2.1小節，試驗結果如表2所示。

表2　焙砂粒度對浸出率的影響

NaOH溶液浸出含釩頁巖礦為液固反應。從動力學角度分析，含釩頁巖礦焙砂粒度越小，其比表面積越大，與浸出劑的接觸面積就越大，有利于NaOH向含釩頁巖內部擴散和反應的進行，因而浸出率可能越高。

隨著焙砂粒度的減小，浸出率隨之增大，當粒度達到-150目時，繼續減小粒度浸出率沒有明顯改變。這可能由于經過脫碳后的礦石磨細到一定程度后，礦中的含釩化合物已經可以與浸出劑充分接觸并反應，再減小粒度對浸出率的影響不大。考慮到經濟成本以及設備生產能力，礦粒度以-150目以上為佳，本試驗確定焙砂礦粒度為-150目。

3結論

(1)當焙燒溫度低于850 ℃時，釩浸出率隨著焙燒溫度的升高而升高，當焙燒溫度高于850 ℃時，硅鋁酸鹽，堿金屬鹽和二氧化硅等可以形成低共熔點玻璃相結構，物料出現燒結，釩浸出率隨著焙燒溫度的升高而下降。

(2)當焙燒時間低于3 h時，釩浸出率隨著焙燒時間的增長而升高，當焙燒時間高于3 h時，物料出現燒結，釩浸出率隨著焙燒時間的增長而下降。

(3)隨著焙砂粒度的減小，浸出率隨之增大，當粒度達到-150目時，繼續減小粒度浸出率沒有明顯改變,礦粒度以-150目以上為佳。

本文對含釩頁巖礦石脫碳焙燒試驗進行了焙燒溫度和焙燒時間等條件的單因素考察，得出最佳脫碳焙燒條件為：將原礦石破碎磨細混勻，制團，在850 ℃下焙燒3 h，冷卻后將球團重新磨碎至-150目，在一定的浸出條件下得到釩浸出率大于70%。

[參考文獻]

[1]漆明鑒.從含釩頁巖中提釩現狀及前景[J].濕法冶金,1999,72(4):1-10.

[2]BING Ju,GONG Sheng,GONG Zhu-qing.Extraction technology of V2O5from stone coal[J].Chinese Journal of Rare Metals,2007,31(5):670-676.

[3]HE Dong-sheng,FENG Qi-ming,ZHANG Guo-fan, et al. Study on leaching vanadium from roasting residue of stone coal[J].Minerals and Metallurgical Processing,2008,25(4):181-184.

[4]鄒曉勇,歐陽玉祝,彭清靜,等.含釩含釩頁巖無鹽焙燒酸浸生產五氧化二釩工藝的研究[J].化學世界,2001(3):117-119.

Impact of Roasting Conditions on Leaching Rate From Shale Ore Containing Vanadium

CHENG Bao-hai,QI Song

(School of Mechanical Engineering,Changchun Normal University,Changchun Jilin 130032,China)

Abstract:In this paper, the optimum roasting conditions of vanadium shale are obtained through experiments.The optimal conditions of roasting were ground size of -150 mush, pellet size of 5～10 mm, roasting for 3 h at temperature of 850 ℃, granularity of -150 mush. Under these conditions, the leaching rate can be more than 70%.

Key words:vanadium shale;roasting;leaching rate

[收稿日期]2016-04-10

[基金項目]吉林省教育廳課題“低品位含釩頁巖資源高效開發利用技術研究 ”(吉教科合字[2014]第521號)。

[作者簡介]成寶海(1982- )，男，講師，博士，從事有色金屬冶金研究。

[中圖分類號]TF841.3

[文獻標識碼]A

[文章編號]2095-7602(2016)06-0065-03