石煤提钒配煤焙烧试验研究

第30卷第1期矿冶工程Vol.30 N12010 年02月MINING AND METALLURGICAL ENGINEERINGFebruary 2010石煤提钒配煤焙烧试验研究°朱晓波,张一敏,刘涛,黄晶,李望,胡杨甲(武汉科技大学资源与环境工程学院,湖北武汉430081)摘要:以江西某地石煤为试验原料,采用氧化烙烧水浸酸浸工艺提取其中的钒，研究了原矿直接氧化焙烧及原矿经脱碳后氧化焙烧对浸出率的影响、原矿及脱碳样配煤氧化焙饶对浸出率和焙烧能耗的影响。结果表明,原矿经脱碳后氧化焙烧浸出率为80. 12% ,较原矿直接氧化焙烧提高11.71% ;脱碳样配人5%的无烟煤,浸出率可达81. 96% ,氧化焙烧温度可降低30 C、焙烧时间编短0.5 h,降低了生产成本。关键词:石煤;钒;焙烧;无烟煤;浸出率中圈分类号: T111文献标识码: A文章编号: 0253 -6099(2010)02 -0051 -03Experimental Study on Roasting with Additional Anthracite forExtracting Vanadium from Stone CoalZHU Xiao-bo, ZHANG Yi-min, LIU Tao, HUANG Jing, L Wang, HU Yangjia( School of Resource and Enironmental Engineering , Wuhan Unitersity of Science and Technology , Wuhan 430081 ,Hubei,China)Abstract: Taking the stone coal of some area in Jjiangxi Province as experimental materials , vanadium was extracted byoxidation roasting-water leaching. acid leaching process. Effects of direct oxidation roasting of the crude ores and oxida-tion roasting after decarburization on leaching rate, and oxidation roasting of the crude ores with anthracite added and de-carburization samples on leaching rate and roasting consumption were investigated. The results showed that the leachingrate of oxidation roasting of the crude ores after decarburization was 80. 12%，being 11. 71% higher than the direct oxi-dation roasting of crude ores. When 5% anthracite was added into decarburizaion samples, the leaching rate reached81. 96%，the oxidation roasting temperature decreased 30 C and the roasting time shortened 0.5 h, so that the produc-tion cost decreased.Key words: stone coal; vanadium; roasting; anthracite; leaching rate石煤中的钒以三价为主,三价钒以类质同像形式1试验部分存在于粘土矿物的硅氧四面体结构中,结合坚固且不溶于酸碱，只有在高温和添加剂的作用下,才能转变为1.1 试验原料可溶性的五价钒,因此焙烧是从石煤中提钒不可缺少本试验所用矿样取自江西某地钒矿,其主要化学的过程。成分见表1。实验室中提钒过程的高温氧化焙烧多采用马弗炉电加热等方式,由于炉内温度分布不均匀,导致部分矿表1石煤化学成分(质分数)/%样温度偏低从而氧化不充分;同时也存在焙烧温度较VzOz SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO K2O Ne2O C挥发份灰分.高时间较长、能耗较高等缺点。针对以上问题,考虑0.82 66.14 6.46 3.49 2.96 1.43 1.65 0.69 9.38 4.59 85.98在焙烧过程中添加适量的无烟煤,既不影响氧化气氛，又能使其燃烧时与石煤点对点接触传热,提高部分矿样温度,加速氧化反应过程,从而降低焙烧温度、缩短1.2试验试剂及仪器反应时间。因此,研究石煤配煤氧化焙烧对提高转化实验原料为钠盐复合添加剂(MX)、无烟煤(山西率、政善焙烧条件、降低焙烧能耗及优化提钒生产有一晋城中国煤化工弗炉、101 -3型干燥定指导意义。箱X!YHC N M H GI循环水真空泵等。.D收稿日期: 2009-09-18作者简介:朱晓波( 1985 -) ,男,辽宁辽阳人,硕士研究生,主要研究方向为矿物加工工程。矿冶工程第30卷1.3 试验方法焙烧温度对浸出率的影响如图2所示。脱碳样的焙烧在前期试验已确定的最佳脱碳、磨矿及复合添加温度为850 C及原矿的焙烧温度为790 C时,不同焙剂用量条件下,取- -定量原矿破碎至0~5 mm,700 C烧时间对浸出率的影响如图3所示。下脱碳30 min ,将原矿或脱碳样磨至0 ~0.125 mm,配加12%复合添加剂" ,配煤试验时配加- -定量的无烟84煤,混合均匀后,置于马弗炉中于- -定温度(焙烧温度指焙烧设备仪表设定温度)进行焙烧。熟料在液固比女脱碳样为2.5:1, ,90 C下水浸40 min;水浸渣在40 C下用.+原矿1% HCl酸浸60 min(2。采用亚铁容量法[3]1测定浸出液中钒浓度,计算钒的浸出率。浸出率计算式(4)为:50浸出率=溶液中钒的质量x 100%790820 850890 910原矿总钒质量温度/C1.4 试验原理图2焙烧温度对漫出率的影响碳钒氧化物自由能温度关系如图1651所示。9080-100逻70-200wo;O用60_300 F|+脱磯样2C+O,=2C0十原矿G400 Co.cOo,1.122.5 3.0时间/t.-600- .團3焙烧时间对浸出率的影响67310731473T/K由图2、图3可知,原矿经脱碳后再氧化焙烧比原图1氧化物自由能温度关系矿直接氧化焙烧效果好。这是因为原矿经脱碳后,部由图1可知,碳燃烧比钒氧化的吉布斯自由能小，分有机质、碳及一些还原性矿物发生氧化,使其不影响因此在焙烧过程中,第-一个反应是碳的燃烧;当碳量较钒在高温氧化焙烧时的转价反应;另脱碳可提高钒的低时,三价钒的氧化过程才开始。石煤在氧化焙烧前，品位并使原矿结构松散,脱碳样更易与氧化气体充分原矿一般要经过预先脱碳处理。石煤与复合钠盐添加接触从而发生氧化反应。因此原矿需经脱碳后再氧化剂高温氧化焙烧时,主要的化学反应有:焙烧。C+1/202-=CO(1)焙烧温度及时间是氧化焙烧的主要影响因素。当C0+1/202- = CO(2)焙烧温度小于 760 C时,主要是其他还原性物质的氧V2O3 +02一= 2VO2(3)化抑制了钒的氧化反应,导致钒转化率不高;温度升2V02 +1/202= - V20,(4)高,硅氧四面体牢固的晶格结构被破坏,钒摆脱束缚，2NaCl= 2Na +Cl2(5)大部分V(M)和V( IV)转化为V( V);温度大于8502Na +1/202- Na20(6)C时,高价钒发生二次反应,生成不溶性钒酸盐,石煤xNa20 +yV20,一= xNa20●yV2Os(7)组分之间亦发生反应,尤其是Si02参与反应,形成复石煤钠化氧化焙烧主要分为碳的氧化、钒从低价杂难溶的硅酸盐,影响钒的浸出率。氧化焙烧时间小转化成高价、盐的分解和氧化、氧化钠与五氧化二钒的于1.5 h时.反应不充分.浸出率低;焙烧时间大于2.5结合4个步骤(6。h后,中国煤化工周期。由实验结果2试验结果 与讨论可知fYHCN M H G烧1.5 h,浸出率可2.1石煤原矿和脱碳样氧化焙烧对比试验达80. 12%;原矿直接在790 C下焙烧1.5 h,浸出率在复合添加剂为12% ,焙烧时间为1.5 h时,不同最高为68.41%。第1期朱晓波等:石煤提钒配煤焙烧试验研兖532.2配煤焙烧试验上升趋势,当无烟煤用量为5%时,总浸率最高为无烟煤具有煤化程度高挥发份低、密度大、燃点.81.96% ,说明无烟煤与石煤点对点接触传热有利于钒高、无粘结性等特点,因此选用无烟煤作为配煤焙烧试氧化,且不影响钒氧化所需的氧化气氛;继续增加煤验的煤种。本试验选用无烟煤的含碳量为92. 61% ,挥量,浸出率降低,说明无烟煤用量过多,燃烧放热所需发份为3.28% ,灰分为4.11% ,热值为31 500 kJ/kg。氧量增加，破坏了焙烧的氧化气氛，且煤量过多,容易2.2.1 石煤原矿配煤焙烧试验 配加一定量无烟煤造成局部温度过高,使矿样局部烧结。因此,无烟煤的焙烧,可使石煤与无烟煤充分接触并点对点传热,有利最佳加入量为5%。于钒氧化,但燃烧需大量氧气,会抑制钒的氧化;因此将脱碳样与5%无烟煤及12%复合添加剂混合,考察石煤配煤焙烧是否可行。在不同温度下焙烧1 h,焙烧温度对浸出率的影响结果将原矿与一定量的无烟煤及12%复合添加剂混见图6。合,790 C下焙烧1.5 h,不同无烟煤添加量对浸出率85厂的影响结果见图4。7(水漫本史匡翻之40瑟20880910温度/C圈6脱碳样配煤焙烧温度对浸出率的影响无烟煤绥加量/%圈4石煤原矿配煤用 对浸出辜的影响由图6可知,脱碳样配加5%的无烟煤在820 C下焙烧1 h浸出率可达81. 96% ,对比图2,脱碳样不由图4可知,原矿配加无烟煤氧化焙烧,浸出率较配煤在850 C下焙烧1.5 h浸出率为80. 12%。配加未配煤时下降幅度较大。由于焙烧过程先发生碳的氧一定量的无烟煤后 ,可为氧化焙烧提供热量,降低外部化反应,然后是钒的氧化,尽管添加无烟煤可为焙烧提环境温度,且不影响钒转价效果。因此,配加5%的无供-定的热量,但原矿及无烟煤中的碳燃烧需要大量烟煤后,焙烧温度可降低30 C ,且总浸出率略有升高。氧气,影响钒转价的氧化气氛。此过程中无烟煤的还将脱碳样与5%无烟煤及12%复合添加剂混合,在原性是主导因素。因此,原矿不宜配煤氧化焙烧。820 C下焙烧,焙烧时间对浸出率的影响结果见图7。2.2.2脱碳样配煤焙烧试验 将脱碳样 与- -定量的85-无烟煤及12%复合添加剂混合,820 C下焙烧1 h,不同无烟煤添加量对浸出率的影响结果见图5。R 8083 r”2 t0.5.01.52.03o0时间/h圄7脱碳样配煤焙烧时间对漫出率的影响95 ti加煤量/%中国煤化工无烟煤在820 c下图5脱碳样配煤用对漫出率的影响焙烧.HYHCN M H G晓时间为1h时,浸出率为81.96%。脱碳样配加无烟煤高温焙烧,这种由图5可知,随着无烟煤用量的增加,浸出率略有(下转第61页)第1期彭志宏等:无机盐杂质对铝酸钠溶液晶种分解率的影响61机盐杂质的存在会影响铝酸钠溶液中氢氧化铝颗粒表[5]陈金清,肖承玉 ,陈启元，等钾离子对铝酸钠溶液种分分解率的面的Zeta电位值,使Zeta电位变得更负,不利于氢氧影响[J].有色金属(冶炼部分) ,007(3) :25 -27.化铝晶体颗粒对铝酸根离子的吸附,从而对铝酸钠溶[6] 何润德,曾国栋，胡四春.高硫高铝矿拜耳溶液除硫剂一 铝酸钡的合成[J].有色金属,2006 ,58(3) :66 -69.液晶种分解产生抑制作用。7] 王熙慧,于海燕,卢 东,等硫酸钠对铝酸钠榕液种分过程的影3)无机盐杂质使铝酸钠溶液表面张力增大,也阻响[J].材料与冶金学报,2007 ,6(3):184 - 187.碍铝酸根离子在晶体表面的吸附,对晶种分解产生不8]谢世端，佟立彬.硫酸钠对铝酸钠溶液分解过程影响的研究利影响。[J].沈阳化工学院学报2003,17(1) :29 -31.9] 冯文洁,陈巧英,侯丙毅.氧化铝生产流程中氯离子的行为[J].参考文献:甘肃冶金, 2004,26(3):20-25.[1]赵继华, 陈启元. 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J Clloid and Inerface Science,[13]程兰征， 陈鸿贤,韩宝华。简明界面化学[M]. 大连:大连工学2000 ,224:317 -324.院出版社,1988.(上接第53页)点对点接触传热有利于钒氧化,加速钒的转价过程。出率为81.96% ,浸出率较不配煤焙烧时略有增加,且脱碳样配加无烟煤后不仅可以降低焙烧温度30 C ,亦大幅度降低了焙烧能耗。可缩短焙烧时间0.5 h,且不影响浸出率,大幅度降低了焙烧能耗。[1] 李建华,张- -敏,刘 涛,等.石煤提钒钠化焙烧过程复合添加剂的研究[J].矿业快报,008(4):43 -45.3结论2] 刘建朋,张一敏,陈铁军,等.石煤提钒水没过程的动力学研究[].有色金属2008(4);15 -16.1)原矿经脱碳后氧化焙烧浸出率可达80. 12% ,3] 高玉敏亚铁容量法测定钒渣中的钒量[J].铁合金,2003(3):较原矿直接氧化焙烧浸出率高11.71个百分比。因此44 -46.石煤原矿需经脱碳再氧化焙烧。4] 范必戚.方山口石煤提钒焙烧工艺研究[].湿法冶金,2001 ,20(2):79-80.2)原矿以无烟煤作为添加煤种氧化焙烧时,没出5] 许国镇.石煤钠盐烙饶气氛对钒转化的研究[J].现代地质，率低,因此石煤原矿不适宜配煤焙烧。1990 .4(4) :98.3)脱碳样配加5%无烟煤氧化焙烧,焙烧温度由[6] 陈铁军.石煤提钒焙烧过程钒的价态变化及氧化动力学[J].矿850 C降低为820 C ,焙烧时间由1.5 h缩短为1 h,浸冶工程,2008(3) :64 -67.(上接第57页)包裹金形态存在,采用浮选工艺无法富集,直接全泥氰参考文献: .化无法有效提取金。通过化学氧化和细菌预氧化工艺[1] 杨显万,邱定驀.湿法冶金[M].北京:冶金工业出版社, 2001.的比较,得出细菌预氧化氰化工艺能够有效处理该金2] 周勇,李登新. TBP-MIBK协同萃取高硫高砷金精矿漫出液中的铁[J].矿冶工程,2009(1):74-76.矿石,最佳工艺条件为:磨矿粒度-0.074 mm 95%、矿3] 郭凯琴,李登新.马承愚,等过氧化氨氧化预处理高碗高砷难选浆浓度15%、细菌接种量10%、pH=1.8+0.2、搅拌金精矿的试验研究[11.矿冶T程2008<6):37 -40.强度180 r/min .45 C氧化7 d。该工艺条件下金浸出[4]中国煤化工应器中细菌氧化预处理难率达89. 24% ,而且工艺过程中无烟气污染。YHCNMH 208(5)35 -39.