陕南低热值石煤配煤燃烧灰渣提钒的研究

摘要

石煤是我国一种独特的低碳、高硫、高灰分并伴生钒、镍、钼、铀等多种有价金属的炭质页岩,传统的石煤利用效率低,仅做提钒的原料。提高石煤资源综合利用的水平,是亟待研究的重要课题,采用石煤燃烧发电、灰渣提钒及综合回收是我国石煤提钒的发展方向之一。
　　本文针对陕南某地区低热值含钒石煤,采用在实验室模拟配煤燃烧方法制备灰渣。根据流化床燃烧发电对燃料热值的要求,计算出石煤和无烟煤的掺烧配比,混合煤燃烧后得到的灰渣进行提钒实验。
　　在查阅相关文献和对石煤灰渣的基本性质分析研究的基础上,进行了探索试验和条件试验,采用“石煤配煤燃烧脱碳—灰渣酸性浸出—(浸出液回收钾)—萃取反萃—沉钒—煅烧得V2O5产品”的工艺路线。重点对浸出、萃取、反萃取、沉钒、煅烧和钾元素的回收进行了研究,确定了各工序的主要工艺参数。
　　石煤和无烟煤以3:1的比例混合后燃烧得到石煤灰渣。石煤灰渣采用直接酸浸逆流洗涤循环浸出,助浸剂用量为1＃助浸剂0.5％+2＃助浸剂4.5%,硫酸用量32%,液固比2:1,浸出温度85~90℃,浸出时间8h,搅拌速度150rpm,钒的浸出率为78~82%。
　　浸出液通过结晶回收硫酸铝钾,硫酸铝钾继续转型为硫酸钾。结晶后的浸出液经过石灰中和以及铁屑还原之后进行四级逆流萃取,萃取剂组成为12.5%P204+5%TBP+82.5%磺化煤油,相比(O/A)2:1,萃原液pH值=2,振荡2min,静置1min,钒萃取率可达到99.3%。采用四级逆流反萃,反萃剂为1.5mol/L硫酸,相比(O/A)=4:1,振荡4min,静置1min,钒的反萃取率为96.9%。
　　反萃液加入氯酸钠氧化后进行沉钒煅烧,沉钒回收率>97%,红钒热解回收率>99%,钒的总回收率为71.7%~75.4%。得到的精钒产品中含V2O598.13%,符合GB3283-87V2O598的要求。硫酸铝钾产品中KAl(SO4)2·12H2O含量大于99%,硫酸钾产品中K2O品位为43.45%,均符合国家标准。
　　本研究利用低热值石煤配煤燃烧得到的灰渣提钒,可显著提高石煤资源利用率,研究的提钒工艺易实现连续操作、三废排放少、钒回收率高。研究成果为陕南地区利用低热值石煤配煤发电灰渣的综合利用提供了重要的理论途径,为进一步开展相关工业试验奠定了基础,对陕南地区低热值型石煤的高效利用具有重要参考及应用价值。

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1 前言

1.1含钒石煤资源及钒产品

1.2含钒石煤资源利用现状

1.3石煤提钒与循环经济

1.4项目背景、内容及意义

2 试验原料、设备和方法

2.1 试验原料基本性质分析

2.2 试验试剂

2.3 试验设备

2.4试验方法

2.5分析方法

3 石煤燃烧制取灰渣的试验研究

3.1石煤燃烧制取灰渣的实验室研究

3.2石煤流化床燃烧发电制取灰渣的扩大试验研究

4 石煤燃烧灰渣浸出过程的试验研究

4.1石煤灰渣浸出原理

4.2 石煤灰渣浸出探索试验

4.3 石煤灰渣浸出条件试验

4.4 三次逆流洗涤的浸出闭路循环试验

4.5 本章小结

5浸出液中钒的分离与富集

5.1试验原料

5.2试验原理

5.3萃原液预处理

5.4萃取试验

5.5反萃取试验

5.6本章小结

6 精钒的制取

6.1氧化处理

6.2氨水沉钒

6.3红钒煅烧

6.4本章小结

7 有价元素的回收

7.1硫酸铝钾结晶试验

7.2硫酸铝钾转型硫酸钾试验方案探讨

7.3本章小结

8工艺过程“三废”处理

8.1废水处理

8.2废气处理

8.3废渣处理

9 结论

致谢

参考文献

附录