四川广元高铁含钒石煤综合利用工艺技术研究

摘要

钒具有特殊的物理化学性质，在航空、航天和钢铁等领域或行业具有广泛的应用。高铁含钒石煤是极具有代表性的一类含钒资源，富含有价组分钒，且分布较为集中、资源量大。由于原矿中钒的赋存状态的特殊性，导致提钒工艺复杂，提取效果不显著。现存工艺普遍存在回收率低、能耗高、酸耗高、耗水量大等问题。目前关于此类含钒石煤研究鲜有报道，且缺乏相应的理论和技术基础。 基于此，本课题以四川广元高铁型含钒石煤为研究对象，结合工艺矿物学属性研究结果，选择对环境污染较小的硫酸+硫酸铵作为混合助剂焙烧石煤，实现V、Al、Fe等组分的分离释放；依据分步沉淀理论使得滤液中的V、Al、Fe等有价组分转化为纯度高、经济价值好的铵明矾、黄钠（钾）铁矾和五氧化二钒产品；采用碱溶-酸沉淀的方法将滤渣制备出符合行业标准的白炭黑产品。 具体研究内容和结论如下： （1）样品中主矿物相为白云母、石英和针铁矿，另含有少量的蒙脱石、伊利石和钙沸石等； 主要化学成分为SiO2(39.40～47.15%)、Al2O3(8.92～20.27%)、Fe2O3(6.29～18.58%)、K2 O(0.69～2.03%)，另有少量的TiO2、CaO、MnO、MgO、V2O5（0.07～0.82%） 等； 样品中V与Al、Si和K元素呈正相关关系；钒主要以三价钒离子（61%）和四价钒离子（39%）存在于白云母中。 （2）选择硫酸+硫酸铵作为混合助剂焙烧石煤，优化工艺条件：焙烧温度410℃，焙烧时间90min，SO42-与Al2O3+Fe2O3的物质的量之比为3.5，粒径为150～120μm，钒的浸出率为95.67%；焙烧过程中体系内H+、SO42-、NH4+离子，随着焙烧温度增加，各离子运动速度加快，其中H+离子通过白云母结构中四面体之间的空隙进入晶格与八面体上的-OH进行反应，导致八面体结构破坏，钒被释放出来。 （3）采用分步沉淀法处理石煤浸出液，制得的铝组分产物十二水硫酸铝铵符合国家标准GB 25592-2010的指标；铁组分沉淀物为黄钠（钾）铁矾，结晶性较好；钒组分产品符合98级五氧化二钒国家标准（GB3283-87）的指标。 （4）提钒滤渣的主要化学成分为SiO2（78.45%）、SO3（9.45%）、CaO（7.50%），另含有少量的Fe2O3（1.98%）、Al2O3（0.90%）等；主要矿物组成为石英和石膏；96%的颗粒粒度小于0.2mm，有利于氢氧化钠溶液的溶解；在控制实验条件为NaOH溶液浓度为20%、液固比8∶1（mL/g）、反应温度为80℃时，所得白炭黑样品中SiO2含量为92%，满足行业标准（HG/T3061-2009）的指标要求。 本课题研究能为石煤矿有价组分的综合利用提供了新的研究思路和工艺技术。

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