石煤型釩礦焙燒-浸出過程的理論研究.pdf

1、石煤提釩是石煤資源綜合利用的一個重要方面，我國從60年代起開始石煤提釩的相關研究與生產，但總體來說，石煤提釩技術水平不夠先進，提釩工藝存在釩總回收率低、試劑消耗大、成本高、易產生污染等問題；并且，石煤提釩理論研究較少，研究方法單一，尤其是對于焙燒過程、浸出過程的相關理論研究比較薄弱，這嚴重制約了提釩技術的發(fā)展。而已有的研究工作大多是針對落后的鈉化焙燒體系而開展的，對氧化焙燒體系研究較少。本文在前人研究基礎上，采用多種現(xiàn)代測試技術，結合大

2、量理論分析和試驗研究，對石煤氧化焙燒過程、焙燒渣酸浸過程中相關理論進行了細致系統(tǒng)的研究。主要研究內容和結果如下： （1）焙燒對伊利石晶體結構改變及伊利石在酸中溶解行為的影響 研究了伊利石在不同焙燒溫度下晶體結構變化規(guī)律，結果表明，伊利石在100℃左右脫除吸附水和層間水，在600℃～800℃范圍內，脫除羥基，在1050℃左右時，伊利石開始發(fā)生相變，轉變?yōu)槟獊硎?。伊利石晶體結構中四面體和八面體在焙燒過程中發(fā)生調整、變形，這促

3、使結構中Al、K以及Si所受“束縛力”減弱，溶解活性增強，在酸溶液中更易溶出。 （2）氧化焙燒過程熱力學分析及焙燒過程物理化學變化 對石煤氧化焙燒過程進行了熱力學分析，繪制了有機質、黃鐵礦、釩和方解石吉布斯自由能-溫度圖。結果表明，有機質、黃鐵礦的氧化反應在熱力學上比V（Ⅲ）氧化反應更易進行，石煤中有機質和黃鐵礦的存在對釩氧化具有抑制作用。 TG-DSC、XRD、SEM分析結果表明，石煤氧化焙燒過程中，發(fā)生有機質

4、氧化、黃鐵礦氧化、釩氧化、方解石分解等反應。焙燒溫度達850℃時，伊利石晶體結構破壞，1050℃，開始有鱗石英生成。焙燒溫度為750℃時，顆粒之間開始發(fā)生燒結，溫度越高，燒結現(xiàn)象越嚴重：焙燒溫度達一定值時，會形成低熔點物質，焙燒溫度高于該物質熔點時，出現(xiàn)液相，形成“玻璃體”，使釩被“包裹”。 （3）氧化焙燒過程中釩氧化規(guī)律及與釩浸出的關系 釩價態(tài)分析及浸出試驗結果表明，釩氧化過程分為三個階段，第一階段主要為V（Ⅲ）氧化為

5、V（Ⅳ），第二階段主要是V（Ⅳ）氧化為V（Ⅴ），第三階段V（Ⅲ）和V（Ⅳ）氧化反應達到平衡：V（Ⅲ）需氧化為V（Ⅳ）或V（Ⅴ）才可能被浸出，但若釩[無論是V（Ⅲ）、V（Ⅳ）還是V（Ⅴ）]在焙燒過程中被“包裹”，則難以被浸出。 （4）氧化焙燒渣酸浸過程熱力學分析 繪制了釩-水體系電位-pH圖，分析了釩在水溶液中的存在狀態(tài)及溶解性能。結果表明，釩在水溶液中賦存狀態(tài)復雜，在高電位、強酸性（pH<1）條件下，主要以釩氧離子（VO

6、2+、VO2+）形式存在。 繪制了石煤中主要礦物石英、伊利石和高嶺石在水溶液中濃度對數(shù)圖，計算了伊利石、高嶺石和赤鐵礦溶解反應在各溫度下標準平衡常數(shù)，結果表明，伊利石、高嶺石溶解反應可自發(fā)進行，溶解反應標準平衡常數(shù)較大，高嶺石在酸中比伊利石更易溶解，赤鐵礦在酸中不易溶解。 （5）焙燒渣酸浸動力學、釩浸出機理提出了含釩伊利石浸出動力學模型，計算得出釩浸出反應表觀活化能為99.52kJ/mol，查定了釩浸出反應控制步驟，屬化