石煤型釩礦焙燒-浸出過程的理論研究.pdf_第1頁
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文檔簡介

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(guān)研究與生產(chǎn),但總體來說,石煤提釩技術(shù)水平不夠先進(jìn),提釩工藝存在釩總回收率低、試劑消耗大、成本高、易產(chǎn)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(guān)理論研究比較薄弱,這嚴(yán)重制約了提釩技術(shù)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(chǔ)上,采用多種現(xiàn)代測試技術(shù),結(jié)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(guān)理論進(jìn)行了細(xì)致系統(tǒng)的研究。主要研究內(nèi)容和結(jié)果如下: (1)焙燒對伊利石晶體結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)變化規(guī)律,結(jié)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(nèi),脫除羥基,在1050℃左右時,伊利石開始發(fā)生相變,轉(zhuǎn)變?yōu)槟獊硎?。伊利石晶體結(jié)構(gòu)中四面體和八面體在焙燒過程中發(fā)生調(diào)整、變形,這促

3、使結(jié)構(gòu)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(xué)分析及焙燒過程物理化學(xué)變化 對石煤氧化焙燒過程進(jìn)行了熱力學(xué)分析,繪制了有機質(zhì)、黃鐵礦、釩和方解石吉布斯自由能-溫度圖。結(jié)果表明,有機質(zhì)、黃鐵礦的氧化反應(yīng)在熱力學(xué)上比V(Ⅲ)氧化反應(yīng)更易進(jìn)行,石煤中有機質(zhì)和黃鐵礦的存在對釩氧化具有抑制作用。 TG-DSC、XRD、SEM分析結(jié)果表明,石煤氧化焙燒過程中,發(fā)生有機質(zhì)

4、氧化、黃鐵礦氧化、釩氧化、方解石分解等反應(yīng)。焙燒溫度達(dá)850℃時,伊利石晶體結(jié)構(gòu)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(jié),溫度越高,燒結(jié)現(xiàn)象越嚴(yán)重:焙燒溫度達(dá)一定值時,會形成低熔點物質(zhì),焙燒溫度高于該物質(zhì)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(guān)系 釩價態(tài)分析及浸出試驗結(jié)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(yīng)達(dá)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(xué)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(jié)果表明,釩在水溶液中賦存狀態(tài)復(fù)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(yīng)在各溫度下標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù),結(jié)果表明,伊利石、高嶺石溶解反應(yīng)可自發(fā)進(jìn)行,溶解反應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)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(xué)、釩浸出機理提出了含釩伊利石浸出動力學(xué)模型,計算得出釩浸出反應(yīng)表觀活化能為99.52kJ/mol,查定了釩浸出反應(yīng)控制步驟,屬化

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