难处理石煤提钒工艺及相关理论研究

论文摘要

我国石煤资源丰富,石煤提钒具有极大的经济价值。传统的石煤提钒工艺能耗高,温室气体排放量大,环境污染严重。全湿法浸出提钒流程可有效避免温室气体大量排放,减少污染,但目前工艺存在诸如浸出速度低与钒回收率不高等缺陷；另一方面,现有石煤资源的处理难度越来越大。因此,开发高效、低排放石煤提钒技术,特别是开发难处理矿的提钒技术,对环境保护与矿产资源的综合利用意义重大。论文以难处理石煤作为研究对象,主要研究了湿法处理该种矿物的浸出过程动力学、钒的强化浸出工艺以及高铁浸出液的钒富集技术,并将实验室研究成果进行了中试试验。所获得主要的结论如下：（1）石煤硫酸浸出过程动力学研究表明,石煤的浸出初期受表面化学反应控制,反应活化能为103.26kJ/mol;随着浸出过程的进行,浸出渣表面出现硅氧质浸出残核,硫酸需要穿过硅氧质浸出残核与内部的钒组分继续反应,反应的控制步骤逐渐由表面化学反应控制向固膜扩散控制转变。（2）采用含氟添加剂与电磁场加热的双效强化措施,可有效提高难处理石煤中钒的浸出；强化浸出的动力学原因是外场与氟化物强化了浸出后期浸出渣表面硅氧质残核中云母相的破坏,使残核中的钒可较容易地转移到溶液中。创造性地设计了一种新型加热浸出装置,该装置加热时可产生交变电磁场,交变电磁场的采用可使钒浸出率提高2%左右。得到了一个合理的难处理石煤矿浸出工艺条件：在外场作用下采用二段逆流工艺浸出,且当每段浸出时间4h、浸出时总耗酸量55%、氟化物添加剂量1.9wt.%、温度95℃以及液固比1：1时,可获得高达83.27%的钒浸出率。但浸出液中含有大量的铁、铝等杂质离子。（3）研究了沉淀—转溶法从高铁含钒浸出液中回收钒的工艺,结果表明：①碳酸钠直接中和沉淀富集钒工艺存在过滤困难等缺陷；②先通过还原—沉淀法得到含钒约10%的富集渣,后用碳酸钠与氢氧化钠转溶时,钒的回收率分别约为59%与69%。沉淀—转溶法的钒回收率较低。（4）采用P204萃取工艺,可从高铁浸出液中高效回收钒。当萃取相比Vo：VA=1：1,水相电位-100mV左右,pH 2.2,两相接触时间8 min,4级萃取后,99%以上钒进入有机相；采用浓度1.5mol/L稀硫酸作反萃剂,反萃相比Vo：VA=10：1,接触时间15min,5级反萃时,反萃率可达99%以上；反萃液用氯酸钠氧化后,用氨水将溶液的pH调至1.5左右、并在95℃左右搅拌3h可沉淀出合格的多钒酸铵,沉淀效率为96.5%。当采用离子交换工艺回收沉钒母液中钒时,可进一步提高总的钒回收率。（5）研究了工艺流程中废水的处理工艺。离子交换尾液与其它含铵废水通过石灰中和—氨吹脱—折点氯化处理后,可达标排放或循环利用；不含铵废水采用简单石灰中和处理后,可达标排放或循环利用。（6）根据实验室研究结果,确定了一个包括硫酸强化浸出、溶剂萃取、铵盐沉钒以及离子交换回收沉钒母液中钒等工序在内的石煤提钒工业化中试生产流程,硫酸强化浸出中的强化措施主要包括电磁场加热浸出体系以及添加含氟添加剂。中试结果表明,在酸耗18%与强化浸出剂用量1.5%情况下,可获得高于68%的五氧化二钒总回收率,五氧化二钒产品的各项指标均达到GB3283-87冶金98级标准。与传统工艺相比,该湿法流程具有不排放温室气体与总钒回收率高等优点。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 文献综述
• 1.1 钒的性质、资源及应用
• 1.1.1 钒的物理化学性质及主要化合物
• 1.1.2 钒的资源
• 1.1.3 钒的应用
• 1.1.4 钒的生产、消费及市场前景
• 1.2 石煤提钒工艺进展
• 1.2.1 钠化焙烧—浸出工艺
• 1.2.2 无盐焙烧—浸出工艺
• 1.2.3 钙化焙烧—浸出工艺
• 1.2.4 复合盐焙烧—浸出工艺
• 1.2.5 直接酸浸工艺
• 1.2.6 直接碱浸工艺
• 1.2.7 硫酸化焙烧工艺
• 1.2.8 选矿—酸浸工艺
• 1.2.9 气相提钒工艺
• 1.2.10 微生物提钒工艺
• 1.3 本论文研究的目的、意义和主要内容
• 第二章 硫酸体系中石煤浸出动力学研究
• 2.1 实验部分
• 2.1.1 实验原料
• 2.1.2 实验试剂
• 2.1.3 实验设备
• 2.1.4 实验步骤
• 2.1.5 分析方法
• 2.2 结果与讨论
• 2.2.1 反应条件对浸出的影响
• 2.2.2 石煤浸出动力学研究
• 2.2.3 宏观动力学的建立
• 2.3 本章小结
• 第三章 难处理石煤强化浸出工艺研究
• 3.1 实验部分
• 3.1.1 选择强化浸出剂的步骤
• 3.1.2 新型加热设备的设计
• 3.1.3 正交实验的设计
• 3.2 结果与讨论
• 3.2.1 不同强化浸出添加剂作用下的浸出效果
• 3.2.2 不同加热方式下的浸出效果对比
• 3.2.3 正交实验结果
• 3.2.4 单因素实验
• 3.2.5 逆流浸出实验
• 3.2.6 氟化钙对钒浸出的影响
• 3.3 本章小结
• 第四章 浸出液中钒的回收工艺研究
• 4.1 实验部分
• 4.1.1 实验原料
• 4.1.2 实验流程
• 4.2 结果与讨论
• 4.2.1 沉淀—转溶法分离钒的工艺研究
• 4.2.2 萃取法分离钒的工艺研究
• 4.2.3 五氧化二钒的制备
• 4.2.4 沉钒母液的处理
• 4.2.5 废水处理
• 4.3 本章小结
• 第五章 石煤提钒新技术的工业化中试试验研究
• 5.1 试验部分
• 5.1.1 中试原料
• 5.1.2 中试试验流程
• 5.1.3 中试主要设备
• 5.1.4 中试设备连接图
• 5.1.5 中试工艺流程简介
• 5.2 中试结果
• 5.2.1 矿石破碎
• 5.2.2 硫酸浸出
• 5.2.3 钒的萃取
• 5.2.4 沉钒母液中钒的回收
• 5.2.5 废水处理
• 5.2.6 物料消耗
• 5.3 中试结论
• 第六章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 攻读学位期间主要的研究成果
• 致谢