CN101078064A - 石煤气相提钒法 - Google Patents

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Abstract

一种石煤气相提钒法，工艺步骤是将石煤或含钒矿石配制的石煤原料破碎、粉磨成60－80目的粉末；粉末送入沸腾炉内高温裂解，焙烧气化；在900－1250℃温度下燃烧8－30秒，同时通入含氧量30－50％的空气进行富氧气化，使原料中的五氧化二钒变成炉气。炉气进入沉降室，经换热器冷却至500℃并经两级旋风干法排渣。排渣后的炉气由沉降室进入静电除尘器富集，富集物用碱液浸渍得到含钒浸清溶液。残存的炉气进入二级喷淋塔，使气相中的五氧化二钒变为含钒喷淋溶液。将硫酸加入上述两种含钒溶液中，经酸中和沉淀出的五氧化二钒粗品。本发明可广泛利用低热值、低品位的石煤资源，回收率高、节约能源、不用熔剂、生产成本低、三废排放量小、有利于环境保护。

Description

石煤气相提钒法
技术领域
本发明涉及一种从石煤中提炼五氧化二钒的方法。
背景技术
钒(V)是元素周期表中VB族元素，锑(Sb)属VA元素，在化学物理性质上有相似之处。五氧化二钒的熔点为658℃，三氧化二锑的熔点为655℃，火法炼锑几乎都采用气相沉锑的方法。锑在地壳中约为5×10-5％，而钒达1.5×10-2％，比锑丰富得多，但十分分散，＞1％含量的富钒矿很难找到。钒大多在伴生钛磁铁矿、磁铁矿、铝土矿、铀矿、磷矿等矿床中，我国钒钛磁铁矿中有四川的攀西、河北的承德、安徽的马鞍山等几处，但石煤含钒贮量超过国外钒矿总和。石煤含钒是五亿年前寒武纪远古时代菌藻生物富集沉积而成，矿物成分主要是钒云母；石煤中炭大都已石墨化或半石墨化，且热值不高。湖南省的石煤贮量极为丰富，V2O5含量通常为0.2-1.0％，属中低品位矿。工业上用石煤提钒有一定难度，吨产品消耗矿石高达200-400吨。钒钛磁铁矿提钒是把冶炼后的钒渣粉碎后加入10％的食盐和碱(烧碱或纯碱)，成球烘干后在回转窑内经750-850℃温度焙烧3小时，让钒转化为可溶性的偏钒酸钠，把烧成的熟料冷却磨细后用母液加水多级逆流浸取，再用酸(H2SO4或HCI)除去杂质，所得的偏钒酸铵晶体在500℃煅烧脱氨得五氧化二钒产品。
偏钒酸钠的溶液还可用离子交换树脂，有机溶剂萃取等方法提纯。
石煤提钒从上世纪70年代以来基本上还是沿用这种传统生产工艺，只是局部做了些改进。这种生产工艺存在几个重大缺点：一、辅助材料(溶剂盐、碱)用量多，吨产品耗量近20吨；二、碳的热能没有很好利用，浪费能源；三、环境污染严重，气相中的氯、硫，渣、液中的碱盐很难排除，导致毁坏森林作物，危害人畜健康。四、不能使用低品位(V2O5含量＜0.5％矿石)；并且，由于工艺流程长、设备多，造成投资大、成本高，小厂无能力搞好环保，土法上马的厂子更是乌烟瘴气。
近几年，由于钢铁工业、某些特种工业的高速发展，对钒的需要急增，造成价格猛涨，早已突破每吨15万元，曾短期达40万元。国内曾组织科技人员攻关，顾此失彼，至今还没找到投资小、成本低、三废处理好、可利用低品位矿石的生产工艺。
发明内容
本发明的目的是提供一种石煤气相提钒法，做到不加熔剂(盐、碱)焙烧、节约能源、三废排放达到国家标准，同时可利用低热值、低品位石煤资源。
本发明的工艺步骤如下：
1、破碎含钒矿石
含钒石煤是指含五氧化二钒0.3％以上的炭质页岩、矸石、钒云母、钒磷矿或钒绿矿。破碎工序是将矿石腭破成粒径＜20mm的粒料。
2、配制石煤原料
首先化验矿石含碳量，当含碳量低于15％时，则往矿石中添加煤碳，配制成含碳量为15％的石煤原料。
3、粉磨
将原料磨成60-80目的粉末。
4、焙烧气化
将粉末原料送入沸腾炉内高温裂解，在900-1250℃温度下焙烧8-30秒，同时通入含氧量30-50％的空气进行富氧气化，使原料中的五氧化二钒变成炉气。
5、干法排渣
炉气从沸腾炉顶进入装有换热器和惯性除尘器的沉降室，冷却至500℃并经两级旋风分离，除去粒径20微米以上的粉末。
6、静电富集和浸渍溶解
排渣后的炉气由沉降室进入静电除尘器，炉气中微米级以下的粉尘将在静电除尘器中富集，富集物用碱液浸渍，得到含钒浸渍溶液。
7、喷淋吸收和过滤除渣
炉气中残存的粉尘进入二级喷淋塔，第一级吸收剂是水、稀氨或稀镁液，第二级吸收剂含NH4 +、Mg2+或K+离子的碱液，使气相中的五氧化二钒转入液相，再过滤除渣。
8、酸中和
用40-60％浓度的硫酸加入含钒浸渍溶液和含钒喷淋溶液中，经酸中和沉淀出五氧化二钒，过滤得到五氧化二钒粗品。
本发明的工作原理是利用五氧化二钒(V2O5)在700℃以上易于挥发的特点(与三氧化二锑相似)，在矿砂焙烧时，不让钒元素转化为融溶态的钒酸盐，而是充分氧化气化，呈蒸汽态脱离矿渣，进入气相，炉气经冷却沉降、旋风分离除去尘渣，再经静电富集、浸渍溶解得含钒浸渍溶液。残余炉气经稀铵、碱液喷淋，其中98％以上的五氧化二钒变为含钒喷淋溶液。将上述两种含钒溶液用酸(H2SO4或HCI)处理，得V2O5粗品。
与已有技术相比，本发明有下列特点：
1、广泛利用低热值、低品位的石煤资源、回收率高
可将低热值、低品位的含钒石煤经高温裂解、氧化气化、使低含量的五氧化二钒直接进入气相、再转入液相，回收率有很大提高。
2、节约能源
一方面含钒石煤中的碳得到利用，另一方面产生的废热蒸汽可用于发电、节约能源。
3、不用熔剂、盐碱使用量极少、除低了生产成本。
本发明省掉了盐、碱熔剂，再加上干法排渣，95％以上的粉尘不经浸渍，不沾盐碱，只有5％的粉尘需用碱液处理，因此盐碱使用量极少，生产成本可降低40％左右。
4、三废排放量小，废水废汽循环使用，有利于环境保护。
本发明不使用盐碱熔剂，从生产工艺上控制和减少了污染源，再加上废热蒸气可用于发电，废水在提取K、Mg、NH3作化肥后可循环利用，因此三废排放量小，有利于环境保护。
具体实施方式
实施例一
将含碳量15％以上、V2O5含量0.3％以上的石煤经二级腭破为粒径＜20mm的粒料，在3R2615雷蒙磨中磨成60目-80目细粉，用盘式加料机送入沸腾培烧炉中，操作炉内温度1200-1250℃，调节含氧量30-50％的空气进气量，富氧气化，在8-30秒钟内使五氧化二钒气化率达到98％以上。炉气经沉降室换热器换热后温度降至500℃左右，按时排渣，正常情况下，沉降室排渣占60％。之后，炉气送入二级旋风分离器，使尘粒降至50g/m3，排渣量占35％。炉气进入静电除尘器富集，富集物用KOH碱液浸渍，得到含钒浸渍溶液，残存炉气则进入二级喷淋塔吸收，一级的吸收剂为水，二级的吸收剂为碱液，碱液含KOH量为10％，以细雾状多层喷下，使气相中的五氧化二钒迅速被碱液吸收溶解，并被转化为偏钒酸钾，过滤除渣后，用浓度为40％的硫酸中和，由富集物浸渍得到的含钒浸渍溶液同时进行酸中和，过滤得到五氧化二钒粗品。
实施例二
与实施例一基本相同，不同的是炉内温度为900-950℃，富集物用NH4OH碱液浸渍，一级喷淋塔吸收剂是稀铵，二级喷淋塔吸收剂是含10％NH4OH的碱液。
实施例三
与例一基本相同，不同的是炉内温度为1000-1050℃，所用石煤含碳量低于15％，需添加煤碳使含碳量达到15％。
实施例四
将含钒(V2O5)量＞0.8％的钒云母矿石按重量比配入15％的煤碳，经腭式破碎机破碎，用雷蒙磨磨成80目左右的粉末送入沸腾炉。通入富氧空气，在沸腾炉中1100-1250℃温度下焙烧约20秒种，经沉降、旋风分离除去渣尘，静电除尘器富集，富集物用Mg(OH)2稀镁液浸渍，得到含钒浸渍溶液，残存的炉气进入喷淋塔，I级的吸收剂为Mg(OH)2稀镁液，II级的吸收剂为15％浓度的稀镁碱液。喷淋得到的含钒喷淋溶液和富集得到的含钒浸渍溶液都进入中和池。中和池在搅拌情况下由贮酸槽(50％H2SO4溶液)注入酸液，控制PH1.0-1.6；由氨水槽徐徐注入氨水，调PH至9.8，除去硅、铝等杂质；再用酸调PH至8.0-8.5，加入钙溶液，除磷、砷等杂质。精制后的偏钒酸镁溶液加5倍于钒的铵液，沉钒、过滤、洗涤，得偏钒酸铵纯品。500℃煅烧脱氨得五氧化二钒纯品，氨气则进入氨吸收塔循环利用。
实施例五
与例四基本相同，不同的是原料为钒磷矿矿石，稀镁液为Mg(HCO3)稀镁液，贮酸槽中的H2SO4浓度为60％。
实施例六
与例四基本相同，不同的是原料为钒绿矿矿石。

Claims (1)

1、一种石煤气相提钒法，其特征在于工艺步骤如下：
a、破碎含钒矿石
含钒矿石是指含五氧化二钒0.3％以上的炭质页岩、矸石、钒云母、钒磷矿或钒绿矿；破碎工序是将矿石腭破成粒径＜20mm的粒料；
b、配制石煤原料
首先化验矿石的含碳量，当含碳量低于15％时，则往矿石中添加煤碳，配制成含碳量为15％的石煤原料；
c、粉磨
将原料粉磨成60-80目的粉末；
d、焙烧气化
将粉末原料送入沸腾炉内高温裂解，在900-1250℃温度下焙烧8-30秒，同时通入含氧量30-50％的空气进行富氧气化，使原料中的五氧化二钒变成炉气；
e、干法排渣
炉气从沸腾炉项进入装有换热器和惯性除尘器的沉降室，冷却至500℃并经两级旋风分离，除去粒径20微米以上的粉尘；
f、静电富集和浸渍溶解
排渣后的炉气由沉降室进入静电除尘器，炉气中微米级以下的粉尘将在静电除尘器中富集，富集物用碱液浸渍，得到含钒浸渍溶液；
g、喷淋吸收和过滤除渣
炉气中残存的粉尘进入二级喷淋塔，第一级的吸收剂是水、稀氨或稀镁液，第二级吸水剂是含NH4 +、Mg2+或K+离子的碱液、使气相中的五氧二钒变为含钒喷淋溶液，再过滤除渣；
h、酸中和
用40-60％浓度的硫酸加入含钒浸渍溶液和含钒喷淋溶液，经酸中和沉淀出五氧化二钒，过滤得到五氧二钒粗品。
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