CN102296192A

CN102296192A - 一种从含钒石煤中提取五氧化二钒的复合焙烧添加剂及其应用

Info

Publication number: CN102296192A
Application number: CN2011102791333A
Authority: CN
Inventors: 何东升; 张泽强; 张汉泉; 张翼
Original assignee: Wuhan Institute of Technology
Current assignee: Wuhan Institute of Technology
Priority date: 2011-09-20
Filing date: 2011-09-20
Publication date: 2011-12-28
Anticipated expiration: 2031-09-20
Also published as: CN102296192B

Abstract

本发明涉及含钒石煤焙烧过程中使用的复合焙烧添加剂及其应用，其组分及其组分含量以质量百分比计为：氟铝酸钠35%~45%、氟化钙40%~50%、碱金属的过氧化物15%~25%，所述的碱金属的过氧化物为过氧化钠或过氧化钾或过氧化钙，使用时，将从含钒石煤中提取五氧化二钒的复合焙烧添加剂添加量为含钒石煤质量的1%~6%，充分混匀后，焙烧温度为700℃~900℃，焙烧时间为1h~4h。本发明与已有技术相比，具有的优势是：①添加量低；②焙烧温度低，焙烧时间短；③不会产生烟气污染；④转浸率高；⑤添加剂成分来源广泛；⑥本复合焙烧添加剂适应性好。

Description

一种从含钒石煤中提取五氧化二钒的复合焙烧添加剂及其应用

技术领域

本发明涉及到含钒石煤提取五氧化二钒技术领域，具体涉及到含钒石煤焙烧过程中使用的复合焙烧添加剂及其应用。

背景技术

我国石煤资源储量丰富，在南方十余省市都有分布。高效地从石煤中提取钒金属是石煤资源综合利用的重要方面，具有重要的经济和社会意义。钒在石煤中赋存状态复杂，有三价、四价和五价，主要以三价形式存在。三价钒以类质同象形式赋存在伊利石等铝硅酸盐矿物晶体结构中。要浸出石煤中这部分钒，需破坏含钒矿物晶体结构使钒释放出来，然后将其氧化为易溶解的四价钒或五价钒。

在石煤焙烧过程中，加入特定的添加剂，有利于破坏含钒矿物晶体结构，使其中的钒全部释放出来，并可促进三价钒氧化为四价或五价。目前使用到的焙烧添加剂主要有：

1）NaCl添加剂：传统的石煤提钒工艺以NaCl作为焙烧添加剂，在焙烧过程中产生严重HCl、Cl₂污染，且回收率低，现在已经被禁止使用。

2）含NaCl复合添加剂：“一种提钒钠化焙烧复合添加剂”（CN 1884597A）公开了一种复合添加剂，其由NaCl、碳酸钠和过渡金属氧化物组成，其添加量大，达到10%~15%。“石煤钒矿焙烧新型环保复合添加剂”（CN101177738A）公开一种复合添加剂，其由组分A和组分B组成，组分A中含有70%NaCl，其他为碳酸钠和硫酸钠各占一半；组分B由铁、锰、钒矿渣和二氧化锰、V₂O₅组成，添加量较大，且需加入一定量价格昂贵的V₂O₅。“一种用于石煤提钒的复合添加剂及其使用方法”（CN101709389A）公布了一种复合添加剂，其由NaCl、碳酸钠、硫酸钠和高锰酸钾组成，质量比为（4~6）：1：（1~4）：:0.5，添加量为2%～10%。上述复合添加剂中因加入其他化合物，NaCl用量相对降低，但仍避免不了产生HCl、Cl₂烟气污染。

3）钙盐添加剂：“用于从钒石煤矿中提钒的复合添加剂及其使用方法”（CN101215648A）公布了一种添加剂，它是由石灰1～8份加萤石0.1～6份混合制备而成，其中石灰可以用等氧化钙当量的石灰石或者石灰和石灰石的混合物代替。还有仅添加石灰或石灰石的“钙化焙烧-低酸浸出-离子交换工艺”，该类工艺对石煤矿石构造、氧化度、钒品位等要求高，故其应用范围有限。

4）钡盐添加剂：“含钒石煤提取五氧化二钒的焙烧添加剂及其应用方法”（CN101492775B）公开了一种添加剂，其为钡化合物或钡粉、碳酸钠和石灰混合物。该复合添加剂钡及其化合物价格偏贵，来源有限。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术而提供一种无烟气污染、来源广泛、添加量小的石煤焙烧的复合焙烧添加剂，采用该添加剂进行焙烧提钒时，钒转浸率高，焙烧温度低，焙烧时间短，节省能耗，成本低。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种从含钒石煤中提取五氧化二钒的复合焙烧添加剂，其特征在于其组分及其组分含量以质量百分比计为：氟铝酸钠35%~45%、氟化钙40%~50%、碱金属的过氧化物15%~25%，所述的碱金属的过氧化物为过氧化钠或过氧化钾或过氧化钙。

上述从含钒石煤中提取五氧化二钒的复合焙烧添加剂的应用方法，其特征在于使用时，将从含钒石煤中提取五氧化二钒的复合焙烧添加剂添加量为含钒石煤质量的1%~6%，充分混匀后，焙烧温度为700℃~900℃，焙烧时间为1h~4h。

复合焙烧添加剂成分之一氟铝酸钠常用作铝电解的助熔剂，它可溶解氧化铝。在石煤焙烧过程中，氟铝酸钠所起的作用是与含钒铝硅酸盐矿物如伊利石、石榴石、电气石等矿物反应，破坏此类矿物晶体结构，使晶体结构中钒释放出来。氟铝酸钠中的钠与氧化后的五价钒反应，可生成易溶的偏钒酸钠。

复合焙烧添加剂成分之一氟化钙具有能降低难熔物质的熔点效果，可降低石煤焙烧温度。氟化钙主要作用有二，一是起活化作用，改变矿物活性，促进石煤各组成矿物之间的反应；二是参与反应，氟和硅具有很好的反应活性，氟化钙在高温下可与铝硅酸盐矿物反应，破坏后者晶体结构，晶体结构破坏越厉害，越有利于钒释放出来。如含钒石榴石和氟化钙反应：

(Ca²⁺/Mg²⁺/Fe²⁺/Mn²⁺)₃(V³⁺、Al³⁺/Fe³⁺/Cr³⁺)₂[SiO₄]₃+ CaF₂+O₂→

Ca(VO₃)₂+CaSiO₃+ CaSiF₆+ Ca(AlO₂)₂+SiO₂

石煤中含有大量有机质，有机质在焙烧过程中氧化生成CO₂，复合焙烧添加剂成分之一的过氧化钠或过氧化钾或过氧化钙可与CO₂反应释放出O₂，O₂可将低价钒氧化为四价或五价，相关反应如下：

2Na₂O₂+2CO₂=2Na₂CO₃+O₂

2K₂O₂+2CO₂=2K₂CO₃+O₂

2CaO₂+2CO₂=2CaCO₃+O₂

2V₂O₃+ O₂=2V₂O₄

V₂O₃+ O₂=V₂O₅

V₂O₅+ Na₂CO₃=2NaVO₃+CO₂

V₂O₅+ K₂CO₃=2KVO₃+CO₂

上述三种化合物中，氟铝酸钠和氟化钙的主要作用是最大程度上破坏含钒矿物的晶体结构，使矿物结构中钒释放出来，同时起到助熔作用，降低共熔物熔点，以降低焙烧温度；过氧化钠或过氧化钾或过氧化钙主要作用是释放出氧气，促进低价钒氧化。三种化合物按照一定比例混合后，在焙烧过程中充分发挥各自作用，起到提高转浸率效果。

根据石煤矿石的物质组成不同，复合焙烧添加剂中各组分比例可作相应调整，以充分发挥其效果。

本发明与已有技术相比，具有的优势是：

① 添加量低，仅为1%~6%，大大节省了成本；

② 焙烧温度低（700℃~900℃），焙烧时间短（1h~4h），节省了能耗；

③ 不会产生烟气污染，环境效益好；

④ 转浸率高，使用本添加剂提钒，转浸率可高于90%；

⑤ 添加剂成分来源广泛，氟铝酸钠可由冰晶石代替，氟化钙可由萤石代替，萤石价廉易得；由于添加量低，且过氧化钠或过氧化钾或过氧化钙在复合焙烧添加剂中比例较小（15%~25%），成本低；

⑥ 本复合焙烧添加剂适应性好，尤其对于钒主要以类质同象方式赋存在矿物晶体结构中的石煤矿石，效果显著。

具体实施方式

实施例1

含钒石煤矿石钒品位0.81%，加入石煤质量1%的复合焙烧添加剂，添加剂中氟铝酸钠、氟化钙和过氧化钠质量比例为35%：40%：25%，混合均匀，于700℃焙烧3h。焙烧渣采用硫酸浸出，浸出液除杂后按照现有提钒工艺处理，最终得到合格五氧化二钒产品，转浸率为91.52%，钒总回收率86.02%。

实施例2

含钒石煤矿石钒品位0.93%，加入石煤质量2%的复合焙烧添加剂，添加剂由冰晶石（氟铝酸钠）、萤石（氟化钙）和过氧化钾混合而成，三者质量比例为45%：40%：15%，混合均匀，于800℃焙烧3h。焙烧渣采用硫酸浸出，浸出液除杂后按照现有提钒工艺处理，最终得到合格五氧化二钒产品，转浸率为93.11%，钒总回收率87.23%。

实施例3

含钒石煤矿石钒品位0.72%，加入石煤质量4%的复合焙烧添加剂，添加剂由冰晶石（氟铝酸钠）、萤石（氟化钙）和过氧化钙混合而成，三者质量比例为35%：45%：20%，混合均匀，于850℃焙烧2h。焙烧渣采用硫酸浸出，浸出液除杂后按照现有提钒工艺处理，最终得到合格五氧化二钒产品，转浸率为90.11%，钒总回收率87.41%。

实施例4

含钒石煤矿石钒品位1.02%，加入石煤质量5%的复合焙烧添加剂，添加剂由冰晶石（氟铝酸钠）、萤石（氟化钙）和过氧化钠混合而成，三者质量比例为40%：40%：20%，混合均匀，于900℃焙烧1h。焙烧渣采用硫酸浸出，浸出液除杂后按照现有提钒工艺处理，最终得到合格五氧化二钒产品，转浸率为92.11%，钒总回收率88.62%。

实施例5

含钒石煤矿石钒品位1.15%，加入石煤质量6%的复合焙烧添加剂，添加剂中氟铝酸钠、氟化钙和过氧化钠质量比例为35%：50%：15%，混合均匀，于800℃焙烧3.5h。焙烧渣采用硫酸浸出，浸出液除杂后按照现有提钒工艺处理，最终得到合格五氧化二钒产品，转浸率为94.11%，钒总回收率89.95%。

实施例6

含钒石煤矿石钒品位1.20%，加入石煤质量4%的复合焙烧添加剂，添加剂中氟铝酸钠、氟化钙和过氧化钾质量比例为40%：45%：15%，混合均匀，于750℃焙烧4h。焙烧渣采用硫酸浸出，浸出液除杂后按照现有提钒工艺处理，最终得到合格五氧化二钒产品，转浸率为92.11%，钒总回收率89.10%。

Claims

1. 一种从含钒石煤中提取五氧化二钒的复合焙烧添加剂，其特征在于其组分及其组分含量以质量百分比计为：氟铝酸钠35%~45%、氟化钙40%~50%、碱金属的过氧化物15%~25%，所述的碱金属的过氧化物为过氧化钠或过氧化钾或过氧化钙。

2.权利要求1所述的从含钒石煤中提取五氧化二钒的复合焙烧添加剂的应用方法，其特征在于使用时，将从含钒石煤中提取五氧化二钒的复合焙烧添加剂添加量为含钒石煤质量的1%~6%，充分混匀后，焙烧温度为700℃~900℃，焙烧时间为1h~4h。