CN104017988A - 一种矿浆电解法从含钒石煤矿中提钒的工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种矿浆电解法从含钒石煤矿中提钒的工艺，属于钒的湿法冶炼技术领域。本发明在电解槽内，以碱性含钒石煤矿浆为原料，按摩尔比Cl-：V3+＝＝2-3:1，将水溶性氯盐加入矿浆中，搅拌、在通入含氧气体的条件下进行电解；电解时，控制槽电压为4.5-6V，电流密度为10-40A/dm2。通气电解时，阳极区产生的氯气作为浸出钒的氧化剂，阴极区不断通入空气，空气中的氧气在阴极区发生反应生成OH-离子，为钒的浸出提供碱性环境。同时，可以避免阴极区发生析氢反应，和阳极区产生的氯气发生爆炸。本发明钒的浸出率≥90％，电解电流效率≥95％。本发明具有流程短，效率高、成本低、资源利用率高、环保、安全等优势，便于产业化应用。

Description

一种矿浆电解法从含钒石煤矿中提钒的工艺
技术领域
本发明涉及一种矿浆电解法从含钒石煤矿中提钒的工艺，属于钒的湿法冶炼技术领域。
背景技术
钒，银白色金属，在元素周期表中属VB族，原子序数23，原子量50.94，体心立方晶体，常见化合价为+5、+4、+3、+2。钒的熔点很高，常与铌、钽、钨、钼并称为难熔金属。有延展性，质坚硬，无磁性。具有耐盐酸和硫酸的本领，并且在抗气-盐-水腐蚀的性能要比大多数不锈钢好。于空气中不被氧化，可溶于氢氟酸、硝酸和王水。
钒在自然界分布很广，但分布相当分散，无单独开采的富矿，主要与各种金属矿、碳质矿、磷矿等共生，其中有磁铁矿、钒铅矿、钒云母、粘土钒矿等。在开采或加工这些矿石时，钒作为共产品或副产品予以回收。我国生产钒的原料主要是石煤和钒钛磁铁矿在冶炼过程中副产的钒渣。
我国从钒矿资源中提钒主要采用钠化焙烧-水浸-酸沉钒的工艺流程，V2O5总的回收率低，产业化程度不高，且焙烧过程中产生大量的氯气、氯化氢等有害气体，严重污染环境。对此，我国积极研发新的提钒工艺。
在环境保护和资源的综合利用方面，湿法冶金比火法冶金更具有优越性，主要是湿法冶金所需能量低，对环境污染小，特别是针对分离提取复杂多金属矿方面，有着广泛的应用前景。传统的湿法冶金提钒的工艺主要有酸法和碱法直接浸出工艺，但是这两个工艺浸出提钒工艺药剂消耗大，成本比较高，且钒的浸出率比较低。尤其是碱法直接浸时，必须要用到价格昂贵的氧化剂，如次氯酸盐等，由于在这一过程中次氯酸盐属于消耗品，导致该工艺的生成成本极高，从而不利于产业化生产。
矿浆电解是将矿石浸出和电解沉积结合在一个装置中进行，具有流程短，能耗低，金属分离好，环境友好等优点，所以优越性很明显。目前，矿浆电解法在金、银、铅锌矿方面都取得了重大的突破，但是还没有应用于含钒石煤矿的例子。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提供一种流程短，效率高、成本低、资源利用率高、环保、安全的从含钒石煤矿中提钒的工艺。
本发明一种矿浆电解法从含钒石煤矿中提钒的工艺，在电解槽内，以碱性含钒石煤矿浆为原料，按摩尔比Cl-：V＝2-3:1，优选为2.5-2.8:1，将水溶性氯盐加入矿浆中，搅拌、在通入含氧气体的条件下进行电解；电解时控制槽电压为4.5-6V，优选为4.6-5.5V，进一步优选为4.8-5.3V，电流密度为10-40A/dm2优选为12-30A/dm2进一步优选为15-25A/dm2。
本发明一种矿浆电解法从含钒石煤矿中提钒的工艺，以细度为-0.074mm的颗粒占原矿总质量的70-80％的含钒石煤矿为原料，按液固质量比为3-5:1，将含钒石煤矿加入到水中，得到混合液，然后往混合液中加入分散剂、氢氧化钠或氢氧化钾、搅拌均匀，得到所述碱性含钒石煤矿浆；所述分散剂按每升混合液加入3-4mg的比例加入；所述碱性含钒石煤矿浆的pH值为8.5-11.5。所述分散剂选自水玻璃、氟硅酸钠、六偏磷酸钠中的一种。搅拌并辅以分散剂水玻璃的作用，使石煤矿颗粒保持悬浮状态。
本发明一种矿浆电解法从含钒石煤矿中提钒的工艺，所述碱性含钒石煤矿浆的pH值优选为9.2-11，进一步优选为9.5-10.5。
本发明一种矿浆电解法从含钒石煤矿中提钒的工艺，所述含钒石煤矿中，钒的质量百分含量大于等于0.5％；优选为0.5％-1.2％。
本发明一种矿浆电解法从含钒石煤矿中提钒的工艺，所述水溶性氯盐选自NaCl、KCl、NH4Cl中的至少一种。优选为NaCl。
本发明一种矿浆电解法从含钒石煤矿中提钒的工艺，电解所用的阳极为惰性电极。优选为石墨电极或铂电极。考虑到生产成本，进一步将阳极优选为石墨电极。
本发明一种矿浆电解法从含钒石煤矿中提钒的工艺，电解所用阴极的材质无严格要求，优选为石墨电极。
本发明一种矿浆电解法从含钒石煤矿中提钒的工艺，往阴极区通入含氧气体；所述含氧气体中，氧的体积百分含量为20-30％；优选为空气。
本发明一种矿浆电解法从含钒石煤矿中提钒的工艺，为确保阴极不会产生氢气发生爆炸，通入的含氧气体需过量；以含氧量为21％的空气为例，每吨含钒石煤矿每小时需通入大于等于200L空气，优选为200-300L/t。
本发明一种矿浆电解法从含钒石煤矿中提钒的工艺电解时，控制矿浆的温度为60-80℃，优选为65-70℃。
本发明一种矿浆电解法从含钒石煤矿中提钒的工艺，按每吨含钒石煤矿电解5-8小时的比例，控制电解时间。
原理和优势
本发明在矿浆中加入水溶性氯盐，在电解条件下氯离子还原成氯气，但由于矿浆为碱性体系，使得生成的氯气会水解成次氯酸盐，这样就源源不断的为从矿浆中浸出钒提供了强氧化环境，使得石煤钒矿中的钒从低价态(+3)被氧化为高价态(+5)。由于高价态的钒具有较高的溶解度，在碱性环境下容易以VO3 -的形式浸出到溶液中，从而实现钒的浸出。
在无氧体系下，电解的电极反应如下：
阳极：2Cl--2e→Cl2
阴极：2H2O+2e→H2+2OH-
而在有氧体系下，由于O2/O2-离子对的还原电位要低于H+/H2，因此，在阴极将优先发生氧气被还原的反应，其反应变为：
阴极：1/2O2+H2O+2e→2OH-
可以看出，通过通入空气，有效地避免了在阴极产生氢气的可能性，这既保证了安全生产，避免了爆炸的产生，又为保持矿浆的碱性环境提供了氢氧根。
总之首次将矿浆电解的技术应用在含钒石煤矿中钒的浸出，本发明在矿浆中加入水溶性氯盐并在电解时通入空气，通过各条件参数的协同作用，使得含钒石煤矿电解得到VO3 -变得高效可行，通过巧妙的设计，使得整个反应除了要通入空气和施加电压外，无需补入任何氧化剂以及其他助剂，整个反应处于一种自给自足的循环状态，这为连续化大规模生产提供了有效的保证。同时浸出VO3 -所用氧化剂为氯化钠电解产生，与传统的氧化剂次氯酸钠相比，氯化钠价格低廉，这进一步节省了浸出所用药剂成本。本发明与现有的碱法浸出提VO3 -技术相比，流程简单，可以通过矿浆电电解技术浸出VO3 -，其钒浸出率≥90％，其电解电流效率≥95％，可有效综合回收含钒石煤矿中的钒，提高钒资源利用率。并且反应温度低，反应速度快，能耗低，环保、钼的浸出率高，在技术方面有明显的优势。
具体实施方式
实施例1：
以1吨含V2O5的品位为0.75％，SiO2品位为88.33％的高硅石煤矿为原料；
将原料磨细至细度为-0.074mm的颗粒占原矿总质量的75％后，按液固质量比为3:1，将含钒石煤矿加入到水中，得到混合液，然后往混合液中加入水玻璃(分散剂)、氢氧化钠，得到pH值为9.2的碱性含钒石煤矿浆；所述水玻璃按每升混合液加入3-4mg的比例加入；
按摩尔比Cl-：V3+＝2:1往碱性含钒石煤矿浆加入氯化钠，然后往阴极区通入空气进行电解，为确保阴极不会产生氢气发生爆炸，通入的空气需过量；在本实施例中每吨含钒石煤矿每小时通入230L空气，电解时控制槽电压为5.8V、电流密度为38A/dm2，浸出时间为4小时后测量浸出渣中V2O5的品位，最终得到钼浸出率为95％。本实施例中，电解浸出时，控制碱性镍钼矿浆的温度为70℃。
实例2：
以1吨含V2O5的品位为1.18％，碳含量为15％的高碳石煤矿为原料；
将原料磨细至细度为-0.074mm的颗粒占原矿总质量的73％后，按液固质量比为4:1，将含钒石煤矿加入到水中，得到混合液，然后往混合液中加入水玻璃(分散剂)、氢氧化钠，得到pH值为9.8的碱性含钒石煤矿浆；所述水玻璃按每升混合液加入3-4mg的比例加入；
按摩尔比Cl-：V3+＝2.5：1往含钒石煤矿浆中加入氯化钠，然后往阴极区通入空气进行电解，为确保阴极不会产生氢气发生爆炸，通入的空气需过量；在本实施例中每吨含钒石煤矿每小时通入270L空气，电解时控制槽电压为4.6V、电流密度为18A/dm2，浸出时间为5小时后测量浸出渣中V2O5的品位，最终得到钼浸出率为93％。本实施例中，电解浸出时，控制碱性镍钼矿浆的温度为80℃。
实例3：
以1吨含V2O5的品位为0.67％，钙含量为4.23％的高钙低品位石煤矿为原料；
将原料磨细至细度为-0.074mm的颗粒占原矿总质量的78％后，按液固质量比为5:1，将含钒石煤矿加入到水中，得到混合液，然后往混合液中加入水玻璃(分散剂)、氢氧化钠，得到pH值为10.5的碱性含钒石煤矿浆；所述水玻璃按每升混合液加入3-4mg的比例加入；
按摩尔比Cl-：V3+＝3:1往含钒石煤矿浆中加入氯化钠，然后往阴极区通入空气进行电解，为确保阴极不会产生氢气发生爆炸，通入的空气需过量；在本实施例中每吨含钒石煤矿每小时通入290L空气，电解时控制槽电压为5.0V、电流密度为23A/dm2，浸出时间为7小时后测量浸出渣中V2O5的品位，最终得到钼浸出率为90％。本实施例中，电解浸出时，控制碱性镍钼矿浆的温度为65℃。

Claims (10)

1.一种矿浆电解法从含钒石煤矿中提钒的工艺，其特征在于：在电解槽内，以碱性含钒石煤矿浆为原料，按摩尔比Cl-：V3+＝＝2-3:1，将水溶性氯盐加入矿浆中，搅拌、在通入含氧气体的条件下进行电解；电解时，控制槽电压为4.5-6V，电流密度为10-40A/dm2。 
2.根据权利要求1所述的一种矿浆电解法从含钒石煤矿中提钒的工艺，其特征在于：以细度为-0.074mm的颗粒占原矿总质量的70-80％的含钒石煤矿为原料，按液固质量比为3-5:1，将含钒石煤矿加入到水中，得到混合液，然后往混合液中加入分散剂、用氢氧化钠或氢氧化钾调pH值至8.5-11.5、搅拌均匀，得到所述碱性含钒石煤矿浆；所述分散剂按每升混合液加入3-4mg的比例加入。 
3.根据权利要求1所述的一种矿浆电解法从含钒石煤矿中提钒的工艺，其特征在于：所述含钒石煤矿中，钒的质量百分含量大于等于0.5％。 
4.根据权利要求1所述的一种矿浆电解法从含钒石煤矿中提钒的工艺，其特征在于：所述水溶性氯盐选自NaCl、KCl、NH4Cl中的至少一种。 
5.根据权利要求1所述的一种矿浆电解法从含钒石煤矿中提钒的工艺，其特征在于：电解所用的阳极为惰性电极。 
6.根据权利要求5所述的一种矿浆电解法从含钒石煤矿中提钒的工艺，其特征在于：电解所用的阳极为为石墨电极或铂电极。 
7.根据权利要求1所述的一种矿浆电解法从含钒石煤矿中提钒的工艺，其特征在于：往阴极区通入含氧气体；所述含氧气体中，氧的体积百分含量为20-30％。 
8.根据权利要求7所述的一种矿浆电解法从含钒石煤矿中提钒的工艺，其特征在于：所述含氧气体为空气。 
9.根据权利要求8所述的一种矿浆电解法从含钒石煤矿中提钒的工艺，其特征在于：电解时，每吨含钒石煤矿每小时通入大于等于200L空气。 
10.根据权利要求1-9任意一项所述的一种矿浆电解法从含钒石煤矿中提钒的工艺，其特征在于：按每吨含钒石煤矿电解5-8小时的比例，控制电解时间；电解时控制矿浆温度为60-80℃。 
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