CN113953079B - 一种多金属页岩焙烧-富集钒的方法 - Google Patents

一种多金属页岩焙烧-富集钒的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种多金属页岩焙烧‑富集钒的方法。所述方法主要包括原料破碎球磨、混合压团、焙烧、球磨、浮选、烟气吸收工序，具体为：将多金属页岩原矿粉碎至0.02～0.15mm，再与氯化钙、黄铁矿和水按质量比1：0.05～0.2：0.05～0.5：0.3～0.6混合均匀后造球后进行干燥处理，经过干燥处理后小球于800～1000℃进行焙烧，将焙烧得到的产物进行球磨处理，最后将球磨处理后的粉体进行浮选，获得钒品位为5％～20％(V2O5)的含钒精矿。焙烧烟气采用氧化钙吸收处理，形成的氯化钙用做氯化剂，返回混合压团工序。本发明具有操作简单，能显著降低渣量，显著提高钒收率等优点。

Description

一种多金属页岩焙烧-富集钒的方法
技术领域
本发明涉及化工、材料领域，特别涉及一种多金属页岩焙烧-富集钒的方法。
背景技术
钒是一种重要的稀有金属元素，广泛应用在钢铁、有色、化工、储能、光学、电子、环保、医药、原子能等国民经济的诸多重要领域，被称为现代工业的味精。我国钒资源丰富，主要赋存于钒钛磁铁矿和石煤中。我国含钒石煤分布十分广泛，总储量618.8亿吨，其中已探明工业储量39亿吨，含量大于0.5％的储量为7707.5万吨，是我国钒钛磁铁矿中V2O5储量的2.7倍，仅湘、鄂、赣等7省的石煤中五氧化二钒储量就达11797万吨。因此，我国对石煤中钒资源提取、开发十分重视，涌现出多种石煤提钒的技术。
从20世纪60年代就开始对石煤提钒进行研究，70年代开始工业生产，主要分为两大工艺路线：火法焙烧-湿法提钒工艺和全湿法提钒工艺。火法焙烧-湿法技术过程通常采用钠化焙烧或钙化焙烧，然后用酸进行浸取，该技术最大的缺陷是酸消耗量大，硫酸消耗量一般为矿石质量的25-40％；此外，钒的回收率低，仅为45-55％，将近50％的钒尚未被回收而浪费。全湿法工艺则是将石煤在常压或加温加压及氧化剂存在下进行酸浸，然后再经过萃取、离子交换等工序。然而，直接酸浸工艺只适用于以吸附态钒为主的石煤，而对于普通石煤的浸出率不超过60％，仍然具有较低的浸出率；除非在系统中添加氟化物，可将浸出率提高至90％，但含氟废水和含氟废气对环境的污染较大。此外，处理成本也比较高。如果对含钒石煤中的钒进行预富集处理，获得品位较高的含钒矿物作为提钒原料，则在很大程度上可解决上述问题。
为此，中国专利申请CN102168190A采用浮选的手段将碳和含钒矿物分离，获得含五氧化二钒品位为1.63％的含钒精矿，然而，这种简单的物理分离方法所起的效果很有限，精矿中的钒品位仍然很低，对于后续提钒过程仍然带来困难。而专利CN106011466B则在石煤中添加三氧化二铁和碳粉，经过破碎制备成球团在900～1000℃进行焙烧，利用高温化学反应的手段使V与Fe、O元素形成具磁性的钒铁尖晶石相，然后再通过磁选分离出钒铁尖晶石物相。然而，该专利技术并未给出钒的提取率，或富集相中的钒的含量，所以难以说明该专利技术所产生的效果。此外，加入的氧化铁会与原料中的二氧化硅、三氧化二铝形成硅酸铁、铝酸铁尖晶石，导致渣量显著增加，且难以被利用。
因此，为了能有效地将含量非常低且分散的钒进行富集，本发明采用氯化离析-捕集的技术，将钒富集于易于分离的物相中，再通过物理手段将其分离，从而使其得以富集。
发明内容
针对现有含钒石煤预富集钒存在的问题，本发明提供了一种多金属页岩焙烧-富集钒的方法，该方法采用氯化离析-捕集，即在原料中加入氯化钙、黄铁矿进行焙烧处理，然后再进行浮选分离。焙烧烟气采用氧化钙吸收处理，形成的氯化钙用做氯化剂，返回混合压团工序。本发明具有操作简单，能显著降低渣量，显著提高钒收率等优点。
为达到上述目的，本发明采用了如下的技术方案：
一种多金属页岩焙烧-富集的方法，所述方法包括以下工序：破碎球磨工序1、混合压团工序2、焙烧工序3、球磨工序4、浮选工序5和烟气吸收工序6，具体按以下步骤进行：
1)将原料进行破碎球磨处理，得到多金属页岩粉体；
2)将破碎球磨工序1获得的多金属页岩粉体与氯化剂、金属捕集剂送入混合压团工序，造成小球；
3)将混合压团工序2获得的小球送入焙烧工序3，在惰性气氛下进行焙烧处理，焙烧产生的烟气则送入烟气吸收工序6，捕集烟气中的氯，使其转化成氯化物，得到的氯化物再返回焙烧工序3；
4)将焙烧工序3得到的焙烧产物送入球磨工序4，使富含多种金属的硫铁矿相与其它物相解离；
5)将球磨工序4球磨后的浆料送入浮选工序5，分别获得含钒精矿和选别尾矿，选别尾矿送处理。
优选地，所述的原料为含钒页岩和/或黑色页岩种，且原料中五氧化二钒的质量含量不低于0.5％。
优选地，所述的混合压团工序2是将多金属页岩粉体、氯化剂、金属捕集剂和水按质量比为1：0.05～0.2：0.05～0.5：0.3～0.6混合均匀，然后进行压团制备成0.5～5mm的小球；所述的氯化剂为氯化钙；所述的金属捕集剂为黄铁矿。
优选地，所述的焙烧工序3的焙烧温度为800～1000℃，焙烧时间为0.5～4.0h。
优选地，所述的球磨工序4中将焙烧工序3得到的焙烧产物球磨处理至325目以下含量占95％以上。
本发明中的含钒精矿的钒品位为5％～20％(V2O5)。
相比现有报道技术，本发明具有以下突出的优点：
(1)可将石煤中非常分散的钒有效富集。石煤中的钒氧化物与氯化钙可以反应形成具有挥发性的三氯氧钒，三氯氧钒被硫铁矿捕获，富集于硫铁矿相中。
(2)可实现氯介质的循环，避免氯介质外排而对环境造成危害。焙烧烟气中含有挥发性氯化亚铁及其它氯化物，通过加入氧化钙，可以转化为氯化钙，获得氯化钙再用作氯化剂，从而可避免氯介质的外排。
(3)能够显著减少渣量，降低废渣的排放。由于部分氯介质返回，相当于减少了原始氯化钙的加入量，从而可有效降低渣量。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步阐释，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。
图1为本发明所述的一种多金属页岩焙烧-富集的方法流程示意图；
图2为本发明实施例2所得含钒精矿的电镜图和能谱曲线图；
图3为本发明实施例3所得含钒精矿的电镜图和能谱曲线图；
图4为本发明实施例4所得含钒精矿的电镜图和能谱曲线图；
图5为本发明实施例5所得含钒精矿的电镜图和能谱曲线图。
具体实施方式
下面以附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
实施例1
图1为本发明所述的一种多金属页岩焙烧-富集的方法的流程示意图。结合图1，一种多金属页岩焙烧-富集的方法，所述方法包括以下工序：破碎球磨工序1，混合压团工序2、焙烧工序3、球磨工序4、浮选工序5、烟气吸收工序6，具体按以下步骤进行：
1)将原料进行破碎球磨处理，得到多金属页岩粉体；
2)将破碎球磨工序1获得的多金属页岩粉体与氯化剂、金属捕集剂送入混合压团工序，造成小球；
3)将混合压团工序2获得的小球送入焙烧工序3，在惰性气氛下进行焙烧处理，焙烧产生的烟气则送入烟气吸收工序6，捕集烟气中的氯，使其转化成氯化物，得到的氯化物再返回焙烧工序3；
4)将焙烧工序3得到的焙烧产物送入球磨工序4，使富含多种金属的硫铁矿相与其它物相解离；
5)将球磨工序4球磨后的浆料送入浮选工序5，分别获得含钒精矿和选别尾矿，尾矿送处理。
实施例2
本实施例采用实施例1所述的一种多金属页岩焙烧-富集的方法。所述采用五氧化二钒质量含量为0.8％的含钒页岩，与氯化钙、硫铁矿和水按质量比为1：0.1：0.1：0.3配料，送入混合压团工序，混合均匀后制备成0.5mm的小球，干燥处理后送至焙烧工序3，于800℃氮气气氛下焙烧4.0h，焙烧产生的烟气送入烟气吸收工序6，采用氧化钙捕集烟气中的氯，使其转化成氯化钙，得到的氯化钙再返回焙烧工序3，焙烧后的物料经过破碎后送入球磨工序4，将其球磨至325目以下含量占95％以上，将球磨处理好的浆料送入浮选工序5，采用丁基黄药为浮选剂进行浮选，添加量为150克/吨，2#油为起泡剂，添加量为40克/吨，浮选获得的含钒精矿中钒元素含量达到12.46％，钒元素的收率达到95.7％。从图2的扫描电镜结果(图2a)和能谱曲线结果(图2b)可见钒元素富集于硫铁矿种，各元素含量具体见表1，从表1可知富集于硫铁矿相中的钒元素的质量含量为12.46％。
表1
Figure BDA0003302225130000041
实施例3
本实施例采用实施例1所述的一种多金属页岩焙烧-富集的方法。所述采用五氧化二钒质量含量为1.1％的含钒页岩，与氯化钙、硫铁矿和水按质量比为1：0.2：0.5：0.5配料，送入混合压团工序，混合均匀后制备成1.0mm的小球，干燥处理后送至焙烧工序3，于1000℃氮气气氛下焙烧0.5h，焙烧产生的烟气送入烟气吸收工序6，采用氧化钙捕集烟气中的氯，使其转化成氯化钙，得到的氯化钙再返回焙烧工序3，焙烧后的物料经过破碎后送入球磨工序4，将其球磨至325目以下含量占95％以上，将球磨处理好的浆料送入浮选工序5，采用丁基黄药为浮选剂进行浮选，添加量为150克/吨，2#油为起泡剂，添加量为40克/吨，浮选获得的含钒精矿中钒元素含量达到10.66％，钒元素的收率达到96.2％。从图3的扫描电镜结果(图3a)和能谱曲线结果(图3b)可见钒元素富集于硫铁矿种，各元素含量具体见表2，从表2可知富集于硫铁矿相中的钒元素的质量含量为10.66％。
表2
Figure BDA0003302225130000051
实施例4
本实施例采用实施例1所述的一种多金属页岩焙烧-富集的方法。所述采用五氧化二钒质量含量为0.6％的黑色页岩，与氯化钙、硫铁矿和水按质量比为1：0.05：0.05：0.3配料，送入混合压团工序，混合均匀后制备成5.0mm的小球，干燥处理后送至焙烧工序3，于900℃氮气气氛下焙烧1.5h，焙烧产生的烟气送入烟气吸收工序6，采用氧化钙捕集烟气中的氯，使其转化成氯化钙，得到的氯化钙再返回焙烧工序3，焙烧后的物料经过破碎后送入球磨工序4，将其球磨至325目以下含量占95％以上，将球磨处理好的浆料送入浮选工序5，采用丁基黄药为浮选剂进行浮选，添加量为150克/吨，2#油为起泡剂，添加量为40克/吨，浮选获得的含钒精矿中钒元素含量达到11.64％，钒元素的收率达到94.5％。从图4描电镜结果(图4a)和能谱曲线结果(图4b)可见钒元素富集于硫铁矿种，各元素含量具体见表3，从表3知富集于硫铁矿相中的钒元素的质量含量为11.64％。
表3
Figure BDA0003302225130000061
实施例5
本实施例采用实施例1所述的一种多金属页岩焙烧-富集的方法。所述采用五氧化二钒质量含量为0.6％的含钒页岩，与氯化钙、硫铁矿和水按质量比为1：0.05：0.05：0.3配料，送入混合压团工序，混合均匀后制备成5.0mm的小球，干燥处理后送至焙烧工序3，于900℃氮气气氛下焙烧1.5h，焙烧产生的烟气送入烟气吸收工序6，采用氧化钙捕集烟气中的氯，使其转化成氯化钙，得到的氯化钙再返回焙烧工序3，焙烧后的物料经过破碎后送入球磨工序4，将其球磨至325目以下含量占95％以上，将球磨处理好的浆料送入浮选工序5，采用丁基黄药为浮选剂进行浮选，添加量为150克/吨，2#油为起泡剂，添加量为40克/吨，浮选获得的含钒精矿中钒元素含量达到9.12％，钒元素的收率达到95.1％。从图5扫描电镜结果(图5a)和能谱曲线结果(图5b)可见钒元素富集于硫铁矿种，各元素含量具体见表4，从表4知富集于硫铁矿相中的钒元素的质量含量为9.12％。
表4
Figure BDA0003302225130000062
本发明的工艺参数(如温度、时间等)区间上下限取值以及区间值都能实现本法，在此不一一列举实施例。
本发明未详细说明的内容均可采用本领域的常规技术知识。
最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应该理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (7)

1.一种多金属页岩焙烧-富集钒的方法，所述方法包括以下工序：破碎球磨工序(1)、混合压团工序(2)、焙烧工序(3)、球磨工序(4)、浮选工序(5)和烟气吸收工序(6)，具体按以下步骤进行：
1)将原料进行送入破碎球磨工序(1)进行破碎球磨处理，得到多金属页岩粉体；
2)将破碎球磨工序(1)获得的多金属页岩粉体与氯化剂、金属捕集剂送入混合压团工序(2)，造成小球；
3)将混合压团工序(2)获得的小球送入焙烧工序(3)，在惰性气氛下进行焙烧处理，焙烧产生的烟气则送入烟气吸收工序(6)，捕集烟气中的氯，使其转化成氯化物，得到的氯化物再返回焙烧工序(3)；
4)将焙烧工序(3)得到的焙烧产物送入球磨工序(4)，使富含多种金属的硫铁矿相与其它物相解离；
5)将球磨工序(4)球磨后的浆料送入浮选工序(5)，分别获得含钒精矿和选别尾矿，选别尾矿送处理。
2.根据权利要求1所述的一种多金属页岩焙烧-富集钒的方法，其特征在于，所述的原料为含钒页岩和/或黑色页岩，且原料中五氧化二钒质量含量不低于0.5％。
3.根据权利要求1所述的一种多金属页岩焙烧-富集钒的方法，其特征在于，所述的氯化剂为氯化钙。
4.根据权利要求1所述的一种多金属页岩焙烧-富集钒的方法，其特征在于，所述的金属捕集剂为黄铁矿。
5.根据权利要求1所述的一种多金属页岩焙烧-富集钒的方法，其特征在于，所述的混合压团工序(2)是将多金属页岩粉体、氯化剂、金属捕集剂和水按质量比为1：0.05～0.2：0.05～0.5：0.3～0.6混合均匀，然后进行压团制备成0.5～5mm的小球。
6.根据权利要求1所述的一种多金属页岩焙烧-富集钒的方法，其特征在于，所述的焙烧工序(3)的焙烧温度为800～1000℃，焙烧时间为0.5～4.0h。
7.根据权利要求1所述的一种多金属页岩焙烧-富集钒的方法，其特征在于，所述的球磨工序(4)中将焙烧工序(3)得到的焙烧产物球磨处理至325目以下含量占95％以上。
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