石煤提钒焙烧工艺分析

18_敦煌平台山石煤钒矿工艺矿物学研究

敦煌平台山石煤钒矿工艺矿物学研究

白哲韩跃新靳建平李艳军孙永升 1

（1.东北大学资源与土木工程学院，辽宁沈阳 110819；2.难采选铁矿资源高效开发利用技术国家地方联合工程研究中心，辽宁沈阳 110819）

钒是我国重要的战略性稀有金属，主要应用在钢铁、钛合金、催化剂和钒电池中［1-2］。我国约 85%的钒用于钢铁行业，含钒钢材具有强度高、韧性大、耐磨性好等优良特性；约 10%的钒用于生产航天所需钛合金，钒可以改善钛合金的延展性和可塑性；此外，钒也作为催化剂应用在化学工业中，以及用于生产钒充电氢蓄电池和钒氧化还原蓄电池［3-5］。所以钒有“金属维生素”和“现代工业的味精”之称［6］。我国钒消费量高达 4.0 万 t/a，其中约 80%来源于钒钛磁铁矿。而我国石煤中 V2O5 储量巨大，达 1.18 亿 t，是钒钛磁铁矿中

V2O5 储量的 6.7 倍［7-10］。但我国石煤具有矿石性质复杂、钒品位低和钒赋存状态多样等特点［11］，导致目前的提钒工艺普遍存在钒回收率低、药剂消耗量大、净化富集困难和生产成本高等问题［12-14］。因此，从石煤中清洁高效提钒成为近年来学者们的研究热点之一。实现石煤钒矿的清洁高效利用，对提高我国钒资源供给能力，促进钢铁、钛合金等行业的绿色健康发展具有重要意义。

敦煌平台山石煤钒矿是一种极难浸出的原生型石煤钒矿［15］。本文对该矿石的化学组成、矿物组成、岩石结构构造、煤质特性和矿物嵌布特征等进行了详细研究。采用化学多元素、钒化学物相、XRD、偏光显微镜、SEM、X 射线能谱和 BPMA（北矿院工艺矿物学自动分析系统）［16-17］等分析手段，查明该矿石的工艺矿物学特征，以期对难浸原生型石煤钒矿的提钒过程优化提供参考。

1 矿石物质组成

1.1 矿石化学元素分析

为查明敦煌平台山石煤钒矿矿石中的主要组成元素，进行化学多元素分析，结果见表 1。

由表 1 可知：矿石中的有用金属元素为钒，含量为 0.93%（以 V2O5 计）；钒的品位不高，仅高于 0.80%的工业经济边界品位 0.13 个百分点；矿石中 SiO2 和

2020届高三化学二轮专题复习化学工艺流程题08

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1. 含钒石煤(含有铁、硅、铝、钙、镁等元素的氧化物)中的钒大部分是以V(Ⅲ)和V(Ⅳ)形式存在，由含矾石煤提钒的一种工艺流程如下所示：

已知：铜铁试剂能与铜、铁、铝、钛等元素形成不溶于水的配合物。

回答下列问题：

(1)含矾石煤预制时加入复合添加剂对钒浸出率的影响如图所示，其中最佳复合添加剂为________，最佳添加比例为________。

(2)下图为“抽滤”实验原理装置图，“抽滤”时抽气泵的作用是________；“酸浸渣”经“水洗涤”返回“浸出”的目的是________。

(3)已知酸浸液中V2O24+被H2O2氧化成VO2+，其离子方程式为________。“净化除杂”时用铜铁试剂除去所含的Al3+、Fe3+等杂质离子而不通过调节酸浸液pH的原因是________。

(4)“沉钒”的离子反应方程式为________。

(5)“煅烧”纯净的沉钒产物过程中，固体残留率与温度变化如图所示。已知A点坐标为(260 ℃,85.47％)，则A点对应物质的化学式为________，B点对应的物质为V2O5，则B点坐标为( )。

【答案】(1)Na2CO3/K2CO3；1：1；

(2)抽走装置中的空气，形成负压，加快过滤速率；提高钒浸出率；

(3)V2O24++H2O2=2VO2++2H+；若调节酸浸液pH易生成Fe(OH)3、Al(OH)3胶体，胶体会吸附溶液中的钒酸根离子，造成钒损失；

(4)NH4++VO3−=NH4VO3↓；

(5)HVO3；400℃ ，77.78%。

【解析】【分析】

本题以石煤提钒的一种工艺流程为情景，综合考查了元素化合物、化学实验、反应原理及化学计算等学科内综合知识，掌握好基础知识，并且学会运用分析题目是解题关键。

【解答】

(1)据图可知，Na2CO3/K2CO3作复合添加剂时，钒浸出率最高，添加比例为1：1；

石煤提钒生产新工艺

２００１—０９，３３（５）　蔡晋强　石煤提钒生产新工艺　３７　

石煤提钒生产新工艺　

蔡晋强　（湖南省煤炭科研所，长沙４１０００４）　

摘要：回顾了石煤提钒传统工艺的形成过程，介绍了目前已在生产上应用的几种石煤提钒新工艺，对促进石煤　提钒的进一步发展提出了建议。　关键词：石煤；石煤提钒；新工艺；钒电池　中图分类号：呻１３５　１　１　文献标识码：Ａ　文章编号：１０（］６—４９９０（￣００１）０５—００３７—０２　ｌ近２０年来石煤提钒的技术进步　１．１焙烧舔加剂的多样化及平窑设计参数的优化　传统工艺以食盐为含钒石煤氧化钠化焙烧的添　加剂，焙烧烟气中的氧化氢和氯气对周围环境造成　严重污染　现在应用于生产上的焙烧添加剂有：（１）　食盐、钙盐二元添加剂，食盐配比从１０％以上下降　到５％左右。（２）无添加剂氧化焙烧。（３）无氯多元　添加剂　该多元添加剂以２—３种盐类为主，针对各　地石煤的特性再进行优化组合。笔者对传统平窑的　设计参数进行了优化，使之更适合于无氧焙烧工艺　的需要，采用改进后的平窑进行焙烧，其焙烧矿的酸　溶钒转化率可达到实验室实验的水平。　ｌ　２用酸浸代替水浸、用泡浸代替搅拌浸出　用５％左右的稀酸浸出代替水浸，使不加食盐　焙烧矿的转浸率达到５０％～５５％的水平。传统工　艺水浸时须将焙烧球团破碎，在９０　下机械搅拌浸　出，能耗高、劳动条件差、机械设备故障多，采用泡浸　时，只要将焙烧矿倒人池中再按液固比加人稀酸泡　浸数天．期间每隔一定时间将浸出液放人低位槽中　

食盐、钙盐　一圈一国一　再用泵打人浸出槽。泡浸延长了浸出时间，浸出池　数量也增多，但省去了机械搅拌及加热。操作方便，　运行可靠。当泡浸时闻足够时，其浸出率与搅拌浸　出相当。这明显降低了能耗，改善了劳动条件。　１．３用先进工艺从含钒稀溶液中回收钒　传统工艺采用水解法从含ｖ　３　Ｌ的浸出液　中沉淀粗钒，粗钒再经过碱溶除杂后获得富钒溶液。　将氧化铵加入富钒溶液中获得偏钒酸铵。新工艺均　省去了沉粗钒工序，直接从含钒稀溶液获得富钒溶　液或多聚钒酸铵。这样缩短了工艺流程，降低了能　耗，减少了含钒废水对环境的污染。新工艺有：　（１）溶剂萃取法提钒；（２）离子交换法提钒；（３）　酸浸液净化一酸性铵盐沉钒。　２石煤提钒厂生产新工艺　２．１　低盐焙烧～酸浸一溶剂萃取法提钒工艺　其生产工艺流程如图ｌ。该工艺钒的总收率为　４５％左右，产品质量＞９８％。萃取过程中出现的第　三相的处理是一个尚待解决的问题。　

提钒的原理和工艺设计

攀枝花学院本科课程设计

提钒的原理及工艺设计

学生姓名：罗浩

学生学号： 201111101041

院（系）：材料工程学院

年级专业： 2011级材料科学与工程

指导教师：李亮

二〇一三年十二月攀枝花学院本科课程设计摘要

I

摘要

钒是一种重要的战略物资，具有广泛的用途。钒被称为“现代工业味精”，是发展现代工业、现代国防和现代科学技术不可缺少的重要材料，可以添加于钢中、铁中，并以钛-铝-钒合金的形式用于航天领域。钒的化合物也十分有用，可以被广泛地用来生产如催化剂、化妆品、燃料以及电池等。在其它领域的应用也在不断扩展，且具有良好发展前景。基于钒的广泛用途，以提取和使用钒为目的全球产业也随之得以发展。石煤是我国独特的一种矶矿资源，储量极为丰富。从石煤中提取v205是获得钒的重要途径。文中旨在对传统提钒工艺流程进行评价的基础上，总结了石煤提钒中的一些新工艺，并对石煤提钒工艺前景进行了展望。

关键词石煤，提钒，焙烧，浸出攀枝花学院本科课程设计

ABSTRACT

II

ABSTRACT

Vanadium is an important strategic material and has many uses.

Vanadium is

called "industrial monosodium glutamate", is an important material in the development

of modern industry, modern national defense and indispensable part of the

石煤钒矿发电提钒工艺工业化试生产

第２６卷第６期　２０１０年１２月　湖南有色金属　ＨＵＮＡＮ　Ｎ０ＮＦＥＲＲＯＵＳ　ＭＥＴＡＬＳ　ｌ５　

石煤钒矿发电提钒工艺工业化试生产　谭爱华，刘景槐，刘振楠，牛　磊　（湖南有色金属研究院，湖南长沙４１００１５）　摘要：以Ｖ２Ｏ５０．８５％，发热值５　０００—６　５００　ｋＪ／ｋｇ的石煤钒矿为原料，采用循环化流化床发电一　飞灰提钒一尾渣生产水泥工艺，钒浸出率可达８２％一８３％，从石煤到产品五氧化二钒全流程回收　率达５１．７１％，生产１ｔ　Ｖ　Ｏ　可产出４～５　ｔ副产品白炭黑。工业试生产表明：该工艺提高了石煤资　源综合利用率，有效地降低了产品生产成本，有较好的社会经济效益。　关键词：石煤发电；飞灰提钒；尾渣利用　中图分类号：ＴＦ８４１．３　文献标识码：Ａ　文章编号：１００３—５５４０（２０１０）０６—００１５—０３　近年来，我国石煤提钒工业技术装备发展迅速，　石煤提钒企业数量和规模快速增加，石煤提钒工业　已进入快速发展轨道。但是传统工艺技术只开发了　石煤资源中的钒资源，产品单一，生产成本依旧偏　高。同时石煤中的热能没有有效利用，且产出的废　渣需要很大的渣场投资，维护费用较高，环境污染严　重…。湖南某企业采用石煤发电一飞灰提钒一尾渣　生产水泥工艺对湖南某石煤钒矿进行提钒工业化试　生产，该工艺充分利用了石煤的热能，资源综合利用　率高，有效地降低企业生产成本，减少了企业对周边　生态环境的破坏，社会经济效益明显，为石煤提钒工　业技术进步提供了新方法新思路，推动了石煤提钒　产业的发展。　１　石煤原料　采用湖南某地石煤钒矿，石煤平均含Ｖ　Ｏ　０．８５％，含碳１４％～１９％，发热值为５　０００～６　５００　ｋＪ／ｋｇ。石煤钒矿的主要成分列于表１。　表１　混合石煤钒矿样化学成分分析结果％　成分　Ｖ２０５　ＡＩ　Ｆｅ　Ｃａ　Ｓｉ　Ｓ　含量０．８５　２．８７　２．１４　０．３８　３３．８５　２．５２　成分　Ｍｇ　Ｋ　Ｎａ　０　Ｃ　发热值　含量０．０１　Ｏ．６５　０．０２　３８．５６　１８．１５　６　１００　ｋ．１／ｋｇ　２工艺流程　该企业利用碳质岩型石煤循环流化床焙烧，蒸　作者简介：谭爱华（１９８３一），女，助理工程师，主要从事有色金属冶炼　工艺研究。　汽进行发电，同时钒在飞灰中富集。飞灰采用空白　制粒焙烧一焙烧矿磨细烧碱浸出提取五氧化二钒和　生产副产品白炭黑。循环流化床产出的底渣和飞灰　提钒浸出渣作为水泥生产的原料使用。工艺流程如　图１所示。　３工业化试生产　３．１石煤发电　该企业使用ＤＨＣＦ４０—３．８２／２５０一Ｌ型单汽包　横置式循环炉，钢架结构，炉内设有埋管上升管，炉　外设有下降管，上部设有高、低两级过热器、减温器，　尾部设有省煤器和空气预热器。循环流化床产出蒸　汽入ＯＦ—Ｋ６—２发电机发电ｌ＿２　Ｊ。循环流化床和发　电机主要参数列于表２。　表２　循环流化床和发电机主要参数　循环流化床　发电机　名称　数量　名称　数量　额定蒸汽量／ｔ・ｈ　４０　额定励磁电压／ｖ　１１６．５　额定蒸汽压／ＮＰａ　３．８２　额定励磁电流／Ａ　４１２．４　额定蒸汽温度／℃４５０　额定定子电流／Ａ　２５０　热效率／％８０　额定转速／ｒ－ｍｉｎ　３　０００　床温／℃８５０—９５０　额定功率因数０．８　炉膛出口烟温／℃８００～９００　额定功率／ｋＷ　６　０００　循环流化床焙烧过程每天约处理石煤钒矿８００　ｔ，原矿经过二级破碎，矿粉最大粒度小于８　ｍｍ。粒　度分布：０～ｌ　ｍｍ占３０％，１～３　ｍｌＴｌ占３０％，３～６　ｍｍ　占３０％，６～８　ｍｍ占１０％。循环流化床床面积为１３　ＩＴＩ　，

含钒钢渣提钒研究背景、意义、目的与方法研究

1钒化合物性质及其应用 ................................................................................................................ 1

2钒资源在我国的分布情况 ............................................................................................................ 2

3 提钒工艺的发展 ........................................................................................................................... 3

4 现行含钒钢渣提钒方法简述 ....................................................................................................... 3

4.1 酸浸-碱溶法 ...................................................................................................................... 3

4.2 钠化焙烧提钒法 ................................................................................................................ 4

4.3 钙化焙烧提钒法 ................................................................................................................ 4

提高钒渣一次渣焙烧转化率工艺研究

卢明亮1，2，王岭1，田文祥2

(1．河北联合大学化学工程学院，河北唐山 063009；2．河北钢铁集团承钢公司钒制品厂，河北承德 067002)

摘要：承钢钒制品厂新建回转窑比原回转窑大，原有的焙烧经验和热工制度不能满足该回转窑生产的需要。生产初期，新建回转窑的一次渣转化率仅为76．91%，比原回转窑低3%。通过调整氧化气氛、苏打比、入窑温度、焙烧时间及焙烧温度等参数，熟料出窑后急冷，一次渣转化率可达83%。

关键词：钒渣；一次渣；焙烧转化率；工艺；研究

1 前言

V2O5生产主要以提钒炼钢钒渣为原料，生产工艺有钙化焙烧和氧化钠化焙烧2种。承钢钒制品厂以钒渣为原料，采用氧化钠化焙烧工艺生产V2O5。该工艺包括钒渣破碎、除铁、球磨、混配料、焙烧、浸出、除杂、沉淀、熔化分解、废水处理等工序，焙烧钒渣大多应用回转窑和多堂炉2种设备，承钢钒制品厂使用回转窑焙烧钒渣。

一次渣焙烧转化率(以下简称“转化率”)是钒产品生产中最重要的技术指标，决定着稀有钒资源的转化率、回收率和钒产品的生产成本。承钢钒制品厂新建回转窑比原回转窑的直径和长度均有增大。随着新建设备的投产，原有的焙烧经验和热工制度不能满足实际生产需要，原回转窑采用一次渣与盐碱混合焙烧，年平均转化率为79．5%。考虑环保要求，新建回转窑取消了氯化钠，单独采用纯碱与一次渣进行焙烧。由于下料量增加，回转窑的长度和内径增大，生产初期平均转化率仅为76．91%，比原回转窑降低2%～3%。

2 影响回转窑焙烧转化率的因素

影响回转窑焙烧转化率的因素有：钒渣质量及物相结构、焙烧工艺、焙烧设备。

2．1 钒渣结构

从承钢钒渣(表1)的化学成分看，该渣属于硅、钙偏高的低品位渣。可根据钒渣中钒尖晶石颗粒大小，调节精渣粒度及附加剂配比提高转化率。

由表1可知，承钢的钒渣钒含量低，钙、硅、铁含量高。在焙烧过程中，钒渣中的SiO2与附加剂中的Na2O生成低熔点玻璃质，炉料过早出现液相，炉料发粘、结块，大窑结圈，阻碍了钒的氧化和可溶性钒酸盐的生成。

钒的不同生产工艺

1浸出

1. 1 氧化焙烧法

石煤脱碳氧化焙烧在耐火砖砌成的小型立窑中进行。脱碳氧化焙烧过程中, 实际控制的参数有:入窑原料粒径: 粒径10～30 mm 约占80%( 粒径30～50 mm 和粒径5～10 mm 约占20% ) ;原料中水的质量分数平均12. 5% ( 部分> 14% ) ;焙烧温度: 预热层700～800 ℃,

燃烧层800～900 ℃( 燃烧层最高温度有时达1 000℃) , 冷却层600～750 ℃;停留时间: 总停留时间11 h ( 预热层4h, 燃烧层4 h 40 min, 冷却层2 h 20 min) ;残碳质量分数: 0. 4%～0. 8%;溶重烧失量: 15. 1%;生产能力: 熟料约1. 9 t / m2·日。石煤钒矿经焙烧后, 熟料的颜色有灰色、棕红色、浅褐色或暗( 深) 褐色。粒径大于30mm 的有黑色包心,

深褐色, 呈烧结状, 总量约占5%～10% 。经生产调试, 最后生产的浸出工艺流程为一段连续搅拌浸出, 浸出设备为我院设计的50 m3 和100 m3 偏心搅拌槽。浸出温度85℃ 、浸出时间20 h、浸出液固比1~

1. 2、矿石粒度100%- 0. 246mm、硫酸用量为矿石量的11%~ 12% , 原矿品位1. 1% V2O5, 浸出率为75%~ 82%。浸出矿浆的固液分离采用六级逆流浓密洗涤,洗涤模数为1. 8~ 2, 控制底流液固比1~ 1. 2, 洗涤效率为98% 。

1.2浮选法

针对石煤低钒低碳( V2 O5 品位0. 5%~ 0. 8%, 含碳量8%~ 12% )

的特点, 安徽冶金科学研究所通过小试及中试生产实践, 提出了! 浮选脱碳( 精煤) - 碳( 精煤) 焙烧浮选钒矿- 酸浸物料- 萃取提钒的工艺路线, 其基本流程如附图所示。

采用浮选脱碳( 精煤) - 碳( 精煤) 焙烧浮选钒矿- 酸浸物料- 萃取提钒∀工艺, 对黄山低钒低碳石煤进行处理, 钒的总回收率可达75.

钒及钒生产工艺

1

钒及钒生产工艺

第一章钒的性质及应用

一、钒的性质：

钒是一种十分重要的战略物资，在钢铁、电子、化工、宇航、原子能、航海、建筑、体育、医疗、电源、陶瓷等在国民经济和国防中占有十分重要的位置。

常温下钒的化学性质较稳定，但在高温下能与碳、硅、氮、氧、硫、氯、溴等大部分非金属元素生成化合物。例如：钒在空气中加热至不同温度时可生成不同的钒氧化物。在180℃下，钒与氯作用生成四氯化钒（VCl4）；当温度超过800℃时，钒与氮反应生成氮化钒（VN）；在800～1000℃时，钒与碳生成碳化钒（VC）。

钒具有较好的耐腐蚀性能，能耐淡水和海水的侵蚀，亦能耐氢氟酸以外的非氧化性酸（如盐酸、稀硫酸）和碱溶液的侵蚀，但能被氧化性酸（浓硫酸、浓氯酸、硝酸和王水）溶解。在空气中，熔融的碱、碱金属碳酸盐可将金属钒溶解而生成相应的钒酸盐。此外，钒亦具有一定的耐液态金属和合金（钠、铅、铋等）的腐蚀能力。

钒有多种氧化物。V2O3和V2O4之间，存在着可用通式VnO2n-1(3≤n≤9)表示的同族氧化物，在V2O4到V2O5之间，已知有V3O5、V3O7、V4O7、V4O9、V5O9、V6O11、V6O13等氧化物。工业上钒氧化物主要是以V2O5、V2O4和V2O3形式存在，特别是V2O5和生产尤为重要。它们的主要性质列于下表： 2

氧化物晶系颜色密度/g·cm-3 熔点/℃ 溶解性

V2O2

V2O3

V2O4

V2O5 等轴

菱形

正方

斜方浅灰

黑

蓝黑

橙黄 5.76

4.87

4.2～4.4

3.357 1790

1970～2070

1545～1967

650～690 不溶于水，溶于酸

不溶于水，溶于HF及HNO3

微溶于水，溶于酸及碱，不溶于乙醇

二、钒的应用

三、五氧化二钒的性质

V2O5是一种无味、无嗅、有毒的橙黄色或红棕色的粉末，微溶于水（质量浓度约为0.07g/L），溶液呈黄色。它在约670℃熔融，冷却时结晶成黑紫色正交晶系的针状晶体，它的结晶热很大，当迅速结晶时会因灼热而发光。V2O5是两性氧化物，但主要呈酸性。当溶解在极浓的NaOH中时，得到一种含有八面体钒酸根离子VO43-的无色溶液。它与Na2CO3一起共熔得到不同的可溶性钒酸钠。

石煤提钒原料

简介：

石煤提钒原料是一种重要的钒资源，广泛应用于冶金、化工、电池等行业。本文将对石煤提钒原料进行详细介绍，包括其定义、组成、分布、提取方法和应用等方面。

正文：

一、定义：

石煤提钒原料是指钒矿石中的主要组分为石煤的一种原料。石煤，又称沸石煤，是一种以阳离子矿物为主的火成岩。其特点是具有良好的物理和化学性质，可用作提取钒的原料。

二、组成：

石煤提钒原料主要由石煤、石英、长石和磷灰石等矿物组成。其中，石煤是主要的钒源，含有较高的钒含量，通常可达到1-3%左右。石英和长石等矿物则是石煤提钒原料中的辅助组分，其含量较低。磷灰石主要含有磷酸盐，对提取钒具有一定的影响。三、分布：

石煤提钒原料广泛分布于全球各地，尤以美国、俄罗斯、澳大利亚、南非和中国等国家和地区为主。其中，中国是世界上重要的石煤提钒原料供应国之一，主要分布在陕西、安徽、山西、辽宁和贵州等地。

四、提取方法：

石煤提钒原料的提取方法主要有物理、化学和生物法等。

1.物理法：物理法主要是指通过物理分离和浮选等方法，将石煤提钒原料与其他矿石进行分离，从而获得纯度较高的钒精矿。

2.化学法：化学法主要是指通过化学反应将石煤提钒原料中的有用成分转化为溶液，再经过萃取、脱水和还原等步骤，获得纯度较高的钒产品。

3.生物法：生物法是一种新兴的提取方法，主要利用微生物或酶类对石煤提钒原料进行生物浸出、生物提取和生物转化等过程，实现钒的高效提取。

五、应用：石煤提钒原料在冶金、化工、电池等行业有广泛的应用。

1.冶金行业：石煤提钒原料可以用于生产各种钢铁产品，提高钢铁的硬度和抗腐蚀性能。此外，钒也可用于生产合金钢、不锈钢和钢铁中的钢水调节剂等。

2.化工行业：石煤提钒原料可用于生产各种钒化合物，如钒酸铵、钒酸钠和钒酸钡等。这些化合物广泛应用于催化剂、染料、涂料和电镀等领域。

3.电池行业：石煤提钒原料中的钒可用于生产低温钠硫电池和钛酸锂电池等。这些电池具有较高的能量密度和长寿命，可用于储能和新能源车辆等领域。