湘西石煤中钒的氧化浸出动力学①_华骏.pdf

湘西石煤中钒的氧化浸出动力学 ① 华 骏１，２，３， 颜文斌１，２，３， 陈益超１，２，３， 高 峰１，２，３， 赵丹妮１，２，３ （１．吉首大学 化学化工学院，湖南 吉首 ４１６０００； ２．湖南省 ２０１１ 计划“锰锌钒产业技术”协同创新中心，湖南 吉首 ４１６０００； ３．矿物清洁生产与绿色功 能材料开发湖南省重点实验室，湖南 吉首 ４１６０００） 摘 要 在石煤提钒酸浸过程中加入助浸剂硝酸钠，研究了石煤氧化浸出机理。 单因素和正交试验结果表明，在浸出温度 ９５ ℃、固 液比 １∶２、硫酸用量 ２７％、浸出时间 １１ ｈ、搅拌速度 ６００ ｒ／ ｍｉｎ、硝酸钠用量 １％时，钒浸出率为 ９３．０４％。 直接酸浸和氧化酸浸动力学 研究表明，直接酸浸过程钒浸出属于化学反应控制，表观活化能为 ７０．４１ ｋＪ／ ｍｏｌ；氧化酸浸过程钒浸出属于化学反应控制，表观活化 能为 ４７．４３ ｋＪ／ ｍｏｌ。 氧化酸浸可以降低活化能，有利于石煤中钒的浸出。 关键词 石煤钒矿； 氧化浸出； 酸浸； 动力学； 活化能； 钒 中图分类号 ＴＦ８４１．３，Ｏ６４３．１２文献标识码 Ａｄｏｉ１０．３９６９／ ｊ．ｉｓｓｎ．０２５３－６０９９．２０１８．０５．０２４ 文章编号 ０２５３－６０９９（２０１８）０５－００９２－０４ Ｋｉｎｅｔｉｃｓ ｏｆ Ｏｘｉｄａｔｉｖｅ Ｌｅａｃｈｉｎｇ ｏｆ Ｖａｎａｄｉｕｍ ｆｒｏｍ Ｓｔｏｎｅ Ｃｏａｌ ｏｆ Ｘｉａｎｇｘｉ ｉｎ Ｈｕｎａｎ Ｐｒｏｖｉｎｃｅ ＨＵＡ Ｊｕｎ１，２，３， ＹＡＮ Ｗｅｎ⁃ｂｉｎ１，２，３， ＣＨＥＮ Ｙｉ⁃ｃｈａｏ１，２，３， ＧＡＯ Ｆｅｎｇ１，２，３， ＺＨＡＯ Ｄａｎ⁃ｎｉ１，２，３ （１.Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ ａｎｄ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ， Ｊｉｓｈｏｕ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ， Ｊｉｓｈｏｕ ４１６０００， Ｈｕｎａｎ， Ｃｈｉｎａ； ２.Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ Ｃｅｎｔｅｒ ｏｆ Ｍａｎｇａｎｅｓｅ-Ｚｉｎｃ-Ｖａｎａｄｉｕｍ Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ （２０１１ Ｐｌａｎ ｏｆ Ｈｕｎａｎ Ｐｒｏｖｉｎｃｅ）， Ｊｉｓｈｏｕ ４１６０００， Ｈｕｎａｎ， Ｃｈｉｎａ； ３.Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ｃｌｅａｎｅｒ Ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｏｆ Ｍｉｎｅｒａｌｓ ａｎｄ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ Ｇｒｅｅｎ Ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ ｉｎ Ｈｕｎａｎ Ｐｒｏｖｉｎｃｅ， Ｊｉｓｈｏｕ ４１６０００， Ｈｕｎａｎ， Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ Ａ ｌｅａｃｈｉｎｇ ａｉｄ， ｓｏｄｉｕｍ ｎｉｔｒａｔｅ ｗａｓ ａｄｄｅｄ ｉｎｔｏ ｔｈｅ ａｃｉｄ ｌｅａｃｈｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ ｖａｎａｄｉｕｍ ｆｒｏｍ ｓｔｏｎｅ ｃｏａｌ ｆｏｒ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｎｇ ｔｈｅ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ｏｆ ｏｘｉｄａｔｉｖｅ ｌｅａｃｈｉｎｇ ｏｆ ｓｔｏｎｅ ｃｏａｌ． Ｔｈｅ ｓｉｎｇｌｅ ｆａｃｔｏｒ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ａｎｄ ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ ｔｅｓｔ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ｌｅａｃｈｉｎｇ ａｔ ９５ ℃ ｆｏｒ １１ ｈ ｗｉｔｈ ｓｏｌｉｄ⁃ｌｉｑｕｉｄ ｒａｔｉｏ ａｔ １ ∶２， ｓｔｉｒｒｉｎｇ ｓｐｅｅｄ ａｔ ６００ ｒ／ ｍｉｎ， ｄｏｓａｇｅ ｏｆ ｓｕｌｆｕｒｉｃ ａｃｉｄ ａｎｄ ｓｏｄｉｕｍ ｎｉｔｒａｔｅ ａｔ ２７％ ａｎｄ １％， ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ， ｒｅｓｕｌｔｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｌｅａｃｈｉｎｇ ｒａｔｅ ｏｆ ｖａｎａｄｉｕｍ ｒｅａｃｈｉｎｇ ９３．０４％． Ｋｉｎｅｔｉｃｓ ｏｆ ｄｉｒｅｃｔ ａｃｉｄ ｌｅａｃｈｉｎｇ ａｎｄ ｏｘｉｄａｔｉｖｅ ａｃｉｄ ｌｅａｃｈｉｎｇ ｉｎｄｉｃａｔｅｄ ｔｈａｔ ｖａｎａｄｉｕｍ ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ ｉｎ ｄｉｒｅｃｔ ａｃｉｄ ｌｅａｃｈｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ ｗａｓ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ ｂｙ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｒｅａｃｔｉｏｎ， ａｎｄ ｔｈｅ ａｐｐａｒｅｎｔ ａｃｔｉｖａｔｉｏｎ ｅｎｅｒｇｙ ｗａｓ ｅｓｔｉｍａｔｅｄ ｔｏ ｂｅ ７０．４１ ｋＪ／ ｍｏｌ． Ａｎｄ ｖａｎａｄｉｕｍ ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ ｉｎ ｏｘｉｄａｔｉｖｅ ａｃｉｄ ｌｅａｃｈｉｎｇ ｗａｓ ａｌｓｏ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ ｂｙ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｒｅａｃｔｉｏｎ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ａｐｐａｒｅｎｔ ａｃｔｉｖａｔｉｏｎ ｅｎｅｒｇｙ ｅｓｔｉｍａｔｅｄ ｔｏ ｂｅ ４７．４３ ｋＪ／ ｍｏｌ． Ｉｔ ｉｓ ｃｏｎｃｌｕｄｅｄ ｔｈａｔ ｏｘｉｄａｔｉｖｅ ａｃｉｄ ｌｅａｃｈｉｎｇ ｃｏｕｌｄ ｌｏｗｅｒ ｔｈｅ ａｃｔｉｖａｔｉｏｎ ｅｎｅｒｇｙ， ｔｈｕｓ ｂｅｎｅｆｉｃｉａｌ ｔｏ ｔｈｅ ｌｅａｃｈｉｎｇ ｏｆ ｖａｎａｄｉｕｍ ｆｒｏｍ ｓｔｏｎｅ ｃｏａｌ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ ｓｔｏｎｅ ｃｏａｌ ｖａｎａｄｉｕｍ ｏｒｅ； ｏｘｉｄａｔｉｖｅ ｌｅａｃｈｉｎｇ； ａｃｉｄ ｌｅａｃｈｉｎｇ； ｋｉｎｅｔｉｃｓ； ａｃｔｉｖａｔｉｏｎ ｅｎｅｒｇｙ； ｖａｎａｄｉｕｍ 石煤钒矿是我国重要的钒资源。 湘西有“钒海” 之称，钒资源丰富、品位高，具有极高的开发价值［１－３］。 钒在石煤中大多存在于硅氧八面体的晶格中，结构稳 定［４］。 目前石煤提钒常用焙烧浸出和直接酸浸。 直 接酸浸是石煤提钒的主要发展方向，为了降低硫酸用 量，通常在硫酸溶液中加入一种或几种助浸剂，在浸出 过程中协同硫酸溶液强化对石煤中硅氧八面体晶格的 破坏程度，从而提高钒浸出率［５－１０］。 石煤湿法提钒浸 出过程符合缩芯模型，在高速搅拌下，反应速率取决于 固膜扩散速度或化学反应速度［１１－１２］。 确定浸出工艺 后，可考察不同的浸出温度对石煤矿直接酸浸、氧化酸 浸过程动力学的影响，确定其反应机理。 本文以硝酸钠为助浸剂，从动力学角度分析了石 煤氧化浸出机理，为湘西石煤提钒工艺提供理论基础。 ①收稿日期 ２０１８－０４－０１ 基金项目 国家自然科学基金（２１５６６０１０）；湖南省教育厅科研项目（１６Ｃ１３０５）；２０１７ 年“锰锌钒产业技术”湖南省 ２０１１ 协同创新中心开放 基金项目（ＪＳＫ２０１７ＭＺＶ０１３） 作者简介 华 骏（１９８６－），男，湖南新宁人，讲师，硕士，主要从事矿产资源加工、无机功能材料方面研究。 第 ３８ 卷第 ５ 期 ２０１８ 年 １０ 月 矿矿 冶冶 工工 程程 ＭＩＮＩＮＧ ＡＮＤ ＭＥＴＡＬＬＵＲＧＩＣＡＬ ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ Ｖｏｌ．３８ №５ Ｏｃｔｏｂｅｒ ２０１８ ChaoXing １ 实验部分 １．１ 实验原料、仪器与试剂 实验仪器包括 Ｘ 射线衍射仪（Ｙ－２０００ 型，丹东奥 龙射线仪器公司），数显搅拌器（ＳＸＴＱ－１ 型，郑州长城 科工贸有限公司），集热式恒温加热磁力搅拌器（ＤＦ－ １０１Ｓ，巩义市予华仪器有限责任公司），等离子发射光 谱仪（ｉＣＡＰ６３００，美国热电公司）等。 石煤钒矿取自湘西古丈某矿山。 实验试剂包括硫 酸、硝酸钠（分析纯，湖南邵阳市万华化工有限公司）。 １．２ 实验方法 １．２．１ 石煤钒矿的物相分析和化学成分测定 用粉碎机将钒矿石磨碎至 ２００ 目（７４ μｍ），用高 锰酸钾氧化⁃硫酸亚铁铵滴定法测定钒含量，用 Ｘ 射线 衍射仪进行物相分析，用等离子发射光谱仪分析主要 化学成分。 １．２．２ 浸出实验 称取矿粉 ５０ ｇ，考察硫酸体系以及硫酸加助浸剂 体系浸出温度、浸出时间、硫酸用量、助浸剂用量对钒 浸出率的影响。 ２ 结果与讨论 ２．１ 矿物分析 实验所用石煤的 Ｘ 射线衍射分析结果以及主要 化学成分如图 １ 和表 １ 所示。 3020104050607080 2 / θ ■ ● ■ ■ ■ ■ ● ● ● ●● ●● ● ● ● ● ● ●● 石英 含钒云母 图 １ 石煤 ＸＲＤ 分析结果 表 １ 石煤主要化学成分分析结果（质量分数） ／ ％ Ｖ２Ｏ５ＳｉＯ２ＢａＣｒＴｉＫＡ１ＣｕＦｅ ３．１８７５．６００．６７０．１３０．３３２．１０５．５００．１８１．８０ 由图 １ 和表 １ 可知，该矿样中主要物相为石英和 云母，二氧化硅含量高。 ２．２ 湘西石煤氧化浸出动力学机理研究 ２．２．１ 直接酸浸时 Ｈ２ＳＯ４用量对钒浸出率的影响 设定固液比（ｇ ∶ｍＬ）１ ∶２、搅拌速度 ６００ ｒ／ ｍｉｎ、浸 出温度 ９０ ℃、浸出时间 １０ ｈ，硫酸用量（酸矿质量比） 对钒浸出率的影响见图 ２。 由图 ２ 可知，在直接酸浸 提钒工艺中，硫酸用量对钒浸出率影响很大，要获得高 的钒浸出率，需要消耗较多硫酸。 当硫酸用量达到 ４５％时，钒浸出率为 ８３．９９％。 硫酸用量/ ■ ■ ■ ■ ■ 85 80 75 70 65 60 55 2530354045 钒浸出率/ 图 ２ 直接酸浸时硫酸用量对钒浸出率的影响 ２．２．２ 硝酸钠用量对钒浸出率的影响 设定硫酸用量 ３０％，其他条件不变，硝酸钠用量 （与矿石质量比）对钒浸出率的影响见图 ３。 从图 ３ 可 以看出，加入硝酸钠后钒浸出率明显提高，硝酸钠用量 达到 １％ 后，钒浸出率趋于稳定，此时钒浸出率为 ８６．２８％，较未加硝酸钠时的浸出率提高了 ２４．０７ 个百 分点。 直接酸浸时，硫酸用量达到 ４５％时钒的浸出率 才 ８３．９９％，表明加入硝酸钠后钒浸出率明显提高，硫 酸用量大幅下降。 硝酸钠用量/ ■ ■ ■ ■ ■ 90 85 80 75 70 65 60 0.00.51.01.52.0 钒浸出率/ 图 ３ 硝酸钠用量对钒浸出率的影响 氢离子可破坏石煤硅铝酸盐晶体结构释放出钒， 石煤中的三价钒属于强还原剂，性质不稳定且微溶于 酸性溶液，要从石煤中提取钒，需将 Ｖ（Ⅲ）氧化成酸 溶性的 Ｖ（Ⅳ）化合物，或水溶性的 Ｖ（Ⅴ）化合物［１３］， 而四价和五价钒盐易溶于酸性溶液，在酸性溶液中， φθ ＮＯ３－／ ＨＮＯ２ ＝ ０．９４， φθ ＮＯ３－／ ＮＯ ＝ ０．９５７， φθ ＶＯ ２＋ ／ Ｖ ３＋ ＝ ０．３５９， φθ ＮＯ３－／ ＨＮＯ２＞φ θ ＶＯ ２＋ ／ Ｖ ３＋ ，φθ ＮＯ３－／ ＮＯ＞φ θ ＶＯ ２＋ ／ Ｖ ３＋ ，硝酸钠有能力将 三价的钒氧化成四价，提高钒浸出率。 ３９第 ５ 期华 骏等 湘西石煤中钒的氧化浸出动力学 ChaoXing ２．２．３ 固液比对钒浸出率的影响 硝酸钠用量 １％、硫酸用量 ３０％，其他条件不变，固 液比对钒浸出率的影响见图 ４。 从图 ４ 可知，固液比为 １∶２时浸出率最大。 固液比太小，不利于搅拌，固液比 太大，溶液中硫酸浓度降低，影响钒的浸出。 故选择固 液比为 １∶２。 液固比 ■ ■ ■ ■ ■ 90 85 80 75 70 钒浸出率/ ∶1 1∶1 1.5∶1 2∶1 2.5∶1 3 图 ４ 固液比对钒浸出率的影响 ２．２．４ 搅拌速度对钒浸出率的影响 固液比 １∶２，其他条件不变，搅拌速度对钒浸出率 的影响见图 ５。 从图 ５ 可知，搅拌速度提高至 ６００ ｒ／ ｍｉｎ 时，浸出率最大，再增加搅拌强度，浸出率反而稍有下 降。 随着搅拌速度增加，石煤颗粒悬浮于溶液中，与浸 出剂充分接触，浸出率增加；而搅拌强度太大，固液两 相界面的传质速度会减小，不利于浸出。 故选择搅拌 速度 ６００ ｒ／ ｍｉｎ。 搅拌速度/r min-1 ■ ■ ■ ■■ ■ 90 85 80 75 700 2004006008001000 钒浸出率/ 图 ５ 搅拌速度对钒浸出率的影响 ２．２．５ 优化条件实验 硝酸钠用量 １％，固液比 １ ∶２，搅拌速度 ６００ ｒ／ ｍｉｎ， 硫酸用量、浸出温度、浸出时间为变量，进行 ３ 因素 ３ 水平正交实验，正交实验因素与水平如表 ２ 所示，实验 结果见表 ３。 从表 ３ 可知，对浸出率而言，影响因素作 用大小顺序依次为浸出温度＞硫酸用量＞浸出时间。 最佳工艺条件为浸出温度 ９５ ℃，硫酸用量 ２７％，浸出 时间 １１ ｈ，此时浸出率为 ９３．０４％。 表 ２ 正交实验因素与水平表 水平 浸出温度（Ａ） ／ ℃ 硫酸用量（Ｂ） ／ ％ 浸出时间（Ｃ） ／ ｈ １８５２７９ ２９０３０１０ ３９５３３１１ 表 ３ 正交试验结果 编号ＡＢＣ浸出率／ ％ １１１１６３．６１ ２１２２７４．６４ ３１３３７６．３３ ４２１２６８．７２ ５２２３８３．９７ ６２３１８３．３７ ７３１３９３．０４ ８３２１８７．４１ ９３３２８８．２６ 均值 １７１．５３７５．１２７８．１３ 均值 ２７８．６９８２．０１７７．２１ 均值 ３８８．５７８２．６５８４．４５ 极差１７．０４７．５３７．２４ ２．２．６ 石煤钒矿直接浸出动力学 确定硫酸用量 ２７％、固液比 １ ∶２、搅拌速度 ６００ ｒ／ ｍｉｎ，原矿在不同温度条件下浸出，分别利用公式 １－（１－η） １ ３、 １－ ２ ３ η－（１－η） ２ ３对钒浸出率进行处理，并 分析所得数据与时间 ｔ 的关系。 通过计算分析表明， １－（１－η） １ ３与时间 ｔ 呈现较好的线性关系（如图 ６ 所 示），说明该石煤矿直接酸浸过程属于化学反应控制 过程。 t/h ■ ■ ■ ■ ■ 0.35 0.30 0.25 0.20 0.15 0.10 0.05 0.00 42681012 ● ● ● ● ● ▲ ▲ ▲ ▲ ▲ ▲ ▲ ▲ ▲ ▲ 60 ℃ 70 ℃ 80 ℃ 90 ℃ ■ ● ▲ ▲ 1-1- 1 3 η 图 ６ 不同温度条件下直接酸浸浸出动力学曲线 固⁃液多相反应时，浸出温度对浸出反应速度的影 响也可以通过不同温度条件下浸出过程的反应活化能 来呈现。 根据 Ａｒｒｈｅｎｉｕｓ 公式 ｋ ＝ Ａｅｘｐ（ － Ｅａ／ ＲＴ）（１） ４９矿 冶 工 程第 ３８ 卷 ChaoXing 式中 Ａ 为频率因子；Ｅａ为表观活化能；Ｒ 为气体常数； Ｔ 为热力学温度。 式（１）可变形为 ｌｎｋ ＝－ Ｅａ／ ＲＴ ＋ Ｂ 当浸出温度从 ６０ ℃提高到 ９０ ℃时，以 ｌｎｋ 对 １／ Ｔ 作图，如图 ７ 所示。 T -1 ■ ■ ■ ■ -3.0 -3.5 -4.0 -4.5 -5.0 -5.5 -6.0 0.002720.002800.002880.002960.00304 lnk 图 ７ 直接酸浸 ｌｎｋ⁃１／ Ｔ 曲线 从直线方程中可以求出原矿直接酸浸（硫酸用量 ２７％）过程中活化能为 ７０．４１ ｋＪ／ ｍｏｌ。 由浸出理论可 知，当表观活化能大于 ４１．８ ｋＪ／ ｍｏｌ 时，此反应处于化 学反应控制区［１４］。 通过反应活化能的计算，进一步证 明了该石煤钒矿直接酸浸的浸出过程为化学反应控制 过程。 ２．２．７ 石煤钒矿氧化浸出动力学 确定硫酸用量 ２７％、固液比 １∶２、硝酸钠用量 １％、 搅拌速度 ６００ ｒ／ ｍｉｎ ，原矿在不同温度条件下浸出，分 别利用公式 １－（１－η） １ ３、 １－ ２ ３ η－（１－η） ２ ３对钒浸出率 进行处理，并分析所得数据与时间 ｔ 的关系。 当温度 为 ６０～９０ ℃时，１－（１－η） １ ３与 ｔ 有较好的线性关系（如 图 ８ 所示）。 这说明氧化酸浸出过程中，钒的浸出属 于化学反应控制过程，此时提高温度对提高浸出反应 速度作用明显。 t/h ■■■ ■ ■ 0.40 0.32 0.24 0.16 0.08 0.00 42681012 ● ● ● ● ● ▲ ▲ ▲ ▲ ▲ ▲ ▲ ▲ ▲ ▲ 60 ℃ 70 ℃ 80 ℃ 90 ℃ ■ ● ▲ ▲ 1-1- 1 3 η 图 ８ 不同温度下氧化浸出动力学曲线 当浸出温度从 ６０ ℃提高到 ９０ ℃，使用 ｌｎｋ 对１／ Ｔ 作图，如图 ９ 所示。 T -1 ■ ■ ■ ■ -3.0 -3.5 -4.0 -4.5 -5.0 -5.5 -6.0 0.002720.002800.002880.002960.003040.00312 lnk 图 ９ 氧化浸出 ｌｎｋ⁃１／ Ｔ 曲线 从直线方程中可以求出原矿氧化酸浸过程中反应 活化能为 ４７．４３５ ｋＪ／ ｍｏｌ，此反应处于化学反应控制 区。 通过反应活化能的计算，进一步证明了该石煤钒 矿氧化酸浸的浸出过程为化学反应控制过程。 ３ 结 论 １） 在直接酸浸过程中加入助浸剂硝酸钠，可提高 钒浸出率，降低硫酸用量，在 ９５ ℃、固液比 １ ∶２、硫酸 用量 ２７％、浸出时间 １１ ｈ、搅拌速度 ６００ ｒ／ ｍｉｎ、硝酸钠 用量 １％时，钒浸出率为 ９３．０４％。 ２） 直接酸浸和氧化酸浸动力学分析表明，直接 酸浸过程钒浸出属于化学反应控制，表观活化能为 ７０．４１ ｋＪ／ ｍｏｌ；氧化酸浸过程钒浸出属于化学反应控 制，表观活化能为 ４７．４３ ｋＪ／ ｍｏｌ。 氧化酸浸的活化能 降低，有利于石煤中钒的浸出。 参考文献 ［１］ 钟楚彬，刘耀驰． 石煤复合碱循环浸出提钒研究［Ｊ］． 矿冶工程， ２０１７，３７（４）９８－１０３． ［２］ 陈明辉，胡详昭，孙际茂，等． 湖南省寒武系黑色岩系页岩型钒矿 概论［Ｊ］． 地质找矿论丛， ２０１２，２７（４）４１０－４１９． ［３］ 高 峰，颜文斌，华 骏，等． 石煤浸出液分离富集钒的研究［Ｊ］． 矿冶工程， ２０１３，３３（５）９８－１００． ［４］ 梁泰然，谭立新． 复合型助浸剂对钒浸出率的影响［Ｊ］． 材料研究 与应用， ２０１６，１０（４）２５５－２５７． ［５］ 戴子林，张恩普． 从石煤钒矿中浸钒技术的研究现状［Ｊ］． 矿冶工 程， ２０１５，３５（６）８５－８８． ［６］ 蒋京航，叶国华，张世民，等． 石煤直接酸浸提钒工艺研究进展［Ｊ］． 矿冶， ２０１６，２５（６）３５－３９． ［７］ 颜文斌，胡蓝双，高 峰，等． 二氧化锰对石煤钒矿酸性浸出的影 响［Ｊ］． 稀有金属， ２０１３，３７（１）１３０－１３４． ［８］ 陈 放，张一敏，黄 晶，等． 二氧化锰对石煤提钒直接酸浸的影 响［Ｊ］． 化工进展， ２０１７，３６（３）１１２６－１１３３． ［９］ 杨 晓，张一敏，刘 涛，等． 含氟助浸剂对石煤提钒酸浸动力学 的影响［Ｊ］． 化学工程， ２０１３，４１（５）５９－６３． （下转第 ９９ 页） ５９第 ５ 期华 骏等 湘西石煤中钒的氧化浸出动力学 ChaoXing 少且多为闭孔结构。 对比 １＃、３＃和 ５＃样品发现，同一 温度下，随着煤矸石含量增加，煤矸石的助熔效果增 强，玻璃相和钙长石晶粒增加，但高温液相粘度过大， 阻塞孔洞，使气孔闭合。 这也恰好解释了气孔率随煤 矸石含量增多而减小、抗压强度却随之增大的原因。 图 ５ 不同条件下烧结样品 ＳＥＭ 照片 （ａ） ３＃样品，１ １００ ℃ 烧结； （ｂ） ３＃样品，１ １２０ ℃ 烧结； （ｃ） ３＃样品， １ １６０ ℃烧结； （ｄ） １＃样品，１ １２０ ℃烧结； （ｅ） ５＃样品，１ １２０ ℃烧结 ３ 结 论 １） 同一原料配方的多孔陶粒样品，随着烧结温度 升高，液相含量增加，导致样品气孔率下降、抗压碎强 度增大。 ２） 同一烧结温度下的多孔陶粒样品，随着煤矸石 添加量增加，烧结程度加深，气孔率下降，抗压碎强度 增大。 但煤矸石添加量过高，会导致液相粘度较大，致 使气孔闭合，甚至出现过烧及结构坍塌现象；另外还使 烧结温度范围变窄，不利于工业操作。 推荐粉煤灰与 煤矸石质量比为 ４６．２∶１９．８。 ３） 当粉煤灰与煤矸石质量比为 ４６．２ ∶１９．８、硬脂 酸添加量为３０％时，１１２０ ℃下烧结得到的多孔陶粒抗 压碎强度和气孔率都较高，晶相组成稳定，且内部多为 三维贯通的通孔结构，是性能较优的多孔陶粒。 参考文献 ［１］ 伊武军． 资源、环境与可持续发展［Ｍ］． 北京环境出版社， ２００１． ［２］ 王立刚． 粉煤灰的环境危害与利用［Ｊ］． 中国矿业， ２００１，１０（４） ２５－３４． ［３］ 黎飞虎，翟建平． 长兴电厂粉煤灰的微量元素含量及其安全性评 价［Ｊ］． 粉煤灰综合利用， ２００５（４）６－８． ［４］ 边炳鑫，解 强，赵由才，等． 煤系同体废物资源化技术［Ｍ］． 北 京化学工业出版社， ２００５． ［５］ 郭常颖，李多松，万田英． 粉煤灰资源化现状研究［Ｊ］． 煤炭工程， ２００５（１１）６８－６９． ［６］ Ｉｓｏｂｅ Ｔ， Ｋａｍｅｓｈｉｍ ａ Ｙ， Ｎａｋａｊｍｉａ Ａ， ｅｔ ａｌ． Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ ａｎｄ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｐｏｒｏｕｓ ａｌｕｍｉｎａ ｃｅｒａｍｉｃｓ ｗｉｔｈ ｕｎｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌｌｙ ｏｒｉｅｎｔｅｄ ｐｏｒｅｓ ｂｙ ｅｘｔｒｕ⁃ ｓｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ ｕｓｉｎｇ ａ ｐｌａｓｔｉｃ ｓｕｂｓｔａｎｃｅ ａｓ ａ ｐｏｒｅ ｆｏｒｍｅｒ［Ｊ］． Ｅｕｒ Ｃｅｒａｍ Ｓｏｃ， ２００７，２７（１）６１－６２． ［７］ 白佳海． 莫来石／ ＳｉＣ 复相多孔陶瓷的制备及性能研究［Ｊ］． 硅酸 盐通报， ２００６，２５（６）９２－９３． ［８］ Ｘｕ Ｇ Ｒ， Ｚｏｕ Ｊ Ｌ， Ｌｉ Ｇ Ｂ． Ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｓｉｎｔｅｒｉｎｇ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｏｎ ｔｈｅ ｃｈａｒ⁃ ａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｓｌｕｄｇｅ ｃｅｒａｍｓｉｔｅ［Ｊ］． Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｈａｚａｒｄｏｕｓ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ， ２００８，１５０（２）３９４－４００． ［９］ Ｚｏｕ Ｊ Ｌ， Ｘｕ Ｇ Ｒ， Ｌｉ Ｇ Ｂ． Ｃｅｒａｍｓｉｔｅ ｏｂｔａｉｎｅｄ ｆｒｏｍ ｗａｔｅｒ ａｎｄ ｗａｓｔｅｗａｔｅｒ ｓｌｕｄｇｅ ａｎｄ ｉｔｓ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ａｆｆｅｃｔｅｄ ｂｙ Ｆｅ２Ｏ３，ＣａＯ ａｎｄ ＭｇＯ［Ｊ］． Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｈａｚａｒｄｏｕｓ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ， ２００９，１６５（１－３）９９５－１００１． ［１０］ 吴建锋，冷光辉． 用 Ｂａｙｅｒ 法赤泥制备的多孔陶瓷滤料的结构与 性能［Ｊ］． 硅酸盐学报， ２００８，３６（１２）１７７５－１７８０． ［１１］ 熊 林，刘晓荣． 粉煤灰基多孔陶瓷过滤材料的制备和性能［Ｊ］． 北京科技大学学报， ２０１１，３３（３）３１８－３２２． ［１２］ 吴庆波，刘立强． 用粉煤灰和赤泥为原料制备多孔陶瓷的研 究［Ｊ］． 粉煤灰综合利用， ２０１３（４）４４－４７． ［１３］ 万 军，刘恒波，宋 美，等． 利用赤泥制备高强陶粒的试验研 究［Ｊ］． 矿冶工程， ２０１１，３１（５）１１１－１１３． ［１４］ ＧＢＴ１９６６１９９６． 多孔陶瓷显气孔率、容重实验方法［Ｓ］． 引用本文 杨艳茹，麻永林，王 军． 粉煤灰⁃煤矸石质多孔陶粒的制备 研究［Ｊ］． 矿冶工程， ２０１８，３８（５）９６－９９． （上接第 ９５ 页） ［１０］ 华 骏，颜文斌，高 峰，等． 湘西石煤湿法提钒中复合添加剂的 研究［Ｊ］． 矿冶工程， ２０１６，３６（１）７２－７５． ［１１］ 张国范，闫继武，刘 琨，等． 石煤脱硅渣中钒的浸出动力学［Ｊ］． 有色金属（冶炼部分）， ２０１２（６）１－３． ［１２］ 徐耀兵，骆仲泱，王勤辉，等． 石煤灰渣酸浸提钒工艺中钒的浸出 动力学［Ｊ］． 过程工程学报， ２０１０，１０（１）６０－６４． ［１３］ Ｙｉ⁃Ｍｉｎ Ｚｈａｎｇ， Ｓｈｅｎ⁃Ｘｕ Ｂａｏ， Ｔａｏ Ｌｉｕ， ｅｔ ａｌ． Ｔｈｅ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｆ ｅｘｔｒａｃｔｉｎｇ ｖａｎａｄｉｕｍ ｆｒｏｍ ｓｔｏｎｅ ｃｏａｌ ｉｎ Ｃｈｉｎａ Ｈｉｓｔｏｒｙ， ｃｕｒｒｅｎｔｓｔａｔｕｓ ａｎｄ ｆｕｔｕｒｅ ｐｒｏｓｐｅｃｔｓ［Ｊ］． Ｈｙｄｒｏｍｅｔａｌｌｕｒｇｙ， ２０１１，１０９１１６－１２４． ［１４］ 李浩然，冯雅丽，罗小兵，等． 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