石煤型钒矿预富集技术研究现状_胡洋.pdf

石煤型钒矿预富集技术研究现状 胡洋何东升谢志豪吴玉元李克尧 （武汉工程大学兴发矿业学院， 湖北 武汉 430074） 摘要当前石煤提钒一般采用湿法浸出工艺， 由于矿石钒品位低， 造成浸出过程酸 （碱） 消耗量大。在浸出前 对石煤钒矿预富集， 能大幅降低生产成本。总结了我国石煤钒矿预富集技术的发展成果， 重点介绍了擦洗工艺、 重 选工艺、 浮选工艺和联合选矿工艺。对于采用常规的重选、 磁选、 浮选工艺难以有效富集的细粒黏土型石煤钒矿， 利 用其矿物硬度上或形状上的差异应用擦洗工艺能有效地富集。重选工艺处理量大、 设备结构简单、 成本低廉。浮选 工艺应用范围广、 适应性强、 分选效率高， 可以分选赋存状态复杂、 嵌布粒度细的石煤钒矿， 浮选富集的产品品质一 般较高。组分复杂的石煤钒矿， 采用单一选矿工艺难以高效地将含钒矿物和脉石矿物分离， 可根据矿石特性进行联 合工艺富集回收， 以发挥各种工艺的优势， 提高预富集效果。石煤钒矿预富集大幅减少了后续浸出的矿石处理量， 钒浸出率显著提升， 降低了生产成本。关于石煤型钒矿浮选药剂研究较少， 今后可结合当前先进的分子模拟技术进 行分子动力学机理研究浮选药剂与矿物表面的作用， 开发更为新型高效的浮选药剂； 研制适用于石煤钒矿重选的选 别设备； 在生产中逐渐淡化传统的选矿和冶金的界线， 选冶联合发展， 改进工艺流程， 提高石煤资源的综合利用率。 关键词含钒石煤预富集擦洗分级浮选联合工艺 中图分类号TD954文献标志码A文章编号1001-1250 （2018） -12-073-07 DOI10.19614/ki.jsks.201812013 Research Status of Pre-concentration Technology of Stone Coal Type Vanadium Ore Hu YangHe DongshengXie ZhihaoWu YuyuanLi Keyao2 （Xingfa School of Mining Engineering， Wuhan Institute of Technology， Wuhan 430074， China） AbstractAt present，wet process is usually adopted for vanadium extraction from stone coal. Due to the low grade of vanadium， the consumption of acid and alkali in leaching process is large. Pre-enrichment of the vanadium ore deposit before leaching can significantly reduce production costs. Summarizes the development results of the pre concentration technology of Chinas stone coal vanadium ore，and mainly introduces the scrubbing process，gravity separation process，flotation process and combined mineral processing technology. For the fine-grained clay-type stone-coal-vanadium ore， which is difficult to be effectively enriched by conventional heavy， magnetic and flotation ore processes， the scrubbing process can be effectively en- riched by utilizing the difference in hardness or shape of the mineral. The re-election process has large amount of processing capacity， simple equipment structure， and low cost， and the pre-enrichment of stone-coal vanadium ore should be given pref- erence. The flotation process has a wide range of applications， strong adaptability， and high sorting efficiency. It can be used to sort the stone-coal vanadium deposits with complicated state of occurrence and fine grain size，and the product quality of flotation and enrichment is generally higher. With the complex composition of the stone-coal vanadium ore， it is difficult to ef- ficiently separate the vanadium-bearing minerals from gangue minerals by using single beneficiation process，and other pro- cesses may be combined and enriched and recovered according to the characteristics of the ore. The coal-vanadium ore pre-en- richment technology has been gradually reduced the processing capacity， the vanadium leaching rate has been significantly in- creased， and the production cost has been reduced. In the future， advanced molecular modeling technology studies molecular dynamics mechanisms to study the role of flotation chemicals and mineral surfaces， develops new and more efficient flotation agents， and develops gravity separation equipment that is suitable for vanadium ore. In the production process， the traditional mineral processing and metallurgical boundaries will be gradually diverted，and the combination of smelting and metallurgy 收稿日期2018-11-10 基金项目国家自然科学基金项目编号 51674179， 湖北省自然科学基金项目编号 2014CFB794， 湖北省教育厅科研计划项目编号 Q20121504， 武汉工程大学青年基金项目编号 Q201405。 作者简介胡洋 （1992） ， 男， 硕士研究生。通讯作者何东升 （1979） ， 男， 教授， 博士。 总第 510 期 2018 年第 12 期 金属矿山 METAL MINE Series No. 510 December 2018 73 ChaoXing 胡洋等 石煤型钒矿预富集技术研究现状2018年第12期 焙烧过程中钙质石煤中的碳酸钙和氧化钙会与钒发 生化学反应， 生成不溶于水的钒酸钙， 影响钒的浸 出， 预先浮选除去石煤中的碳酸钙或氧化钙有利于 提高钒的水浸率 ［13-14］。通过反浮选的方法脱除高钙 石煤矿物中的白云石、 碳酸钙等耗酸物质， 既能提高 入冶钒品位， 减少冶炼处理量， 还能大幅降低冶炼的 酸用量。 陕西某高碳酸盐含钒石煤矿物组成复杂， 有石 英、 方解石、 黑云母、 钠长石、 石榴石、 黄铁矿、 闪锌矿、 绢云母、 重晶石等， 矿物之间嵌布关系复杂。闫明涛 等 ［15］针对该矿石特点， 采用丁基黄药浮选硫化矿物， 新型捕收剂GH浮选碳酸盐， 在磨矿细度为-0.074 mm 占91、 丁基黄药用量50 g/t、 2油用量40 g/t、 GH用量 400 g/t、 水玻璃用量2 kg/t条件下进行闭路试验， 获得 了V2O5品位为1.115、 回收率为83.76的预富集钒 精矿。 包申旭等 ［16］以湖北某云母型含钒石煤为研究对 象， 采用反浮选方解石正浮选含钒云母的工艺流 程， 浮选脱钙后对钒矿物进行1次浮选， 尾矿再磨再 选， 闭路试验可获得 V2O5品位为 1.15、 回收率为 70.86的预富集钒精矿。 张丽敏等［17］针对某银钒石煤矿钙含量高的特 点， 进行了反浮选脱钙工艺流程试验， 在原矿V2O5品 位0.93时， 闭路试验V2O5品位提高到1.48、 回收率 为95.21， 为下一步钒提取试验打下了基础。 2. 2炭质含钒石煤 炭质石煤中碳质矿物的可浮性较好， 不加以去 除会恶化含钒矿物的浮选效果。部分炭质石煤先通 过浮选脱碳， 不仅可以提高石煤中V2O5的品位， 也有 利于改善后续含钒矿物的浮选效果， 浮选脱除的碳 还可回收后作为燃料。炭质石煤浮选前除了采用浮 选工艺脱碳， 研究人员还借助焙烧手段脱碳。 孙伟等 ［18］以主要脉石矿物为石英的低品位含钒 石煤矿石为研究对象， 浮选脱碳后， 采用1粗2精4扫 的流程， 以ZS为抑制剂 （用量为2.0 kg/t） ， 阳离子捕收 剂TZC （用量为300 g/t） 和阴离子捕收剂PDC （用量为 150 g/t） 为组合捕收剂， 利用先脱碳后浮选的闭路试 验， 获得了V2O5品位为2.48、 回收率为81.15的预 富集钒精矿。 刘鹏 ［19］以V 2O5品位为0.78的石煤原矿为研究 对象， 采用焙烧脱碳后浮选钒矿物的工艺流程。焙 烧脱碳的石煤在磨矿粒度为-0.074 mm占80， 矿浆 pH为10的条件下， 以Pb （NO3）2同时作为云母的活化 剂及石英的抑制剂、 油酸钠为捕收剂经1粗1扫浮选 流程试验， 得到V2O5品位1.093、 回收率64.92的钒 精矿。对比试验表明， 在浮选时加入六偏磷酸钠可 抑制方解石， 最终能得到V2O5含量1.231、 回收率 64.67的预富集钒精矿。 湖北某含钒石煤 CaO 品位为 6.26， C 品位为 13.44， 属高碳型含钒石煤矿。边颖等 ［20］针对该矿 石特点， 在石煤焙烧脱碳后， 采用分散脱泥2油等 可浮选强化选钙混合精矿钙钒分离的新工艺， 在原矿V2O5品位0.71条件下， 闭路试验V2O5品位提 高至0.87， 大幅降低了后续酸浸工艺的酸消耗量。 湖南某石煤型钒矿石主要组成矿物为石英、 煤、 方解石、 云母类矿物等， 根据其矿物组成特性， 辜小 川等 ［21］在脱碳脱泥后， 使用阳离子捕收剂YL 1与阴 离子捕收剂十二烷基苯磺酸钠 （SDBS） 作为组合捕收 剂浮选钒矿物， 在原矿V2O5品位0.74条件下， 闭路 试验V2O5品位提高到2.04、 回收率达到83.41。 李茂林等［22］以湖北通山某石煤钒矿为研究对 象， 进行了钒矿物的富集回收试验， 石煤经焙烧脱碳 后， 在pH为10的碱性条件下， 以Pb （NO3）2作为云母 的活化剂及石英的抑制剂， 油酸钠为捕收剂， 加入六 偏磷酸钠抑制方解石， 经1次粗选1次扫选浮选流程 试验， 可以得到V2O5品位1.231、 回收率64.67的预 富集钒精矿。 张庆鹏 ［23］以陕西商洛V 2O5品位为0.92的石煤 钒矿为研究对象， 采用两段磨矿浮选脱碳尾矿直 接浮钒的工艺流程， 闭路试验获得了 V2O5品位为 2.43、 回收率为86.67的预富集钒精矿。 湖南某低品位石煤钒矿中钒主要赋存于云母类 矿物中， 云母中钒约占总钒量的78.13， 其次为褐铁 矿等氧化铁矿物及高岭石等黏土矿物中的钒， 约占 18.55， 金红石、 电气石、 石榴子石等硅酸盐矿物中 的钒约占3.32， 主要脉石矿物为石英、 蛋白石。针 对该矿石性质， 张丽敏等 ［24］采用两段浮选脱碳， 尾矿 1粗2扫浮选钒矿物流程进行了钒回收试验， 闭路试 验获得了V2O5品位为1.87、 回收率为86.05的预富 75 ChaoXing 集钒精矿。 某地石煤矿石中钒主要以类质同象或离子吸附 形式分布在碳质物和伊利云母中， 邢学永等 ［25］针对 该矿石特点， 采用1段粗选3段精选的碳浮选闭路流 程对碳和钒同时回收， 经闭路试验， V2O5品位从 0.71提高到1.69、 精矿V2O5回收率为67.80， 获 得的碳精矿碳品位为18.35、 回收率为61.33。 3重选工艺预富集 重选具有处理量大、 操作方便、 成本低等特点。 湖北某石煤中钒主要是以类质同象的形式赋存在云 母类矿物中， 云母类矿物多为片状结构， 而脉石矿物 的磨矿产品则为大小不等的粒状。边颖 ［26］等根据矿 石中不同矿物嵌布形式差异这一特性进行了摇床重 选试验， 石煤脱碳后， 在磨矿细度为-0.074 mm 占 63的情况下， 采用1粗1扫摇床重选流程处理， 可抛 出产率为12.99、 V2O5品位为0.21的尾矿， 钒金属 损失率仅为3.33。 4湿法筛分工艺预富集 部分含钒石煤矿物赋存状况较为简单， 根据其 粒度特性采用简单的湿法筛分就能有效富集。牛磊 等 ［27］针对陕西某V 2O5品位为0.82的黏土型硅质石 煤钒矿， 采用0.3 mm孔径筛子湿法筛分富集钒， 获得 V2O5品位为2.11、 回收率为82.54的预富集钒精 矿。该方法对矿石性质要求比较高， 适用性较为局 限。 5联合选矿预富集 大部分石煤矿石矿物组成复杂， 采用单一选矿 工艺难以实现含钒矿物和脉石矿物的有效分离， 需 要根据矿石特性引入多种工艺联合回收富集 ［28-32］。 向平等 ［33］以新疆阿克苏地区乌什县低品位石煤 钒矿为研究对象， 该地区存在2种不同类型的石煤钒 矿， 一种具有钒粒级分布极不均匀的特性， 另一种具 有钒物相分布不均匀的特性， 根据该地区钒分布特 点， 将2种类型的矿样按一定比例混合配制成综合矿 样， 采用湿式擦洗筛选浮选的联合工艺处理V2O5 品位约0.7的混合给料， 获得了V2O5品位大于3.2、 回收率大于74.5的预富集钒精矿。 陕西某低品位石煤钒矿的主要成分为 SiO2、 Al2O3、 CaO和C， 通过条件试验和流程对比， 最终确定 采用擦洗脱泥浮选的工艺流程， 在磨矿细度为-74 μm 占 25.15、 水玻璃用量为 2.0 kg/t、 矿浆浓度为 25、 搅拌速度为420 r/min的情况下， 进行擦洗脱泥 作业； 脱泥后沉砂在再磨细度为-74 μm占85、 捕收 剂十二烷氧基正丙基醚用量为150 g/t条件下， 全流 程闭路试验获得了 V2O5品位为 2.02、 回收率为 72.82的预富集钒精矿 ［34］。 毛益林等 ［35］以陕西某V 2O5品位为0.75的低品 位黏土钒矿为研究对象， 针对矿石中部分钒矿物赋 存在褐铁矿中的特点， 引入磁选工艺回收钒矿物的 赋存载体褐铁矿， 采用2段加药擦洗磁选工艺， 闭 路试验获得了V2O5品位为2.71、 回收率为79.31的 预富集钒精矿。 江西某石煤型钒矿中钒主要赋存于钒云母、 含 钒云母及褐铁矿中， 且部分含钒矿物具有弱磁性。 陈志强等 ［36］采用磁选浮选联合工艺， 浮选过程使 用高效抑制剂GZS抑制脉石矿物、 胺类捕收剂TAN 回收钒， 闭路试验获得了V2O5品位为1.41、 回收率 为 84.01的预富集钒精矿， 其金属钒损失率为 15.99。 刘源超等 ［37］以山西某石煤型钒矿为研究对象， 采用沉降脱泥磁选工艺流程， 在磨矿细度为-74 μm占35.78， 分散剂YZA用量为2.0 kg/t， 沉降浓度 为35， 沉降时间为5 min条件下， 经2段沉降脱泥， 沉砂在磁场强度为1.4 T条件下磁选， 闭路流程可获 得V2O5品位为2.10、 回收率为83.43的预富集钒精 矿。 李洁等 ［38］以湖北某黑色岩系钒矿为研究对象， 采用螺旋选矿机重选浮选联合流程成功抛尾， 闭 路试验获得了V2O5品位为1.49、 回收率为85.04的 预富集钒精矿。 何东升等［39］以湖北西部某含钒石煤为研究对 象， 先采用摇床重选， 重选预富集精矿V2O5品位达到 1.11、 回收率为77.43， 尾矿产率为40.66、 V2O5品 位降低至0.46、 钒损失率为22.57， 不能直接抛弃， 重选尾矿采用胺类药剂Z-2为捕收剂、 硫酸铝为抑制 剂进行浮选， V2O5品位提高至1.01， 获得的综合精 矿V2O5品位为1.07、 回收率可达92.56。 。 武宝新等［40］以湖南某难选石煤钒矿为研究对 象， 采用重选脱硫浮选选煤浮选选钒工艺流程， 选煤尾矿在碱性介质中使用阴离子捕收剂733选钒， 闭路试验可获得V2O5品位为1.11、 回收率为81的 预富集钒精矿。 湖南有色金属研究院 ［41］以某V 2O5品位为0.90 的高钙镁石煤钒矿为研究对象， 采用反浮选摇床 重选工艺对钙镁矿物与其他脉石进行脱除， 闭路试 验获得了V2O5品位为1.65、 回收率为83.09的预富 集钒精矿， 其中 CaO 与 MgO 的脱除率分别达到 95.08与93.21， 可大幅降低后续酸浸工艺成本。 湖北某云母型含钒石煤中钒主要赋存在白云母 和伊利石中， 刘鑫等 ［42］采用重选浮选联合工艺进 金属矿山2018年第12期总第510期 76 ChaoXing ［1］ ［2］ ［3］ ［4］ ［5］ ［6］ ［7］ ［8］ ［9］ ［10］ ［11］ ［12］ ［13］ ［14］ ［15］ 行预抛尾试验。在磨矿细度为-74 μm占70.9情况 下， 采用超极限螺旋溜槽粗选， 粗选中矿再磨至-74 μm占65.6情况下进行螺旋溜槽再选， 再选中矿磨 至-74 mm占75.6情况下正浮选， 试验可获得V2O5 品位为1.01、 回收率为87.60的预富集钒精矿。较 好地实现了提高酸浸给矿V2O5品位、 降低酸浸作业 矿量及耗酸矿物含量的目标。 6结语 （1） 石煤中钒未经富集直接浸出会造成浸出过 程处理量大、 浸出成本高、 废渣环境污染严重等问 题， 制约着我国石煤提钒工业的发展。对石煤原矿 中的钒预先富集， 提高品位后浸出， 能大幅减少矿石 处理量、 降低生产成本， 提高石煤资源的有效利用 率。我国目前常用的预富集处理技术主要包括分级 擦洗、 浮选工艺、 重选工艺、 联合工艺等多种工艺处 理手段。 （2） 目前， 关于石煤型钒矿专用浮选药剂研究较 少， 可采用现代分子模拟技术进行分子动力学机理 研究选矿药剂与矿物表面作用， 还应考虑浮选药剂 对后续工艺的影响， 着力开发新型、 高效的浮选药 剂， 并研制微细粒含钒矿物的重浮选设备。 （3） 选冶联合工艺将成为石煤提钒工业的发展 趋势， 将选矿与冶金有机结合， 淡化或取代传统选矿 和冶金以标准精矿为界、 截然分开的技术路线， 改进 工艺， 提高石煤资源的综合利用率。 参 考 文 献 何东升.石煤提钒焙烧与浸出过程机理 ［M］ .长沙中南大学出版 社， 20161-5. 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