提钒尾渣常压酸浸提钒.pdf

第6 2 卷第4 期 2010 年11 月 有色金 属 N o n f e r r o u M e t a l s V o L6 2 ，N o ．4 N o v ．201O 提钒尾渣常压酸浸提钒 樊刚，魏昶，葛怀文，李曼廷，邓志敢，李存兄 昆明理工大学材料与冶金工程学院，昆明6 5 0 0 9 3 摘 要针对提钒尾渣的矿物特点，通过加入氢氟酸破坏矿物结构后用高锰酸钾氧化溶解钒。结果表明，能把包裹钒的矿物 破坏，促进钒的浸出。达到较理想的浸出效果。尾渣提钒不适宜两段浸出。最佳浸出条件为H s O 。浓度1 5 0 9 L - 。、H F 浓度3 0 9 L - 。、K M n O 。用量为3 ．3 3 ％、液固比L S 5 1 、浸出时间4 h 。在此条件下钒的浸出率可达8 2 ．8 6 ％。 关键词冶金技术；钒；尾渣；常压酸浸；正交试验 中图分类号T F 8 4 1 ．3文献标识码A文章编号1 0 0 1 0 2 1 1 2 0 1 0 0 4 0 0 6 5 0 4 钒是一种重要的有色金属，钒及其合金在应用 中表现出许多重要的性质，涵盖了冶金、石油化工、国 防工业等领域。1 。在我国提取钒的自然资源钒钛磁 铁矿和含钒石煤中，作为我国主要钒资源的钒钛磁铁 矿，V 以类质同象赋存在钛磁铁矿中。我国9 0 ％以上 的钒钛磁铁矿又集中于攀西地区，工业储量约8X 1 0 9 t 。钒渣经数次提取V O ，之后，遗弃的废渣 即提 钒尾渣 中V 0 ，含量约在1 ．5 ％左右，钒含量相当 高。攀钢每年大约要排放3 0 0 0 k t ，大量废渣堆积如 山，不仅占用了大量的土地，而且污染了环境旧。7o 。 用加压成型- 钠化焙烧对此废渣进行再提取钒， 工艺钒提取率 9 9 ．5 ％ ，为分析纯试剂。 1 ．3 试验装置 常压浸出所需的仪器设备包括D Z K W - 4 电子恒 温水浴锅、五口圆底烧瓶、双回流冷凝管，精密增力 电动搅拌器、2 X Z - 4 旋片真空泵等。 1 ．4 基本原理 岩石中钒的赋存状态主要有呈吸附状态的易浸 出钒和以类质同相形式存在的难浸出钒。已有研究 表明口一’8 。1 1 | ，全部钒均以低价酸碱不溶性钒形式存 在于钒渣的主要矿相钒铁尖晶石中。尾渣中主要钒 也为V ㈣，在浸出过程中将不溶性三价钒尽量多的 转化为可溶性的四价或五价钒，才能保证全流程有 较高的钒回收率。为了提高钒的转浸率，必须破坏 矿物晶格结构，在传统工艺中用焙烧的方法提钒也 是为了打开矿物结构，使赋存在晶体结构中的钒释 放出来。 此处在以硫酸为基础浸出酸的情况下，通过加 入氢氟酸来破坏结构后用高锰酸钾来氧化溶解钒的 方法，氢氟酸可破坏硅酸盐矿物的晶体结构。 1 ．5 试验过程 常压试验采用2 L 五口烧瓶作浸出容器，机械搅 拌，水浴加热，双回流冷凝管。将分析纯H s O 。加 水稀释，称取磨细提钒尾渣1 5 0 9 加入容器，量取二 定体积H s 0 。，倒人烧瓶，摇匀。加热达到温度后加 入H F ，在一定时间后加入氧化剂K M n O 。。恒温浸 出反应至一定时间后迅速打开瓶塞，矿浆用真空抽 滤过滤，固液分离，浸出渣洗涤数次，取浸出渣进行 钒浸出率计算。 钒的浸出率 r ／ 计算公式为町 [ 1 一m y ／ m 。O t ] 1 0 0 ％，式中叼为钒的浸出率，／r ／, 。为浸出 物料质量，m 为浸出渣质量，a 为物料中钒V 含量， 7 为浸出渣中V 含量。 2 试验结果分析讨论 2 ．1 一段浸出 2 ．1 ．I 正交条件试验。为综合考察提钒尾渣氢氟 酸加氧化剂浸出提钒过程，采用5 因素4 水平正交 表L ，。 4 5 ，对矿物进行正交试验，探索较佳工艺条 件。因素A 硫酸浓度／ g L ’1 7 5 ，1 0 0 ，1 2 5 ，1 5 0 。 因素B 氢氟酸浓度／ g L 。 1 0 ，2 0 ，3 0 ，4 0 。因素 C 高锰酸钾／％3 ．3 3 ，6 ．6 7 ，1 0 ，1 3 ．3 2 。因素D 液固 比3 ，4 ，5 ，6 。因素E 时间／h 2 ，3 ，4 ，5 。固定条件 为每次加入矿物1 5 0 9 9 5 ％一2 5 0 1 x m ，温度8 5 。C ， 搅拌速度5 0 0 r m i n ～。结果如表2 所示，方差分析 见表3 。 表2 正交试验结果 T a b l e2R e s u l t so fo r t h o g o n a le x p e r i m e n t 影响因素 ．。一 ABCDE 浸出率 编号而翟1 鼍而■赢。。 g L “ g L “ ／％ 1 61 5 04 03 ．3 3538 1 ．0 4 从表2 可见，在不同浸出条件下钒的浸出率相 差较大 7 ．3 9 ％～8 1 ．0 4 ％ ，其中1 6 号试验的钒浸 出率在本组试验中最高为8 1 ．0 4 ％，其次为6 号 7 4 ．5 0 ％ 和1 1 号 7 3 ．7 1 ％ 。提钒尾渣提钒过程 中浸出剂浓度、氧化剂用量、浸出时间、矿浆液固比 等因素对钒的浸出率均有不同程度影响。 由表3 方差分析结果可知，F 。 1 8 ．3 8 小于 F 0 ．0 l 3 ，3 2 9 ．4 6 ，但大于F 0 ．0 5 3 ，3 9 ．2 8 ，说 明C 因素 氧化剂K M n O 。用量 对浸出率的影响是 高度显著影响。F 。 8 ．8 4 小于F o ．0 5 3 ，3 9 ．2 8 ，但大于F 0 ．1 0 3 ，3 5 ．3 9 ，说明D 因素 液 固比 对浸出率的影响是较显著影响。F 。 2 ．5 3 ， F 。，F ． 0 ．3 7 ／J 、于F 0 ．2 0 3 ，3 2 ．9 0 ，说明B 因 万方数据 第4 期樊刚等提钒尾渣常压酸浸提钒 6 7 素、E 因素和A 因素对浸出率影响甚微。各因素对 浸出率影响大小顺序为C K M n O 。用量 D 液固 比 B H F 浓度 E 浸出时间 A H S O 。浓 度 。 也说明，在常压条件下H 可进入矿物晶格中， 并使金属离子半径发生变化，钒也被释放出来并被 氧化进入溶液，所以钒的浸出率较高。也可知道，在 常压酸性和有氧化剂存在的环境下，尾渣提钒可行。 表3 正交试验方差分析 T a b l e3 A n a l y s i so fv a r i a n c eo fo r t h o g o n a le x p e r i m e n tr e s u l t 2 ．1 ．2 验证试验。以表2 中的3 个较好试验为基 础，结合表3 方差计算结果，取尾渣1 5 0 9 9 5 ％一 2 5 0 1 x m ，试验初始H F 浓度为3 0 g L 一 ，氧化剂 K M n O 。为3 ．3 3 ％ 5 9 ，温度8 5 。C ，时间4 h ，搅拌速 度5 0 0 r m i n ～，变动初始H s O 。浓度和液固比，其 他条件不变，做验证试验6 组，结果如表4 所示。 ．表4 验证试验结果 T a b l e4R e s u l t so fv a l i d a t i n ge x p e r i m e n t 由表5 可见，随液固比的增大和H S O 。浓度的 增加，渣率减小，钒浸出率增高。当L S 5 1 ，初始 H s 0 。浓度为1 5 0 9 L 一时，钒浸出率最高为 8 2 ．8 6 ％。 较佳浸出条件为初始H s O 。浓度1 5 0 9 L ～、 H F 浓度3 0 9 L ～、氧化剂K M n O 。为3 ．3 3 ％ 5 9 、 液固比L S 5 1 、浸出时间4 h 。 2 ．2 两段浸出 两段钒的浸出率要高于一段试验，由于是两段 浸出，可适当降低始酸浓度，以降低成本和试验操作 难度。 参考一段正交优化验证试验条件，进行两段浸 出。取原料1 5 0 9 ，初始H S O 。浓度1 2 5 9 L ～、H F 浓 度3 0 9 - L ～、浸出温度8 5 。C 、液固比L S 4 1 、浸出 时间3 h ，搅拌速度5 0 0 r ／m i n ，变动氧化剂K M n O 。用量 进行平行I 段浸出。然后取I 段浸出渣1 5 0 9 进行Ⅱ段浸 氧化剂 滤液 原矿 浸出荆 滤渣 图1常压酸浸工艺流程 F i g ．1 F l o w s h e e to fa c i da t m o s p h e r i cp r e s s u r e l e a c h i n ge x p e r i m e n t 出试验，条件为初始H S O 。浓度1 5 0 9 L ～、氧化剂 K M n O 。为3 ．3 3 ％ 5 9 、浸出时间4 h ，其余条件同I 段。对钒渣率和浸出率的影响如表5 所示。 表5 两段浸出结果 T a b l e5R e s u l t so ft w o s t a g el e a c h i n ge x p e r i m e n t 由表5 可见，I 段浸出氧化剂K M n O 。用量对浸 出影响不大，Ⅱ段浸出的效果不佳，浸出率只有 1 2 ．5 2 ％，两段浸出的总浸出率为7 9 ．1 1 ％，与一段 最佳浸出条件的浸出率8 2 ．8 6 ％相当。综合经济 性，含钒尾渣不适宜进行两段浸出。常压酸浸试验 工艺流程图如图1 所示。 一 万方数据 6 8 有色金属第6 2 卷 3结论 尾渣提钒，氧化剂K M n O 。用量对浸出率的影响 是高度显著影响，液固比对浸出率的影响是较显著 影响，而H F 浓度、浸出时间和H S O 。浓度对浸出率 影响甚微。说明在常压条件下H 可进入矿物晶格 中，并使金属离子半径发生变化，钒也被释放出来并 被氧化进入溶液，所以钒的浸出率较高。在常压酸 性和有氧化剂存在的环境下，尾渣提钒是可行的。 随液固比的增大和H S O 。浓度的增加，渣率减小， 参考文献 钒浸出率增高。当L S 5 1 ，初始H s O 。浓度为 1 5 0 9 L 一时，钒浸出率最高为8 2 ．8 6 ％。获得较佳 工艺条件在初始H s O 。浓度1 5 0 9 L ～、H F 浓度 3 0 9 L ～、氧化剂K M n O 。为3 ．3 3 ％ 5 9 、液固比 L S 5 1 、浸出时间4 h 、温度为8 5 ％。此条件下浸 出率可达8 2 ．8 6 ％。 两段浸出试验说明，提钒尾渣不适宜进行两段 酸浸提钒。 [ 1 ] 杨静翎，金鑫．酸浸法提钒新工艺的研究[ J ] ．北京化工大学学报，2 0 0 7 ，3 4 3 2 5 4 2 5 7 ． [ 2 ] 陈勇，娜孜拉扎曼别克，潘丽英，等．从湿冶钒渣中回收V 0 ，的试验研究[ J ] ．干旱环境监测，2 0 0 1 ，1 5 1 6 8 ． [ 3 ] 董元篪，武杏荣，余亮，等．含钒钢渣中钒再资源化的基础研究[ J ] ．中国工程科学，2 0 0 7 ，9 1 6 3 6 8 ． [ 4 ] 陈东辉，岳庆丰．从提钒废渣中再提钒的新技术研究[ J ] ．钒钛，1 9 9 2 ， 4 1 6 ． [ 5 ] 梁江龙，方正，李浩然，等．酸浸法从黏土钒矿中提钒[ J ] ．有色金属，2 0 0 8 ，6 0 1 8 0 一8 2 ． [ 6 ] M o s k a l y kRR ，A l f a n t a z iAM ．P r o c e s s i n go fv a n a d i u m ar e v i e w [ J ] ．M i n e r a l sE n g i n e e r i n g ，2 0 0 3 ，1 6 9 7 9 3 8 0 5 ． [ 7 ] L a nY a o z h o n g ，L i uJ i n ．R e v i e wo fv a n a d i u mp r o c e s s i n gi nC h i n a [ J ] ．E n g i n e e rS c i e n c e ，2 0 0 5 ，3 3 5 8 6 2 ． [ 8 ] 徐永新，杨欢．石煤提钒的最佳焙烧酸浸条件[ J ] ．有色金属，2 0 0 8 ，6 0 3 7 4 7 6 ． [ 9 ] 冯其明，何东升，张国范，等．石煤提钒过程中钒氧化和转化对钒浸出的影响[ J ] ．中国有色金属学报，2 0 0 8 ，1 7 8 1 3 4 8 1 3 5 2 ． [ 1 0 ] 恩阿瓦托林．钒渣的氧化[ M ] ．王长林译．北京冶金工业出版社，1 9 8 2 8 7 9 7 ，1 1 5 1 1 8 ． V a n a d i u mR e c o v e r yf r o mE x t r a c t e dV a n a d i u mR e s i d u eb y A t m o s p h e r i cP r e s s u r eA c i dL e a c h i n g F A NG a n g ，形E ，C h a n g ，G EH u a i w e n ，L IM i n - t i n g ，D E N GZ h i - g a n ，L IC u n x i o n g F a c u l t yo fM a t e r i a la n dM e t a l l u r g yE n g i n e e r i n g ，K u n m i n gU n i v e r s i t yo fS c i e n c ea n dT e c h n o l o g y ，K u n m i n g6 5 0 0 9 3 ，C h i n a A b s t r a c t O nt h eb a s i so ft h ec h a r a c t e r i s t i c so fe x t r a c t e dv a n a d i u mr e s i d u e ．t h ev a n a d i u mi se x t r a c t e db ya d d i t i o no f h y d r o f l u o r i ca c i dt od e s t r o yt h es t r u c t u r eo ff e r r o s p i n e la n dt h e nb yp o t a s s i u mh y p e r m a n g a n a t eo x i d i ct or e s o l v et h e v a n a d i u m ．T h er e s u l t si n d i c a t et h a tt h ew r a p p i n go fv a n a d i u mb yv a n a d i u mf e r r o s p i n e lcanb ed e s t r o y e d ，a n dS O t h a ti si nf a v o ro ft h e i rv a n a d i u ml e a c h i n g ，t h ei d e a ll e a c h i n gr e s u l t scanb eo b t a i n e d ，b u tt w o - s t a g el e a c h i n gi sn o t s u i t a b l e ．T h eo p t i m a lc o n d i t i o no fv a n a d i u me x t r a c t i o ni ss u l p h u r i ca c i dv a l u e15 0 9 L ～。h y d r o f l u o r i ca c i dv a l u e 3 0 9 L ～，p o t a s s i u mh y p e r m a n g a n a t ed o s a g e3 ．3 3 ％，L Sp h a s er a t i o5 1 ，l e a c h i n gt i m e4 h ．U n d e rt h i s c o n d i t i o n ．t h el e a c h i n gp e r c e n to fv a n a d i u mr e a c h e s8 2 ．8 6 ％． K e y w o r d s m e t a l l u r g i c a lt e c h n o l o g y ；v a n a d i u m ；r e s i d u e ；n o r m a lp r e s s u r ea c i dl e a c h i n g ；o r t h o g o n a l e x p e r i m e n t a l 万方数据