某石煤钒矿的选矿与提钒试验研究.pdf

2 0 1 6 年第3 期有色金属 选矿部分 4 3 d o i 1 0 ．3 9 6 9 ／j ．i s s n ．1 6 7 1 - 9 4 9 2 ．2 0 1 6 ．0 3 ．0 1 0 某石煤钒矿的选矿与提钒试验研究 邢学永，万洪强，宁顺明，佘宗华 长沙矿冶研究院有限责任公司，长沙4 1 0 0 1 2 摘要对某石煤矿的提钒工艺研究结果表明，该石煤矿的最佳提钒工艺路线为预脱碳活化一浓酸熟化一水浸法提钒。 但矿区中石煤矿的最高发热值仅为34 5 0k J ／k g ，不能满足脱碳焙烧设备对燃料发热值的最低要求 燃料热值≥42 0 0k J ／k g 。 本研究根据矿山中钒资源主要分布于两个区域，且一个矿区钒资源储量少 占资源量的2 5 ．5 ％ ，矿石含钒含碳均较低，另一 个区域钒资源储量高 占资源量的7 4 ．O ％ ，矿石含钒含碳均较高的实际情况，对含钒含碳均较低的矿石进行选矿处理，得到 了V 2 0 5 含量为1 ．6 9 ％，热值为59 2 0k J ／k g 的碳精矿，将其作为高热值燃料与含钒含碳较高的矿石配制成热值≥42 0 0k J ／k g 的混合料后作为提钒原料，顺利解决了脱碳焙烧设备对燃料热值的要求。 关键词石煤；选矿；脱碳活化；提钒 中图分类号T F 8 4 1 ．3 ；T D 9 5 4文献标志码A文章编号1 6 7 1 - 9 4 9 2 2 0 1 6 0 3 - 0 0 4 3 - 0 5 E x p e r i m e n t a lR e s e a r c ho nM i n e r a lP r o c e s s i n ga n dV a n a d i u mE x t r a c t i o n f r o maS t o n eC o a lV a n a d i u n lO r e x l N GX u e y o n g ，W A NH o n g q i a n g ，N I N GS h u n m i n g 。S H EZ h o n g h u a C h a n g s h aR e s e a r c hI n s t i t u t eo fM i n i n ga n dM e t a l l u r g yC o ．，L t d ．，C h a n g s h a4 1 0 0 1 2 ，C h i n a A b s t r a c t T h er e s u l t so fv a n a d i u me x t r a c t r o np r o c e s s i n gr e a s e a r c ho nas t o n ec o a lo r es h o wt h a tt h eo p t i m u m r o u t eo fv a n a d i u me x t r a c t i o nf r o ms t o n ec o a li sa sf o H o w e d a c t i v a t i n gr o a s t i n g c o n c e n t r a t e ds u l f a t ea c i dc u r i n g l e a c h i n gw i t l lw a t e rp r o c e s s ，b u tt h eh i g h e s tc a l o r i f i cv a l u ei nt h es t o n ec o a lm i n i n ga J ℃ai so n l y34 5 0L I ／k g ，l e s s t h a nt h em i n i m u mr e q u i r e m e n t sf o rr o a s t i n ge q u i p m e n tc a l o r i f i cv a l u eo ft h ef u e l I 42 0 0k J ／k g ．V a n a d i u mm i n e r e s o u r c e sa r em a i n l yd i s t r i b u t e di nt h et w or e g i o n s ，ar e g i o no fv a n a d i u mr e s o u r c e sa c c o u n t e df o r2 5 ．5 ％，v a n a d i u m a n dc a r b o nc o n t a i n i n ga r el o w ，a n o t h e ra r e ao fv a n a d i u mr e s o u r c e sa c c o u n t e df o r7 4 ．O ％o ft h et o t a l ，v a n a d i u ma n d c a r b o nc o n t a i n i n gw e r eh i g h e r ．U n d e rt h ec i r c u m s t a n c e s ，ac a r b o nc o n c e n t r a t ew i t ht h eV 20 5g r a d eo f1 ．6 9 ％a n d t h ec a l o r i f i cv a l u e59 2 0k J ／k gw a sp r e p a r e db yu s i n gm i n e r a lp r o c e s s i n gf o rl o wc a r b o na n dl o wv a n a d i u ms t o n ec o a l O r e ．T h e n ，am i x t u r ew i t hc a l o r i f i cv a l u eg r e a t e rt h a no re q u a lt o42 0 0k J ／k gw a so b t a i n e db ym i r i n gc a r b o n c o n c e n t r a t ea sh i s hh e a tv a l u eo ff u e lw i t hh i 【s hv a n a d i u ma n dc a r b o ns t o n ec o a l ，a n dt h ep r o b l e mo fr o a s t i n g e q u i p m e n tf o rt h ec a l o r i f i cv a l u eo ff u e lr e q u i r e m e n t sw a ss u c c e s s f u l l yo v e r c o m e db yu s i n gt h e m i x t u r ea s ar a w v a n a d i u mm a t e r i a l ． K e yw o r d s s t o n ec o a l ；m i n e r a lp r o c e s s i n g ；d e c a r b u r i z a f i o na c t i v a t i o np r o c e s s ；v a n a d i u me x t r a c t i o n 石煤是由藻类、菌类等低级生物死亡后，在浅海 还原性环境中形成的一种腐泥无烟煤或藻煤，具有 高灰、高硫、低发热量和硬度大等特点，属于低品位 含钒资源。石煤钒矿中基本没有钒的独立矿物存 在，绝大部分是以类质同象形式部分取代三价铝或 三价铁存在于硅铝酸盐矿物 如含钒云母、电气石、 石榴石等 中，少部分以离子吸附形式存在于氧化铁 类和高岭土类矿物中。不同地区的石煤矿，由于生 基金项目“十二五”国家科技支撑计划项目 2 0 1 2 B A B 0 7 8 0 4 收稿日期2 0 1 5 - 0 6 - 1 2 修回日期2 0 1 6 - 0 3 1 5 作者筒介邢学永 1 9 7 8 一 ，男，河南漯河人，硕士，高级工程师。 成环境及矿物成分不一样，所采用的提钒工艺亦不 相同，针对不同类型的石煤矿，究竟采用哪种提钒工 艺比较合适，具体要通过矿物中钒的赋存形式和试 验研究进行确定。 本研究针对某石煤矿进行的提钒试验研究结果 表明，该石煤矿在采用预脱碳活化一浓酸熟化一水 浸出钒工艺处理后，矿石中钒浸出率最高可达 9 4 ．0 ％。该工艺的关键点在于石煤矿高温下短时的 万方数据 4 4 有色金属 选矿部分2 0 1 6 年第3 期 脱碳活化处理，但实际存在的问题是，我国石煤提钒 工艺技术研究水平远高于工程技术装备水平，现阶 段，低热值 松醇油2 4 粗 选 量单位g ； 浮选时间单位m i n ；下同 粗选精矿 粗选尾矿 图l不同磨矿细度浮选试验工艺流程 F i g ．1E x p e r i m e n tf l o wo fd i f f e r e n tg r i n d i n gf i n e n e s s 表4 可以看出，随着磨矿细度变细，碳粗精矿中 V 0 ，和碳的回收率逐渐升高，在一7 4 岬粒级占比 达到5 1 ．2 5 ％时，V O ，和碳的回收率分别为 7 1 ．2 3 ％、6 9 ．2 6 ％，品位分别为1 ．6 1 ％、1 6 ．1 5 ％，之 后再减小矿石粒度，试验结果变化不大。所以当磨 矿细度为一7 4 岬占5 1 ．2 5 ％时，效果最好。 表4不同磨矿细度试验结果 T a b l e4 T e s tr e s u l t so fg r i n d i n gf i n e n e s s，％ 3 ．1 ．2 矿浆浓度试验 矿浆浓度对浮选回收率、精矿质量、药剂消耗、 浮选时间、生产能力等都有很大影响。特别是随着 矿浆浓度增加，细粒的可浮性提高，如果细粒是有用 矿物，有利于提高回收率及精矿品位，反之，如果细 粒是脉石等无用矿物，经浮选后混入泡沫，会使精矿 质量降低。在磨矿粒度为一7 4 岬粒级占5 1 ．2 5 ％ 的条件下，按照图1 所示的工艺流程进行了不同矿 浆浓度的浮选试验，结果如表5 所示。 表5不同矿浆浓度试验结果 T a b l e5T e s tr e s u l t so fp u l pc o n c e n t r a t i o n ／％ 由表5 可知，当矿浆浓度从1 0 ％增加到4 0 ％ 时，碳粗精矿中钒的回收率先升高再下降，而碳的回 收率则一直升高，当矿浆浓度为3 0 ％时，钒的回收率 达到最大值7 2 ．8 8 ％，碳的回收率为7 1 ．7 8 ％，但增 加矿浆浓度到4 0 ％时，碳的回收率为7 1 ．8 4 ％，变化 不大，所以选择矿浆浓度为3 0 ％比较合适。 3 ．1 ．3 矿浆温度试验 矿浆温度也是影响浮选效果的一个重要因素， 虽然浮选一般都在常温下进行，但有时候为了获得 良好的分选效果，则需要将矿浆温度控制在一定的 范围内进行，在磨矿细度为一7 4p , m 粒级占 5 1 ．2 5 ％、矿浆浓度为3 0 ％的条件下，按图l 所示的 工艺流程对不同矿浆温度进行的浮选试验结果如表 6 所示，表6 试验结果表明，粗选矿浆温度对浮选效 万方数据 4 6 有色金属 选矿部分2 0 1 6 年第3 期 果影响不大，以室温 2 5 ℃ 为宜。 表6不同矿浆温度试验结果 T a b l e6T e s tr e s u l t so fp u l pt e m p e r a t u r e ／％ 3 ．1 ．4 粗选、扫选时间试验 在磨矿细度为一7 4p a n 粒级占5 1 ．2 5 ％、矿浆浓 度为3 0 ％以及室温条件下，分别考察了不同的粗选、 扫选时间对浮选指标变化的影响，试验工艺流程如 图2 ，试验结果如表7 所示。表7 的试验结果表明， 随着粗选、扫选时间的增加，碳粗精矿和扫精矿中碳 和钒的回收率也逐渐增加，但粗选时间从4m i n 增加 到5r a i n ，扫选时间从3m i n 增加到4r a i n 时，精矿中 碳和钒的回收率增加已不明显，所以粗选浮选时间 以4m i n 为宜，扫选浮选时间以3m i n 为宜。 含钒石煤 碳粗精矿 扫选精矿 尾矿 图2 粗选、扫选时间试验流程 F i g ．2 F l o w s h e e to fr o u g h i n ga n d s c a v e n g i n gt i m et e s t 3 ．1 ．5 碳浮选闭路流程试验 在碳粗选试验流程的基础上，对l 。矿样重新取 样进行了闭路流程试验，试验工艺流程如图3 所示， 试验结果如表8 所示。由表8 可见，经碳浮选闭路 流程试验获得的碳精矿中V O ，品位为1 ．6 9 ％，回收 率为6 7 ．8 0 ％，碳的品位为1 8 ．3 5 ％，回收率为 6 1 ．3 3 ％，经送样分析，碳精矿发热值为59 2 0 彤k g ， 可与发热值为34 5 0k J ／k g 的2 。矿样复配成发热值 为42 0 0k J ／k g 左右的混合样，经循环流化床锅炉脱 碳活化后用于后续提钒。 表7粗选、扫选时间试验结果 T a b l e7T e s tr e s u l t so fr o u g h i n ga n ds c a v e n g i n gt i m e ，％ 表8闭路流程试验结果 T a b l e8R e s u l t so fc l o s e d c i r c u i tt e s t ／％ 3 ．2 预脱碳活化焙烧 复配好的发热值为42 0 0k J ／k g 左右的混合样， 使用内径为1 2 0m m 的循环流化床锅炉，在8 0 0 9 0 0 ℃温度下焙烧1 ．0h ，同时控制焙烧尾气中0 2 含 量不小于1 0 ％，即可完成物料的脱碳活化。 3 ．3 脱碳料浓酸熟化法浸出提钒 脱碳活化后的混合矿，先加入占矿样质量1 0 ％ 的水将矿石润湿，然后再加入占矿样质量1 6 ％的 9 8 ％浓硫酸并混合均匀，之后在1 0 0o C 下熟化6 ．0 h ，熟化料用水按液固比2 1 在常温下搅拌浸出1 ．0 h ，进行固液分离后将浸出渣进行洗涤，浸出渣烘干 后送样分析V 0 ，含量，根据分析结果可计算出混合 矿经脱碳活化～浓酸熟化法浸出后，矿石中V 0 ，浸 出率为9 4 ．0 ％。 4结论 1 某石煤矿最佳提钒工艺为预脱碳活化一浓 酸熟化一水浸出钒，工艺的关键点在于石煤矿高温 下短时问脱碳活化处理。由于该石煤矿发热值较 低，如何提高石煤矿发热值以满足脱碳焙烧设备要 求成为技术的难点。 万方数据 2 0 1 6 年第3 期邢学永等某石煤钒矿的选矿与提钒试验研究 含钒石煤 4 7 云母中，两者所占比例分别为7 3 ．5 4 ％和2 2 ．9 2 ％， [ 2 ] 李茂林，刘鹏湖北通山石煤钒矿选矿预富集探索研 矿石中接近9 0 ％的碳是以游离碳形式存在，理论上 究[ J ] ．有色金属 选矿部分 ，2 0 1 4 3 4 5 - 4 9 ． 可通过浮选对碳质物进行回收，同时亦可回收矿石 [ 3 ] 篁，懋，黄孝挲，桂林低品位石煤浮选及提钒工艺研究 中大翼坌氅⋯⋯⋯。⋯⋯⋯⋯。⋯≯岩竽嚣誉篙≥的机械选矿抛尾工撕 4 采用调整刊氢氧化钠及水玻璃、捕收剂拦翌。。亮[ J r ’；色磊茹j - , ⋯2 0 ⋯1 0 4 一 ⋯2 5 - 2 ⋯8 ．⋯。 起泡剂松醇油对1 4 矿样进行的碳粗选浮选试验最佳 [ 5 ] 向T - ，冯其明，钮因健，等．选矿富集阿克苏石煤钒矿 工艺条件为磨矿细度为一7 4 斗m 占5 1 ．2 5 ％、矿浆 中的钒[ J ] ．材料研究与应用，2 0 1 0 ，4 1 6 5 - 7 0 ． 回收率为6 7 ．8 0 ％，碳的品位为1 8 ．3 5 ％，回收率为 [ 8 ] 李社锋低挥发份劣质燃料循环流化床燃烧特性研究 6 ∽戮篓黧燃之黜‰⋯⋯例絮黼鬈嚣采用预焙烧活化- 熟化工 。一6 1 氅翟到的碳精矿与曼登譬磐 望p 。主篇≤磊蔷芏茎磊茹．J f 、；茗磊 茹3 磊．毫 复配成发热值为42 0 0k J ／k g 左右的混合样，可在 ．⋯一⋯⋯～⋯⋯’ ’、“ 8 0 0 ～9 0 0o C 、内径为1 2 0m m 的循环流化床锅炉上 几八Ⅲ叫吼 万方数据