湖南某脱碳石煤的选矿试验研究.pdf

2 0 1 4 年第5 期有色金属 选矿部分 6 7 d o i 1 0 J 9 6 9 ／j ．i s s n ．1 6 7 1 - 9 4 9 2 ．2 0 1 4 ．0 5 ．0 1 6 湖南某脱碳石煤的选矿试验研究 辜小川1 , 2 孙伟2 ，刘润清2 ，宋韶博2 ，陈秀珍2 1 ．万宝矿产有限公司，北京1 0 0 0 5 3 ；2 ．中南大学资源加工与生物工程学院，长沙4 1 0 0 8 3 摘 要传统的石煤提钒工艺中钒回收率低、环境污染严重。在工艺矿物学研究的基础上，采用浮选对某脱碳石煤矿进 行了条件试验和闭路试验，设计出了“优先脱碳一脱泥浮选”联合提钒流程。结果表明，石煤中主要含钒矿物为钒云母， 主要的脉石矿物为石英，通过闭路浮选试验得到了V 2 0 ，品位为2 ．0 4 ％、回收率为8 3 ．4 1 ％的钒精矿，从而显著降低浸矿酸耗 和生产成本。 关键词石煤；提钒；浮选；酸耗 中图分类号T D 9 5 4 ；T D 9 2 3文献标志码A文章编号1 6 7 1 9 4 9 2 2 0 1 4 0 5 0 0 6 7 - 0 5 S t u d yo nM i n e r a lP r o c e s s i n go faD e c a r b u r i z e dS t o n eC o a li nH u n a n G UX i a o c h u a n l 一，S U NW e i s ，L I UR u n q i n g s ，S O N GS h a o b o s ，C H E NX i u z h e n 2 I ．W a n b a oM i n i n gL i m i t e d ，B e i j i n g10 0 0 5 3 ，C h i n a ；2 ．C o l l e g eo fR e s o u r c e sP r o c e s s i n g a n dB i o e n g i n e e r i n g ，C e n t r a lS o u t hU n i v e r s i t y ，C h a n g s h a4 10 0 8 3 ，C h i n a A b s t r a c t T h et r a d i t i o n a lp r o c e s so fv a n a d i u m e x t r a c t i o nf r o ms t o n ec o a li Sc o n f r o n t e dw i t hs e r i o u s p r o b l e m s o fp o l l u t i o na n dl o w r e c o v e r y ．P r o p e rf l o t a t i o n f l o w s h e e t “p r i o r i t yd e c a r b u r i z a t i o n d e s l i m i n g f l o a t a t i o n ”w a sp r o p o s e db a s e do nc o n d i t i o ne x p e r i m e n t sa n dc l o s e d - c i r c u i tt e s tf o rt h ed e c a r b u r i z a t i o ns t o n e c o a lo nt h eb a s i so fm i n e r a l o g i c a la n a l y s i s ．T h er e s u l t ss h o w e dt h a tv a n a d i u mm i c aW a st h em a i nm i n e r a l w h i c hc o n t a i n e dv a n a d i u m ，t h em a j o rg a n g u em i n e r a l sW a s q u a r t z ，t h r o u g ht h ec l o s e d c i r c u i t f l o t a t i o n e x p e r i m e n t ，w eo b t a i n e d t h eg r a d e2 ．0 4 ％o fv a n a d i u mp e n t o x i d e ，t h e r e c o v e r y w a s8 3 ．4 1 ％．s i g n i f i c a n t l y ， w er e d u c e dt h ea c i dc o n s u m p t i o na n dt h ec o s to fp r o d u c t i o n ． K e Vw o r d s s t o n ec o a lv a n a d i u mo r e ；v a n a d i u me x t r a c t i o n ；f l o t a t i o nt e s t ；a c i dc o n s u m p t i o n 钒在元素周期表中属V 。族，具有众多优异的 物理化学性能，有金属“维生素”的美称，广泛应 用于钢铁工业、航天工业、化工业和国防尖端技术 行业。钒在自然界分布很广，但分布相当分散，无 单独开采的富矿，主要与各种金属矿、碳硅质石煤 矿、磷矿等共生[ 1 - 3 ] 。石煤资源独特，世界上拥有 石煤资源的国家较少，我国是其中之一。随着科技 的不断发展，探矿技术日益革新，近年来，科技工 作者又先后在新疆、河南等地发现了储量丰富的石 煤资源，我国石煤总储量可能超过10 0 0 亿t [ 4 ] 。 从岩石学的角度，石煤是经过长期的地质变化，埋 在古老地层中的一种煤炭资源，是作为钒的单独矿 床开采的低品位含钒碳质页岩，是钒金属的重要来 源[ 铀] 。 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 3 - 0 8 1 6修回日期2 0 1 4 - 0 7 2 6 作者简介辜d , J I I 1 9 8 7 一 ，男，四川广元人。硕士。 传统的石煤提钒工艺虽然生产流程稳定，成本 较低，但回收率低、环境污染严重，已被国家禁止 使用，研究新的环保型工艺是钒矿开发利用的首要 任务[ 川。目前，石煤综合利用的关键技术在于如 何将钒高效率地从矿石中浸出。通过选矿方法实现 石煤中V 0 ，的富集，大大减少冶炼处理量，是一 种有效的途径[ 12 f 。 浮选方法能够脱除矿石中绝大部分尾矿，将 大大减少冶炼处理量，具有广阔的应用前景。姚金 江[ 1 3 ] 等人针对某地石煤钒矿采取选冶联合提钒工 艺，用浮选的方法将V 0 ，品位由0 ．1 6 ％提高到 1 ．2 8 ％，钒精矿回收率达到7 4 ．6 2 ％。向平[ 1 4 1 等人 对阿克苏石煤钒矿进行了浮选试验，通过“湿式分 级一浮选”联合流程处理，原矿V 0 ，品位为0 ．7 ％， 万方数据 6 8 有色金属 选矿部分2 0 1 4 年第5 期 获得精矿品位3 ．2 ％、钒回收率达7 4 ．5 ％，取得了 较好的试验指标。针对湖南某低品位含钒石煤矿， 本文作者在前人研究基础上，对石煤矿石先进行脱 碳，再通过脱泥一浮选的条件试验和闭路试验，确 定石煤提钒合理的浮选工艺流程和药剂制度。 1原矿成分及元素赋存状态 1 ．1 原矿性质 试验用石煤取自湖南某地石煤矿，矿石的多元 素分析结果见表1 。主要矿物成分见表2 。 表1原矿化学成分分析结果 T a b l e1M a i nc h e m i c Mc o m p o s i t i o no fr a wo r e ／％ 成分V 2 0 5F e nS i 0 2C a OA 1 2 0 ，B a OM g OS 0 3C 其它 表2原矿主要矿物成分 T a b l e2M a i nm i n e r a lc o m p o s i t i o no fr a wo r e／％ 堕坌互茎堡互壁互墨堡耋笙望量互重堡 亘竺互基皇 含量4 41 481 28572 从表1 、表2 可以看出，原矿中主要为硅质矿 物，主要有用元素为钒，V 0 ，品位为0 ．7 4 ％，铜、 钛、锌、镍等元素含量很少，不具备利用价值；主 要耗酸矿物有铁矿物和方解石等，湿法提钒中若能 减少这部分耗酸矿物的含量，将可有效降低酸耗； 石煤中碳含量达到1 2 ．6 3 ％，具有一定的热值，对 该石煤进行焙烧脱碳既有利于磨矿和磨矿产品的湿 法浸钒，同时也是钒富集的过程[ 屹] 。 2 0 1 l , ’ 图1 原矿的X R D 图谱分析 F i g ．1X - r a yd i f f r a c t i o np a t t e r no f r a wo r e 图1 为该石煤矿原矿的x 射线衍射图，可以 看出，该矿石主要由非金属矿物组成，矿石的主要 矿物为石英，其次为方解石、重晶石、白云石、长 石、云母、蒙脱石和褐铁矿。为了进一步了解钒在 该矿石中的分布状况，对该矿石进行了钒的物相分 析，从钒的物相分析结果可知，矿样中主要含钒矿 物在云母类矿物、氧化铁及黏土矿物、石榴石这三 相中。其中前两种矿物中的钒占了9 8 ．5 1 ％。根据 下文的粒度分析试验可以发现钒的嵌布粒度极细， 主要赋存于云母中和以吸附状态存在于氧化铁及黏 土矿物中。 1 ．2 脱碳后石煤主要化学成分分析 石煤脱碳处理通过回转窑高温焙烧实现，物料 直接采用细碎产品，粒度为0 。3m i l l ，焙烧时间为 0 ．5h ，焙烧温度为10 0 0o C 。焙烧产品主要化学成 分分析结果如表3 所示[ 1 2 ] 。从表3 可知石煤经过 焙烧脱碳处理后，V 0 ，的品位从0 ．7 4 ％提高到了 0 ．8 1 ％。 表3脱碳石煤主要化学成分分析结果 T a b l e3M a i nc h e m i c a lc o m p o s i t i o no fr a wo r e ／％ 堕坌 塑 生塑 旦 璺塑垒塑 里塑竺鲤曼旦璺基室 含量0 ．8 1 3 ．8 36 3 ．8 24 ．9 2 9 ．7 72 ．8 5 3 ．4 71 ．4 32 ．3 66 ．7 4 1 ．3 脱碳矿石中钒的粒级分布特征 用孔径分别为7 4 、1 5 0 、2 5 0 和5 5 0 恤m 的标 准筛对脱碳矿石进行湿法筛分。V 2 0 ，在各粒级的分 布情况见表4 。由表4 可知，该矿石在各个粒级范 围内都有含钒矿物，且钒具有分布不均匀性，有 5 0 ％以上分布在一7 4I ．L m 。 表4原矿粒级分布分析结果 T a b l e4 A n a l y s i sr e s u l to ft h es i z e - d i s t r i b u t i o ni n r a wo r e／％ 2 钒矿富集浮选条件试验 2 ．1 直接浮选试验 对脱碳矿磨矿8m i n ，然后按照图2 的流程进 行选矿试验，结果见表5 。可以看出，直接浮选的 效果不理想，精矿中V 2 0 ，的品位只有1 ．2 8 ％，回 收率3 7 ．7 2 ％。微细粒的矿泥对该钒矿浮选影响比 较大，会降低浮选药剂的选择性，恶化浮选，所以 磨矿前要进行脱泥预处理。 0 O 0 0 0 0 0 0 0 0 ∞吣∞吣吣∞∞∞∞ 9 8 7 6 5 4 3 2 ● 万方数据 2 0 1 4 年第5 期辜小川等湖南某脱碳石煤的选矿试验研究 6 9 脱碳矿药剂用量单位 浮选、搅拌时 l5 0 0 Y L ， S D B S1 0 0 5 0 精矿 呓矿 图2 直接浮选试验流程 F i g ．2 T h ef l o w s h e e to fd i r e c tf l o t a t i o nt e s t 表5直接浮选试验结果 ’r ￡山l e5R e s u l t so ft h ed i r e c tf l o t a t i o nt e s t 集，故取磨矿细度为一7 4 斗m 占8 3 ％。 磨矿细度 一7 4 m 含嚣 ／％ 图3 磨矿细度条件试验结果 n g ．3 C o n d i t i o nt e s tr e s u l t so fg r i n d i n gf i n e n e s s ／％ 2 ．3 ．2 抑制剂用量试验 2 ．2 脱泥试验 通过对比，擦洗一沉降脱泥比直接筛分脱泥的 效果好，可以提高矿泥中钒的品位和回收率[ 15 l 。 擦洗沉降脱泥分为两段，第一段脱泥条件分散 剂水玻璃为20 0 0 加，擦洗浓度为3 0 ％，搅拌速度 为5 0 0r ／m i n ，擦洗2 0m i n ，擦洗后加水至矿浆浓 度为2 5 ％，继续搅拌5m i n 后静置沉降5m i n ；第 二段脱泥条件分散剂水玻璃为10 0 0a t ，加水至 矿浆浓度为2 5 ％，继续搅拌5m i n 后静置沉降5 m i n ，试验结果见表6 。 表6脱泥试验结果 T a b l e6R e s u l t so ft h ed e s h m i n gt e s t，％ 通过擦洗一沉降脱泥试验，矿泥中V O ，品位 为2 ．4 6 ％，回收率为3 8 ．3 9 ％，钒得到有效的富集， 可见浮选前的脱泥是必要的。 2 ．3 浮选条件试验 2 ．3 ．1 磨矿细度条件试验 原矿脱泥后，浮选条件试验的流程按照直接浮 选的流程，见图2 。磨矿细度试验结果见图3 ，由 图3 可知，随着磨矿细度的增加，精矿中V 2 0 ，的回 收率则呈逐渐上升的趋势，品位先升高后下降，并 且在一7 4I , L m 占8 3 ％时达到极大值。钒有一定的富 钒矿富集浮选的抑制剂选用专门研制的石英高 效抑制剂Y Z C ，抑制剂用量试验流程同图2 ，试验 结果见图4 。综合考虑品位和回收率，确定抑制剂 的用量以1 ．5k g ／t 为宜。 抑制剂川量八k 苦．【_ ；j 图4 抑制剂Y Z C 用量试验结果 F i g ．4 T e s tr e s u l t so ft h ed e p r e s s a n td o s a g eY Z C 2 ．3 ．3 硫酸用量试验 硫酸用量的条件试验仍采用图2 的浮选流程进 行，试验结果见图5 。随着硫酸用量的增加，浮选 回收率和品位都有增加，但同时对设备的腐蚀性也 越来越大，综合考虑硫酸适宜用量为2 ．0k g ／t 。 硫酸用量／ k g 。l 。 图5 硫酸用量试验结果 F i g ．5 T e s tr e s u l t so fs u l f u r i ca c i dd o s a g e 堡谢娶匡。q奄与If O 5 0 5 0 5 0 5 O ∞“筋丝加“临坦m， 堡瓣擎回。Q话粱 ∞勰拍M勉加掩饰 堡瓣娶叵，cH奄蜒 0 5 O 5 0 5 O 5 O 如“筋勉加“坦m0 万方数据 7 0 有色金属 选矿部分2 0 1 4 年第5 期 2 ．3 ．4 阴阳离子混合捕收剂配比试验 在磨矿细度采用一7 4 m 占8 3 ％、Y Z C 用量为 1 ．5k g ／t 、硫酸用量为2 ．0k g ／t 的条件下，进行捕收 剂配比试验研究，仍采用图2 流程进行条件试验。 选择阳离子捕收剂Y L 。和阴离子捕收剂S D B S 十 二烷基苯磺酸钠 组合捕收剂作为钒矿物与脉石矿 物的分离药剂，总用量为0 ．6k g ／t 。由图6 可知， 当用量比为2 1 时，浮选效果最佳。 一 图6 混合捕收剂的配比试验结果 F i g ．6 T e s tr e s u l t so ft h em a t c h i n go ft h e m i x e dc o l l e c t o r s 2 ．3 ．5阴阳离子混合捕收剂用量试验 固定Y L l 与S D B S 配比为2 1 ，其它条件不 变，改变混合捕收剂的用量，试验结果如图7 所示。 川- 川Ⅲ川川∞／。。1 图7Y L 。与S D B S 组合用量试验结果 F i g ．7 T e s tr e s u l t so ft h eY L l S D B Sd o s a g e 由图7 试验结果可以看出，随着组合捕收剂总 药剂用量的加大，精矿中的V O ，回收率均呈升高 趋势，但品位逐渐降低。因此，总药剂用量为4 5 0 3 0 0 1 5 0 g ／t 时，效果最佳。 3 闲路浮选流程及指标 针对以上对碳质石煤钒矿进行的浮选条件试 验，设计出合理的浮选流程，通过闭路试验 图8 所示 ，可以获得理想的浮选指标。表7 为石煤钒 矿闭路浮选指标，综合精矿1 和精矿2 ，可以得到 V 0 ，的品位达2 ．0 4 ％的精矿，回收率达到8 0 ％以 上，尾矿中V 2 0 ，的品位可降到0 ．2 2 ％，大大降低 了冶金提钒中每吨钒所需原料。 表7闭路试验指标 T a b l e7R e s u l t so fc l o s e d c i r c u i tt e s t／％ 4 结论 低品位高碳石煤钒矿的高效富集是选矿难题， 到目前为止国内外还没有处理该类型钒矿成熟选矿 工艺及大规模工业开发利用的先例。本文作者以 “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 “开发难处理高硅质石煤钒矿” 为依托背景，针对湖南某高碳含钒石煤研究，取得 了较好的试验结果并得到如下结论 1 工艺矿物学研究表明该石煤矿含碳量较 高，为1 2 ．6 3 ％，原矿中硅含量很高，达到5 7 ．1 8 ％； V 2 0 ，的品位为0 ．7 4 ％，钒在石煤中分布不均匀，主 要赋存在一7 4I x m 的粒级中。 2 经过“脱碳一脱泥一浮选”联合闭路流程， 得到的混合钒精矿中V 2 0 ，品位为2 ．0 4 ％、回收率 为8 3 ．4 1 ％。 3 该工艺流程抛除了6 4 ．8 7 ％的脉石矿物，降 低了后续冶金提钒生产成本。 参考文献 [ 1 ] 李小健．某炭硅质钒矿提钒工艺的选取[ J ] ．稀有金属与 硬质合金，2 0 1 l 4 1 3 ． [ 2 ] 刘万里，王学文，王明玉，等．石煤提钒低温硫酸化焙 烧矿物分解工艺[ J ] ．中国有色金属学报，2 0 0 9 ，1 9 5 9 4 3 9 4 8 ． [ 3 ] 屈启龙，谢建宏，王冠甫．高碳钒矿综合回收石墨试验 研究[ J ] ．矿业快报，2 0 0 7 ，2 3 4 3 5 3 7 ． [ 4 ] 孙伟，辜d , J I I ，刘润清，等．某炭质石煤钒矿中钒的赋存 状态及其浮选研究[ J ] ．矿冶工程，2 0 1 3 ，3 3 6 2 8 3 1 ，3 5 ． [ 5 ] 潘勇，于吉顺，吴红丹．石煤提钒的工业评价[ J ] ．矿 业快报，2 0 0 7 。2 3 4 1 0 1 3 ． [ 6 ] 孙伟，王丽，曹学锋，等．石煤提钒的浮选工艺及吸 附机理[ J ] ．中国有色金属学报，2 0 1 2 ，2 2 7 2 0 6 9 2 0 7 4 ． [ 7 ] 林海玲，范必威．石煤中影响钒转浸率的主要因素研究 [ J ] ．成都理工学院学报，1 9 9 9 ，2 6 3 3 1 7 3 2 0 ． 万方数据 2 0 1 4 年第5 期辜． b ．1 l l 等湖南某脱碳石煤的选矿试验研究 7 l 图8 闭路试验流程 F i g ．8 F l o w s h e e to fc l o s e d - c i r c u i tt e s t [ 8 ] I J a nYZ ，“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 n[ 1 2 ] 边颖，张一敏，赵云良，等．湖北某脱碳石煤摇床预抛 C h i n a [ J ] ．E n g a n e e r i n gS c i e n c e s ，2 0 0 5 ，3 3 5 8 6 2 ． 尾试验[ J ] ．金属矿山，2 0 1 3 1 9 4 9 6 ，1 5 0 ． [ 9 ] 段炼，田庆华，郭学益．我国钒资源的生产及应用研究 [ 1 3 ] 姚金江，吴海国，李婕．高钙低品位石煤提取五氧化 进展[ J ] ．湖南有色金属，2 0 0 6 ，2 2 6 1 7 2 0 ．二钒新工艺[ J ] ．湖南有色金属，2 0 0 9 ，2 5 6 2 1 2 3 ． [ 1 0 ] 何东升，冯其明，张国范，等．含钒石煤的氧化焙烧机[ 1 4 ] 向平，冯其明，钮因健，等．选矿富集阿克苏石煤钒矿 理[ J ] ．中国有色金属学报，2 0 0 9 ，1 9 1 1 9 5 2 0 0 ． 中的钒[ J ] ．材料研究与应用，2 0 1 0 ，4 1 6 5 - - 6 9 ． [ 1 1 ] 钱强．石煤钒矿提取五氧化二钒的技术现状[ J ] ．中[ 1 5 ] 王中明．某钾长石矿选矿试验研究[ J ] ．矿冶工程， 国资源综合利用，2 0 0 8 ，2 6 3 1 3 1 4 ．2 0 0 0 ，1 9 1 4 7 5 0 ，3 5 ． ． 金 金 舍 岔 岔 岔 岔 岔 岔 岔 岔 岔 岔 岔 岔 岔 岔 仓 岔 仓 岔 命 岔 仓 岔 岔 岔 仓 岔 仓 命 岔 仓 骨 沈阳北矿矿冶研究所 沈阳北矿矿冶研究所是专门从事选矿试验、选矿技术服务的矿业技术企业。主要客 户为有色金属、贵金属、非金属等矿山企业。 主要产品有起泡剂5 2 0 、5 5 0 ，氧化铜活化剂6 1 1 、6 1 2 ，螯合剂6 3 0 、6 9 7 ，铜金 捕收剂4 0 0 0 ，铜钼捕收剂8 6 4 5 ，铜金银捕收剂9 2 0 0 、9 4 0 2 等。 现因工作需要急招选矿所所长1 人，男性，5 5 周岁以下，年薪1 0 5 0 万元 人民 币 ，有意者可电话垂询。 联系电话1 3 4 7 8 8 8 2 1 1 6 E m a i l 1 2 4 5 6 3 9 6 8 q q ．t o m 万方数据