某石煤钒矿的工艺矿物学研究.pdf

3 2 有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i m m ．c n 2 0 1 3 年第8 期 d o i 1 0 ．3 9 6 9 ／j ．i s s n ．1 0 0 7 ‘7 5 4 5 ．2 0 1 3 ．0 8 ．0 1 0 某石煤钒矿的工艺矿物学研究 徐晓辉，刘大学，王玲 北京矿冶研究总院，北京1 0 0 1 6 0 摘要研究某石煤钒矿的工艺矿物学特性，查明了矿石中钒元素的赋存状态及主要矿物的嵌布特征，并 就影响提钒工艺的矿物学因素进行了分析。结果表明，矿石中8 8 ．0 2 ％的钒呈类质同象分布于硅酸盐 矿物中，6 ．o o ％分布于褐铁矿中，4 ．2 0 ％以钒钛氧化物形式独立存在，少量钒以钒酸盐形式存在。含钒 硅酸盐矿物主要以隐晶质或胶状结构产出，并与微晶石英及炭质紧密胶结在一起，焙烧、高酸浸出 钒浸 出率仅6 4 ％ 难以破坏其结构。提钒工艺的选择应重视选矿富集钒或选矿抛弃耗酸矿物。 关键词石煤钒矿；工艺矿物学；提钒；富集 中图分类号T F 8 4 1 ．3 文献标志码A 文章编号1 0 0 7 - 7 5 4 5 2 0 1 3 0 8 0 0 3 2 0 4 P r o c e s sM i n e r a l o g yo fV a n a d i u mB e a r i n gS t o n eC o a lO r e X UX i a o h u i ，L I UD a x u e ，W A N GL i n g B e i j i n gG e n e r a lR 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 y ，B e i j i n g1 0 0 1 6 0 ，C h i n a A b s t r a c t T h ep r o c e s sm i n e r a l o g yc h a r a c t e r i s t i c so fv a n a d i u mb e a r i n gs t o n ec o a lo r ew e r es t u d i e d ．T h eO C c u r r e n c eo fv a n a d i u mi no r ea n dd i s s e m i n a t i o nc h a r a c t e r i s t i c so fm a i nm i n e r a l sw e r ef o u n do u t ．T h ee f f e c t s o fm i n e r a l o g yf a c t o r so nv a n a d i u me x t r a c t i o nw e r ea n a l y z e d ．T h er e s u l t ss h o wt h a t8 8 ．0 2 ％o ft o t a lv a n a d i u mi no r ed i s t r i b u t e si ns i l i c a t em i n e r a l sa si s o m o r p h i s m ，6 ．0 0 ％o fv a n a d i u md i s t r i b u t e si nl i m o n i t e ， 4 ．2 0 ％o fv a n a d i u mi n d e p e n d e n t l ye x i s t sa sv a n a d i u m t i t a n i u mo x i d eo r e ，a n dt h er e s ts m a l la m o u n te x i s t s a sv a n a d a t e ．O c c u r r i n gm a i n l ya sc r y p t o c r y s t a l l i n eo rc o l l o i d a lt e x t u r ea n dc e m e n t e dc l o s e l yw i t hm i c r o l i t i c q u a r t za n dc a r b o n a c e o u sm a t t e r ，v a n a d i u m b e a r i n gs i l i c a t em i n e r a l si sh a r dt ob eb r o k e nw i t hb l a n kr o a s t i n ga n dc o n c e n t r a t e da c i dl e a c h i n gw i t hav a n a d i u ml e a c h i n gr a t eo fo n l y6 4 ％．T h es e l e c t i o no fv a n a d i u m e x t r a c t i o np r o c e s ss h a l lb ef o c u s e do nv a n a d i u mc o n c e n t r a t i o no rd i s c a r d i n go fa c i d c o n s u m i n gm i n e r a l sb y m i n e r a lp r o c e s s i n g ． K e yw o r d s v a n a d i u m b e a r i n gs t o n ec o a lo r e ；p r o c e s sm i n e r a l o g y ；v a n a d i u me x t r a c t i o n ；c o n c e n t r a t i o n 我国石煤钒矿蕴藏量极其丰富，仅湘、鄂、赣、 浙、皖、贵、陕7 省石煤中五氧化二钒的储量就超过 世界其他各国五氧化二钒储量的总和[ 1 ] 。但石煤钒 矿含钒品位较低，一般在0 ．8 ％以下。钒一般赋存 在黏土矿物中，结构难以破坏，再加之石煤钒矿矿石 成分及结构构造十分复杂，钒提取率很低，矿石难以 利用。为了开发利用我国丰富的石煤钒矿，开展矿 收稿日期2 0 1 3 一0 1 2 9 作者简介徐晓辉 1 9 7 9 一 ，男，安徽合肥人，硕士 石工艺矿物学的研究是十分必要的。 传统的钠化焙烧一水浸一铵盐沉钒工艺在焙烧 时产生大量C 1 、H C I 等有毒气体，环境污染严重， 已经被淘汰[ 2 ] 。目前研究的提钒工艺主要有钙化焙 烧口。4 ] 、无盐焙烧[ 5 ] 、碱法浸出[ 6 ] 、直接硫酸浸出[ 7 - 8 3 、 添加助浸剂硫酸直接浸出[ 9 3 等，本文在工艺矿物学 研究的基础上，初步分析了矿物性质对提钒工艺选 万方数据 2 0 1 3 年第8 期有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i m m ．c n 3 3 择的影响。 1 矿石化学分析 矿石取自陕西某石煤钒矿，其主要化学成分为 ％ V0 ．5 0 、F e2 ．0 2 、C7 ．7 5 、S1 ．2 3 、S i 0 26 6 ．0 2 、 K 2 01 ．3 6 、N a 2 00 ．0 3 9 、C a O3 ．9 6 、M g O1 ．1 4 、 A 1 2 0 34 ．4 4 、C u0 ．0 4 9 、P b0 ．0 1 、Z n0 ．0 4 8 、B a1 ．7 2 、 T i0 ．1 0 、P 2 0 51 ．2 1 、A s0 ．0 6 4 。 2 矿石的主要矿物组成及嵌布特征 2 ．1 主要矿物组成 矿石中最主要的矿物为石英，其次为绢云母及 伊利石。各矿物的相对含量为 ％ 绢云母和伊利 石1 2 ．1 1 、褐铁矿1 ．5 5 、黄铁矿I ．4 7 、重晶石2 ．9 3 、 炭质6 ．8 3 、钒钛氧化物0 ．0 9 、毒砂0 ．2 2 、石英 5 8 ．4 1 、方解石4 ．8 0 、白云石4 ．1 7 、高岭石和绿泥石 4 ．0 8 、胶磷矿2 ．9 3 、其它0 ．4 1 。 2 ．2 绢云母、伊利石嵌布特征及能谱分析 绢云母、伊利石是矿石中除石英以外主要的硅 酸盐矿物，也是钒的主要载体矿物。矿石中造岩组 分K 0 、A l O 。主要以绢云母、伊利石形式存在，少 部分以白云母及钾长石形式存在。绢云母、伊利石 主要呈微晶或隐晶质与微粒石英、高岭石等黏土矿 物及炭质形成较为致密的胶结质，并嵌布于石英、方 解石等矿物粒间，部分呈细鳞片状嵌布于石英粒问， 白云母主要呈片状嵌布于石英粒间，显微形貌见图 1 ～3 ． 图1隐晶黏土矿物及炭质胶结质 含钒 嵌布于脉状方解石、石英粒间 F i g ．1C r y p t o c r y s t a l l i n ec l a ym i n e r a lo rc 铷广l x 哪旧c e m 坞 c o l l o i d a lt e x t u r e c o n t a i n i n gV d i s s e m i n a t e d 孤咖g v e i n - l i k ec a l c i t ea n dq u a r t zg r a i n s 图2绢云母呈微细鳞片状嵌布于石英粒间 F i g ．2S e r i c i t ed i s s e m i n a t e da m o n gq u a r t z g r a i n sa sm i c r o - f i n es c a l yo c c u r r e n c e 图3 白云母呈细片状嵌布于石英粒间 F i g ．3 M u s c o v i t ed i s s e m i n a t e da m o n g q u a r t zg r a i n sa sf i n ef l a k eo c c u r r e n c e X R D 能谱分析结果显示，该矿石中云母平均 含钒3 ．3 3 ％，并含有一定量的镁、铁、钛，普遍含硅 较高。石煤钒矿普遍含钒很低，因此提钒企业原矿 处理规模大，如果浮选能富集云母类矿物，则能大大 提升矿石中钒的品位，这对石煤钒矿提钒工艺将产 生显著影响。 2 ．3 石英的嵌布特征 石英约占总矿物量的6 0 ％。石英与钒钛氧化 物、褐铁矿、炭质及含钒绢云母、伊利石等硅酸盐矿 物的嵌布关系都很紧密 如图4 所示 。石英的化学 性质稳定，不利于包裹于其中云母类及黏土类矿物 中钒的浸出。 2 ．4 褐铁矿、炭质的嵌布特征 万方数据 ‘3 _ l 有色金璃 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i m m ．c n 2 0 1 3 年第8 期 图4 石英与方解石、黏土质矿物及 炭质紧密共生产出 n 昏4I n t e r g r o w t ho c c u r r e n eo fq u a r t z 。c a l c i t e t c l a ym i n e r a la n dc a r b o n a c e o u sc o l l o i d 矿石中褐铁矿也是钒的载体之一，能谱分析结 果表明，大部分褐铁矿含钒，褐铁矿平均含钒 1 ．9 8 ％。 矿石中炭质主要呈鳞片状或微晶态分布于石 英、黏土矿物粒间或与之形成致密的胶结质产出，这 部分炭质的嵌布粒度极细，一般都小于0 ．0 0 5m m ； 其次呈不规则片状嵌布于石英、方解石等矿物粒间。 0l S n 1 5 “H r 碑- 4 , 0 7 4 “H X j f l l ∞8 粒度／r n m 3 钒的赋存状态 在矿物组成研究基础上拟定了化学物相分析方 法对钒进行了化学物相分析。结合扫描电镜考查， 认为矿石中绝大部分的钒呈类质同象分布于硅酸盐 矿物中，以绢云母及伊利石为主要载体，钒分布率为 8 8 ．0 2 ％。其中部分含钒硅酸盐矿物结晶较好，结晶 粒度较粗，不被石英包裹，在化学物相分析中以易溶 硅酸盐形式体现，其中钒的分布率为5 4 ．0 1 ％；还有 部分含钒硅酸盐矿物以微晶、隐晶或胶体结构与微 晶石英、炭质等相互胶结在一起，属于难溶硅酸盐矿 物，其中钒的分布率为3 4 ．0 1 ％；部分钒呈类质同象 分布于褐铁矿中产出，分布率为6 ．0 0 ％；部分钒以 独立矿物钒钛氧化物形式存在，分布率为4 ．2 0 ％； 还有很少量钒以钒酸岩形式存在，分布率为 1 ．7 8 ％。 4 钒的粒级分布特征 将矿石磨至不同细度，再分别筛分为4 个粒级， 研究各粒级中各元素的分布，以考察通过简单的粒 级筛分初步分选钒的可能性。分别将矿样磨细至 一0 ．0 7 4m m 占6 4 ．9 0 ％、8 2 ．0 4 ％、9 0 ．4 6 ％，考察各 粒级中钒与其他元素的分布，结果如图5 所示。 粒度h n m a - 0 ．0 7 4f n mI 峙6 49 0 ％ b - 4 ．0 7 4I T I I n 占8 20 4 ％ 粒度肝n c 一 1 ．0 7 4 m i l l 占9 0 4 6 ％ 图5 不同粒度矿石中钒与其他元素的分布 F i g ．5 V a n a d i u md i s t r i b u t i o ni nd i f f e r e n ts i z er a n g e 虽然不同磨矿细度的各筛分分级产品中钒及浸出。 A 。h I 宙2 0 位3 , 兰篓、C 的相对气鬈兰等黑麓耄婴罢热值分析及热重分析_ d 的富集趋势，。a 。t 1 4 , ．n 百T 。，I i 。l ，钒的主要载体矿物云母类矿 5 ””一“⋯r 一””5 “”’ 物及伊利石等黏土矿物在磨矿过程中并未与矿石中 据矿物的性质可知，普通条件下绢云母不为稀 的主要矿物石英相互解离，这与镜下考查结果相吻碱或稀硫酸分解，因而只进行酸、碱的处理无法得到 合，钒的主要载体矿物云母类矿物及伊利石等黏土 钒的充分溶出和回收。所以，较为合理的回收工艺 矿物常常以微晶或隐晶质与微晶石英、炭质相互胶为焙烧一浸出或直接酸浸以提取钒。 结为致密集合体，磨矿后不易相互解离，不利于钒的 矿石发热量分析结果高位发热量2 ．3 6M J ／k g ， 万方数据 2 0 1 3 年第8 期 有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i m m ．c n 3 5 低位发热量2 ．2 8M J ／k g 。这表明焙烧时可利用自 热提供燃烧所需大部分热量。矿石的差热分析结果 见图6 。 图6 矿石差热分析曲线 F i g ．6 T Ga n dD T Ac u r v e so fo r e 图6 显示，3 7 5 ～6 7 5o C 出现了炭质的氧化放 热、脱碳失重效应。在8 0 0 ～9 0 0 ℃未见由云母类矿 物的结构水脱出失重和结构的破坏引起的吸热谷， 这迸一步证实矿石中相当部分含钒硅酸盐矿物以隐 晶质或胶状结构产出，并与微晶石英及炭质紧密胶 结在一起，即镜下考查中看到的胶结质，这部分胶结 质在加热过程中无结构破坏引起的吸热谷，不易被 破坏。 将矿样在8 0 0 ℃下空白焙烧4h ，焙烧后分别采 用2 ％的稀硫酸及2 0 ％的高酸进行浸出。浸出结果 见表1 。 表1 焙烧一浸出探索试验结果 T a b l e1R e s u l to fr o a s t i n g - l e a c h i n g e x p l o r a t o r yt e s t 酸浸种类渣含钒／％焙烧产率／％渣率／％钒浸出率／％ 稀酸 o ．4 18 7 ．69 8 ．92 8 ．9 6 高酸o ．2 18 7 ．3 9 8 ．1 6 4 ．0 3 表1 结果显示，焙烧后稀硫酸浸出流程的钒浸 出率极低，高酸浸出钒浸出率才6 4 ．0 3 ％，这印证了 镜下考察结果。 6结论 1 矿石含钒0 ．5 ％，其它有益元素含量较低。 矿石中最主要的矿物为石英，其次为绢云母及伊利 石，再次为炭质、方解石、白云石、高岭石、褐铁矿、钒 钛氧化物等；碳酸盐矿物方解石及白云石的存在使 得酸浸工艺耗酸量增大。因此，工艺上可考虑反浮 选，通过浮选方法，将碳酸盐矿物方解石及白云石等 耗酸性物质选别出来，剩下的矿石再进行酸浸处理。 2 矿石中绝大部分的钒呈类质同象分布于硅酸 盐矿物中，以绢云母及伊利石为主要载体，钒分布率 为8 8 ．0 2 ％；6 ．0 0 ％钒呈类质同象分布于褐铁矿中， 分布率为；4 ．2 0 ％钒以独立矿物钒钛氧化物形式存 在，还有很少量钒以钒酸盐形式存在，分布率为 1 ．7 8 ％。如果浮选能富集云母类矿物，则能大大提 升矿石中钒的品位，这对石煤钒矿提钒工艺将产生 显著影响。 3 矿石中的钒矿物或含钒矿物难以通过单纯的 分级使其达到明显富集。 4 含钒硅酸盐矿物主要以微晶、隐晶或胶体结 构与微晶石英、炭质等相互胶结在一起，在加热过程 中无结构破坏引起的吸热谷，难以被破坏。 参考文献 [ 1 ] 王忠，王军．国内外五氧化二钒市场状况与分析[ J ] ．矿 冶，2 0 0 7 ，1 6 2 4 7 5 1 ． [ 2 ] 陈庆根．石煤钒矿提钒工艺技术的研究进展[ J ] ．矿产 综合利用，2 0 0 9 2 3 0 3 3 ． [ 3 ] 别舒，王兆军，李清海，等．石煤提钒钠化焙烧与钙化焙 烧工艺研究[ J ] ．稀有金属，2 0 1 0 ，3 4 2 4 - 9 ． 1 - 4 ] 戴文灿，孙水裕．清洁型石煤提钒新工艺[ J ] ．有色金属 冶炼部分 ，2 0 1 0 1 2 3 2 5 ． [ 5 ] 邹晓勇，欧阳玉祝，章爱华，等．石煤钒矿无盐焙烧过程 和设备的研究[ J ] ．无机盐工业，2 0 0 0 ，3 2 i 3 2 3 4 ． [ 6 ] 何东升，冯其明，张国范，等．碱法从石煤中浸出钒试验 研究I - 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