方山口石煤钒矿选碳的试验研究.pdf

方山口石煤钒矿选碳的试验研究 ① 宋裕华１， 李正要２， 冯金敏１ （１．招金有色矿业有限公司，山东 招远 ２６５４００； ２．北京科技大学， 北京 １０００８３） 摘 要 针对方山口石煤钒矿，通过一次粗选一次扫选一次精选闭路浮选脱碳试验，在总钒损失 ５．８２％的条件下，可将石煤中 Ｖ２Ｏ５ 品位由 ０．９５％提高到 １．０９％，脱碳后的石煤样品热值为 ２３９ ｋＪ／ ｋｇ，远低于未脱碳前的石煤热值 ２ ４０４ ｋＪ／ ｋｇ，有利于后续工艺处理； 同时获得的高品位碳精矿，热值达到 ５ ４５８ ｋＪ／ ｋｇ，可作为燃料使用。 关键词 石煤钒矿； 选碳； 热值； 浮选 中图分类号 ＴＤ９４３文献标识码 Ａｄｏｉ１０．３９６９／ ｊ．ｉｓｓｎ．０２５３－６０９９．２０１４．０５．０１７ 文章编号 ０２５３－６０９９（２０１４）０５－００６６－０４ Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ Ｓｔｕｄｙ ｏｎ Ｃａｒｂｏｎ Ｂｅｎｅｆｉｃｉａｔｉｏｎ ｆｒｏｍ Ｆａｎｇｓｈａｎｋｏｕ Ｖａｎａｄｉｕｍ⁃ｂｅａｒｉｎｇ Ｓｔｏｎｅ Ｃｏａｌ Ｏｒｅ ＳＯＮＧ Ｙｕ⁃ｈｕａ１， ＬＩ Ｚｈｅｎｇ⁃ｙａｏ２， ＦＥＮＧ Ｊｉｎ⁃ｍｉｎ１ （１． Ｚｈａｏｊｉｎ Ｎｏｎ⁃ｆｅｒｒｏｕｓ Ｍｅｔａｌ Ｍｉｎｉｎｇ Ｃｏ Ｌｔｄ，Ｚｈａｏｙｕａｎ ２６５４００， Ｓｈａｎｄｏｎｇ， Ｃｈｉｎａ； ２． Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｂｅｉｊｉｎｇ， Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００８３， Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ Ａ ｃｌｏｓｅｄ⁃ｃｉｒｃｕｉｔ ｆｌｏｔａｔｉｏｎ ｆｌｏｗｓｈｅｅｔ ｗｉｔｈ ｏｎｅ ｒｏｕｇｈｉｎｇ， ｏｎｅ ｓｃａｖｅｎｇｉｎｇ ａｎｄ ｏｎｅ ｃｌｅａｎｉｎｇ ｗａｓ ａｄｏｐｔｅｄ ｆｏｒ ｄｅｃａｒｂｏｎｉｚｉｎｇ Ｆａｎｇｓｈａｎｋｏｕ ｖａｎａｄｉｕｍ⁃ｂｅａｒｉｎｇ ｓｔｏｎｅ ｃｏａｌ ｏｒｅ． Ｗｉｔｈ ａ ｔｏｔａｌ ｖａｎａｄｉｕｍ ｌｏｓｓ ｏｆ ５．８２％， ｔｈｅ Ｖ２Ｏ５ｃｏｎｔｅｎｔ ｗａｓ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ ｆｒｏｍ ０．９５％ ｔｏ １．０９％， ａｎｄ ｔｈｅ ｃａｌｏｒｉｆｉｃ ｖａｌｕｅ ｆｏｒ ｔｈｅ ｄｅｃａｒｂｏｎｉｚｅｄ ｓｔｏｎｅ ｃｏａｌ ｗａｓ ｒｅｄｕｃｅｄ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙ ｆｒｏｍ ２ ４０４ ｋＪ／ ｋｇ ｔｏ ２３９ ｋＪ／ ｋｇ， ｗｈｉｃｈ ａｒｅ ｂｅｎｅｆｉｃｉａｌ ｆｏｒ ｔｈｅ ｓｕｂｓｅｑｕｅｎｔ ｐｒｏｃｅｓｓ． Ｆｕｒｔｈｅｒｍｏｒｅ， ｔｈｅ ｃａｒｂｏｎ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｅ ｓｉｍｕｌｔａｎｅｏｕｓｌｙ ｐｒｅｐａｒｅｄ ｗｉｔｈ ａ ｃａｌｏｒｉｃ ｖａｌｕｅ ｏｆ ５ ４５８ ｋＪ／ ｋｇ， ｃａｎ ｂｅ ｕｓｅｄ ａｓ ｆｕｅｌ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ ｖａｎａｄｉｕｍ⁃ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ ｓｔｏｎｅ ｃｏａｌ ｍｉｎｅ； ｃａｒｂｏｎ ｂｅｎｅｆｉｃｉａｔｉｏｎ； ｃａｌｏｒｉｆｉｃ ｖａｌｕｅ； ｆｌｏｔａｔｉｏｎ 甘肃省敦煌市方山口石煤钒矿为大型钒矿床，矿 区内矿石基本为板岩及千枚岩两种类型，多呈灰黑色， 岩石较致密，矿物颗粒细小，含碳较高。 矿石的结构构 造为显微鳞片花岗变晶结构千枚状构造，显微花岗变 晶结构，显微鳞片变晶结构皱纹状构造，变余泥质结构 板状构造。 对矿体性质进行分析发现，方山口钒矿的矿物组成 主要为石英和钒云母，有用矿物颗粒细小，嵌布关系复 杂，绝大部分赋存于钒云母中，由于钒云母呈微细粒和 超微粒存在，在磨矿过程中即使细磨也很难单体解离和 裸露，其中一部分钒云母在石英颗粒或集合体中以包裹 体形式存在，且包裹体的颗粒极细微（０．５～８ μｍ）。 从石煤钒矿中提取钒不同于从钒钛渣中提取钒，其 主要原因是石煤物质结构组成繁杂，钒的赋存状态多 变，含碳量高，致使从石煤中提取钒难度较大。 为了将 石煤中的碳去除，便于冶炼提钒的进行，在前人的研究 基础上［１－８］，对方山口石煤钒矿进行了选碳试验研究。 １ 方山口石煤钒矿的化学分析 从方山口石煤钒矿所取试验矿样的主要化学成分 分析结果见表 １。 表 １ 试验用石煤钒矿主要化学成分（质量分数） ／ ％ Ｖ２Ｏ５Ａｌ２Ｏ３ ＣａＯ ＳｉＯ２Ｋ２ＯＮａ２Ｏ ＣＭｇＯ ０．９５９．０３３．１５５５．１６２．５７０．５９８．７４１．０３ ＴＦｅＰＦｅＯＣｕＡｓＳＰｂＺｎ ２．７５０．５４０．６２０．０１１０．０１４０．８９０．０１５０．０２２ ＮｉＣｄＣｒ２Ｏ３ＢａＭｏＦｅ２Ｏ３ＣｏＭｎＯ ０．０１０．０００３０．０３１０．０７６０．０１１３．２２０．０００６０．０３２ 从表 １ 可以看出，矿样含 Ｖ２Ｏ５０．９５％，含碳较高， 为 ８．７４％，而一般碳质页岩中富集的 Ｎｉ、Ｃｏ、Ｃｕ 等含量 ①收稿日期 ２０１４－０４－２７ 作者简介 宋裕华（１９６６－），男，山东招远人，高级工程师，主要从事冶金工艺管理与研究工作。 第 ３４ 卷第 ５ 期 ２０１４ 年 １０ 月 矿矿 冶冶 工工 程程 ＭＩＮＩＮＧ ＡＮＤ ＭＥＴＡＬＬＵＲＧＩＣＡＬ ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ Ｖｏｌ．３４ №５ Ｏｃｔｏｂｅｒ ２０１４ 均很低，无综合利用价值。 ２ 石煤浮选脱碳富集钒技术研究 方山口钒矿的矿石中主要矿物石英不含钒，碳质 中几乎不含钒，钒主要在含钒绢云母中赋存，且由于现 有脱碳工艺多是火法焙烧，成本高，拟进行浮选脱碳富 集钒的技术研究［９］。 ２．１ 磨矿细度对浮选脱碳效果的影响 进行了浮选脱碳磨矿细度试验，试验流程见图 １， 结果见表 ２ 所示。 图 １ 磨矿细度对浮选脱碳效果的影响试验流程 表 ２ 磨矿细度对浮选脱碳效果的影响 磨矿细度 产品 名称 产率 ／ ％ 品位／ ％回收率／ ％ ＣＶ２Ｏ５ＣＶ２Ｏ５ －０．０７４ ｍｍ ６０％ 精矿 尾矿 原矿 ２２．１０ ７７．９０ １００．００ １４．７８ ７．０３ ８．７４ ０．５４ １．０７ ０．９５ ３７．３７ ６２．６３ １００．００ １２．５６ ８７．４４ １００．００ －０．０７４ ｍｍ ８０％ 精矿 尾矿 原矿 １９．０４ ８０．９６ １００．００ １７．３２ ６．７２ ８．７４ ０．４８ １．０６ ０．９５ ３７．７３ ６２．２７ １００．００ ９．６２ ９０．３８ １００．００ －０．０７４ ｍｍ ８５％ 精矿 尾矿 原矿 １８．３３ ８１．６７ １００．００ １８．９１ ６．４６ ８．７４ ０．３９ １．０８ ０．９５ ３９．６５ ６０．３５ １００．００ ７．４５ ９２．５５ １００．００ －０．０７４ ｍｍ ９０％ 精矿 尾矿 原矿 １７．２５ ８２．７５ １００．００ ２０．１３ ６．３６ ８．７４ ０．４１ １．０６ ０．９５ ３９．７３ ６０．２７ １００．００ ７．４４ ９２．５６ １００．００ －０．０４５ ｍｍ ７０％ 精矿 尾矿 原矿 １７．１２ ８２．８８ １００．００ ２２．８６ ５．８２ ８．７４ ０．４５ １．０５ ０．９５ ４４．７８ ５５．２２ １００．００ ８．１０ ９１．９０ １００．００ －０．０４５ ｍｍ ８０％ 精矿 尾矿 原矿 １７．０２ ８２．９８ １００．００ ２４．１５ ５．５８ ８．７４ ０．４４ １．０５ ０．９５ ４７．０３ ５２．９７ １００．００ ７．８８ ９２．１２ １００．００ －０．０４５ ｍｍ ９０％ 精矿 尾矿 原矿 １６．５４ ８３．４６ １００．００ ２６．２１ ５．２８ ８．７４ ０．４５ １．０５ ０．９５ ４９．６０ ５０．４０ １００．００ ７．８３ ９２．１７ １００．００ 表 ２ 表明，初始阶段，随着磨矿细度变细，碳质脱 除率逐渐增加，Ｖ２Ｏ５损失率逐渐减小，当磨矿细度为－ ０．０７４ ｍｍ 粒级占 ９０％时，碳质脱除率为 ３９．７３％，钒损 失率为 ７．４４％，继续增加磨矿细度，碳质的脱除率增 加，同时钒的损失率也进一步增加。 即磨矿细度较粗 时，由于碳质和绢云母没有解离，钒损失率较大；磨矿 细度太细时，一方面增加磨矿成本，另一方面造成绢云 母过磨泥化，钒的损失率减少。 综合考虑磨矿成本和 钒的损失率，并经过进一步优化试验，确定磨矿细度为 －０．０７４ ｍｍ 粒级占 ８５％，此条件下碳质的脱除率为 ３９􀆱 ６５％，钒损失率为 ７．４５％。 ２．２ 抑制剂对浮选脱碳效果的影响 ２．２．１ 抑制剂种类试验研究 在抑制剂用量为 ６００ ｇ／ ｔ 条件下，不同抑制剂种类对碳质脱除率的影响试验流 程见图 ２，试验结果见表 ３。 图 ２ 抑制剂种类试验流程 表 ３ 抑制剂种类对浮选脱碳效果的影响 抑制剂种类 产品 名称 产率 ／ ％ 品位／ ％回收率／ ％ ＣＶ２Ｏ５ＣＶ２Ｏ５ 水玻璃 精矿 尾矿 原矿 １７．２０ ８２．８０ １００．００ ２０．１５ ６．３７ ８．７４ ０．４１ １．０６ ０．９５ ３９．６５ ６０．３５ １００．００ ７．４５ ９２．５５ １００．００ 六偏磷酸钠 精矿 尾矿 原矿 １７．４５ ８２．５５ １００．００ １９．９２ ６．３８ ８．７４ ０．３３ １．０８ ０．９５ ３９．７８ ６０．２２ １００．００ ６．１３ ９３．８７ １００．００ ＢＫＤ－５ 精矿 尾矿 原矿 １７．７０ ８２．３０ １００．００ １９．５８ ６．４１ ８．７４ ０．３２ １．０９ ０．９５ ３９．６７ ６０．３３ １００．００ ５．９０ ９４．１０ １００．００ 表 ３ 表明，抑制剂 ＢＫＤ－５ 抑制效果较好，碳质脱 除率为 ３９．６７％，钒损失率为 ５．９０％，确定选用 ＢＫＤ－５ 做抑制剂。 ２．２．２ 抑制剂用量试验研究 抑制剂 ＢＫＤ－５ 用量对 碳质脱除率的影响试验流程见图 ３，试验结果见表 ４。 图 ３ 抑制剂用量试验流程 ７６第 ５ 期宋裕华等 方山口石煤钒矿选碳的试验研究 表 ４ 抑制剂 ＢＫＤ－５ 用量对浮选脱碳效果的影响 ＢＫＤ－５ 用量 ／ （ｇｔ －１ ） 产品 名称 产率 ／ ％ 品位／ ％回收率／ ％ ＣＶ２Ｏ５ＣＶ２Ｏ５ ６００ 精矿 尾矿 原矿 １７．７０ ８２．３０ １００．００ １９．５８ ６．４１ ８．７４ ０．３２ １．０９ ０．９５ ３９．６７ ６０．３３ １００．００ ５．９０ ９４．１０ １００．００ ８００ 精矿 尾矿 原矿 １７．５２ ８２．４８ １００．００ １９．７０ ６．４１ ８．７４ ０．３１ １．０９ ０．９５ ３９．５０ ６０．５０ １００．００ ５．７０ ９４．３０ １００．００ １ ０００ 精矿 尾矿 原矿 １７．６０ ８２．４０ １００．００ １９．６７ ６．４１ ８．７４ ０．３０ １．０９ ０．９５ ３９．６０ ６０．４０ １００．００ ５．６５ ９４．３５ １００．００ 表 ４ 表明，抑制剂 ＢＫＤ－５ 用量为 ８００ ｇ／ ｔ 时效果 较好，此条件下碳质脱除率 ３９．５０％，钒损失率 ５．７０％。 确定抑制剂 ＢＫＤ－５ 用量为 ８００ ｇ／ ｔ。 ２．３ 捕收剂用量对浮选脱碳效果的影响 捕收剂种类探索试验结果表明，选用煤油效果较 好，确定捕收剂为煤油，进行了煤油用量试验研究，试验 流程同图 ３，结果见表 ５。 其中 ＢＫＤ－５ 用量为 ８００ ｇ／ ｔ。 表 ５ 捕收剂煤油用量对浮选脱碳效果的影响 煤油用量 ／ （ｇｔ －１ ） 产品 名称 产率 ／ ％ 品位／ ％回收率／ ％ ＣＶ２Ｏ５ＣＶ２Ｏ５ １００ 精矿 尾矿 原矿 １５．９１ ８４．０９ １００．００ １９．９３ ６．４１ ８．７４ ０．３４ １．０９ ０．９５ ３６．２８ ６３．７２ １００．００ ５．６９ ９４．３１ １００．００ １５０ 精矿 尾矿 原矿 １７．５４ ８２．４８ １００．００ １９．７２ ６．４０ ８．７４ ０．３１ １．０９ ０．９５ ３９．５８ ６０．４２ １００．００ ５．７２ ９４．２８ １００．００ ２００ 精矿 尾矿 原矿 １７．７２ ８２．２８ １００．００ １９．５４ ６．４１ ８．７４ ０．３１ １．０９ ０．９５ ３９．６２ ６０．３８ １００．００ ５．７８ ９４．２２ １００．００ 表 ５ 表明，随着捕收剂煤油用量增加，碳脱除率增 加，当煤油用量为 １５０ ｇ／ ｔ 时浮选指标较佳，此条件下 碳脱除率 ３９．５８％，钒损失率 ５．７２％。 根据试验结果， 确定捕收剂煤油用量为 １５０ ｇ／ ｔ。 ２．４ 起泡剂用量对浮选脱碳效果的影响 起泡剂种类探索试验结果表明，选用松醇油起泡 效果较好，确定起泡剂为松醇油，进行了起泡剂用量试 验研究，试验流程同图 ３，结果见表 ６。 其中 ＢＫＤ－５ 和 煤油用量分别为 ８００ 和 １５０ ｇ／ ｔ。 表 ６ 表明，随着起泡剂松醇油用量增加，碳脱除率 增加，当松醇油用量为 １００ ｇ／ ｔ 时浮选指标较佳，此条 件下碳脱除率 ３９．５０％，钒损失率 ５．７０％；若继续增加 松醇油用量，碳脱除率增加，但钒损失率也增大。 因此 确定起泡剂松醇油适宜用量为 １００ ｇ／ ｔ。 表 ６ 起泡剂松醇油用量对浮选脱碳效果的影响 松醇油用量 ／ （ｇｔ －１ ） 产品 名称 产率 ／ ％ 品位／ ％回收率／ ％ ＣＶ２Ｏ５ＣＶ２Ｏ５ ５０ 精矿 尾矿 原矿 １５．２０ ８４．８０ １００．００ １９．６１ ６．７９ ８．７４ ０．３３ １．０６ ０．９５ ３４．１０ ６５．９０ １００．００ ５．３２ ９４．６８ １００．００ １００ 精矿 尾矿 原矿 １７．４８ ８２．５２ １００．００ １９．７５ ６．４１ ８．７４ ０．３１ １．０９ ０．９５ ３９．５０ ６０．５０ １００．００ ５．７０ ９４．３０ １００．００ １５０ 精矿 尾矿 原矿 １８．８５ ８１．１５ １００．００ １９．０３ ６．３５ ８．７４ ０．３１ １．１０ ０．９５ ４１．０５ ５８．９５ １００．００ ６．２０ ９３．８０ １００．００ ２．５ 流程结构试验 在上述条件试验的基础上，进行了流程结构探索 试验，试验流程见图 ４，试验结果见表 ７。 将获得的精 矿和尾矿进行热值测定，结果亦见表 ７。 图 ４ 流程结构试验流程 表 ７ 流程结构试验结果 产品 名称 产率 ／ ％ 品位／ ％回收率／ ％ ＣＶ２Ｏ５ＣＶ２Ｏ５ 热值 ／ （ｋＪｋｇ －１ ） 精矿１８．４２２０．０５０．３１４２．２５５．９５５ ３４７ 尾矿８１．５８６．１９１．１０５７．７５９４．０５２５０ 原矿１００．００８．７４０．９５１００．００１００．００２ ４００ １） 精矿为精矿 １ 和精矿 ２ 的混合。 表 ７ 表明，通过浮选脱碳，在钒损失 ５．９５％（占总 量）的情况下，可将石煤中钒品位提高 １５．７９ 个百分 点，并大大降低了石煤浮选尾矿的热值，浮选尾矿所含 碳质降低，有利于在后续焙烧工艺中温度控制，避免了 烧结现象的发生。 ２．６ 闭路试验 根据流程结构探索试验结果，进行了浮选脱碳闭 路试验，试验流程见图 ５，试验结果见表 ８。 将闭路试 验获得的精矿和尾矿进行热值测定，结果亦见表 ８。 表 ８ 表明，通过闭路浮选脱碳试验，在总钒损失 ５．８２％ 时，可将石煤中 Ｖ２Ｏ５品位由 ０．９５％提高到 １．０９％，脱 ８６矿 冶 工 程第 ３４ 卷 碳后的石煤样品热值为 ２３９ ｋＪ／ ｋｇ，远低于未脱碳前的 石煤热值 ２ ４０４ ｋＪ／ ｋｇ；获得的碳精矿热值达到 ５ ４５８ ｋＪ／ ｋｇ。 图 ５ 闭路试验流程 表 ８ 浮选脱碳闭路试验结果 产品 名称 产率 ／ ％ 品位／ ％回收率／ ％ ＣＶ２Ｏ５ＣＶ２Ｏ５ 热值 ／ （ｋＪｋｇ －１ ） 精矿１７．９５２１．０５０．３１４３．１４５．８２５ ４５８ 尾矿８２．０５６．０７１．０９５６．８６９４．１８２３９ 原矿１００．００８．７６０．９５１００．００１００．００２ ４０４ ３ 结 论 通过浮选脱碳富集钒的浮选分离试验，得到以下 结论 １） 方山口石煤钒矿富集选碳工艺是可行的，但碳 有有机碳和无机碳之分，低于 １ ２５５ ｋＪ／ ｋｇ 热量的碳在 浮选时有一定的难度，生产较难控制。 ２） 矿石粒度－０．０７４ ｍｍ 粒级占 ８５％、ＢＫＤ－５ 用 量 ８００ ｇ／ ｔ、煤油 １５０ ｇ／ ｔ、松醇油 １００ ｇ／ ｔ 条件下粗选， 松醇油 ５０ ｇ／ ｔ 条件下扫选，ＢＫＤ－５ 用量 ２００ ｇ／ ｔ 条件 下精选，可获得碳精矿，富集比 ５．５７∶１。 碳精矿热值达 ５ ４５８ ｋＪ／ ｋｇ，可做燃料使用。 尾矿含碳 ６．０７％，热值 ２３９ ｋＪ／ ｋｇ，有利于进一步提钒。 钒回收率 ９４．１８％。 参考文献 ［１］ 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