微波焙烧对石煤钒矿浸出的影响.pdf

第３０卷第４期（总第１２０期）２０１１年１２月湿法冶金ＨｙｄｒｏｍｅｔａｌｌｕｒｇｙｏｆＣｈｉｎａＶｏｌ．３０Ｎｏ．４（Ｓｕｍ．１２０）Ｄｅｃ．２０１１微波焙烧对石煤钒矿浸出的影响王辉１，兰新哲１，２，马红周１，２，宋永辉１，２（１．西安建筑科技大学冶金工程学院，陕西西安７１００５５；２．西安建筑科技大学贵金属工程研究所，陕西省冶金工程技术研究中心，陕西西安７１００５５）摘要研究了微波焙烧预处理石煤钒矿，考察了微波功率、微波焙烧时间等因素对钒浸出率的影响。结果表明，微波焙烧预处理钒矿石１２ｍｉｎ，然后在搅拌条件下用硫酸浸出２ｈ，钒浸出率达６９．０４％，与相同浸出时间内未焙烧矿样相比，提高了近２０％。微波焙烧预处理后浸出效率明显提高，浸出时间缩短５０％以上，而且能耗和污染也大幅度降低。关键词微波；焙烧；石煤；钒；浸出中图分类号ＴＦ８０３．２１；ＴＦ８４１．３文献标志码Ａ文章编号１００９－２６１７（２０１１）０４－０２９０－０３收稿日期２０１１－０１－１２作者简介王辉（１９８５－）男，陕西渭南人，硕士研究生，主要研究方向为贵金属冶金新材料。石煤是一种发热量低、含有多种金属元素的碳质页岩矿石。我国湘、鄂、浙、皖、赣、桂、川、陕、黔各省均富产石煤。石煤中Ｖ２Ｏ５质量分数０．５％～１．２％，是我国主要的钒矿资源［１］。从石煤中提取钒的传统方法主要有２类１）氧化焙烧预处理后进行水浸、酸浸或碱浸。传统的氧化焙烧、空白焙烧、钠化焙烧、钙化焙烧和混合添加剂焙烧等的主要目的是将赋存于黏土矿物中的钒转换为可溶态；但焙烧会产生大量Ｃｌ２、ＨＣｌ等有害气体，同时需要较高温度（一般在８００℃左右），能耗大，且需大量添加剂，成本也较高。２）原矿直接水浸、酸浸或碱浸。原矿直接浸出可降低生产成本，同时也不会产生有害气体；但浸出时间较长（一般需２０ｈ以上），酸耗量较大，对设备性能要求较高，对矿物有较强的选择性［２－５］。近年来，微波辅助提取钒成为研究热点［６－８］，这是由于微波有其无可比拟的优势，如升温速率快，可选择性加热，矿物结构破坏充分，金属提取率高以及环境污染小等等。试验主要研究了以微波焙烧预处理石煤钒矿，然后用酸浸出，探讨微波焙烧对石煤提钒的影响。１试验方法１．１试验原料矿样采自陕南某地。矿石以泥岩、硅质岩和碳硅质岩为主，其中的主要矿物有石英、伊利石、高岭石、蒙脱石、沸石、碳酸盐类、正长石等。１．２试验方法将石煤矿样破碎、球磨至１００目以下，称取１０ｇ，在一定功率微波下焙烧不同时间，然后用质量分数为１２％的硫酸溶液，以４∶１的液固体积质量比在９０℃条件下搅拌浸出２ｈ。采用硫酸亚铁铵滴定法测定溶液中的钒［４］，并计算钒的浸出率。２结果及讨论２．１微波功率对钒浸出率的影响将矿样以不同的微波功率焙烧７ｍｉｎ，然后用硫酸溶液搅拌浸出２ｈ。浸出结果和矿石升温结果分别如图１、２所示。图１微波功率对钒浸出率的影响第３０卷第４期王辉，等微波焙烧对石煤钒矿浸出的影响研究图２不同微波功率下焙烧７ｍｉｎ后试样的温度由图１、２看出不同微波功率升温速率不同，相同焙烧时间下温度终点也不同，８００Ｗ条件下升至的温度最高，可达６６７℃；１３６Ｗ条件下温度仅能达到２６６ ℃。而对钒浸出率的影响也很明显８００Ｗ条件下焙烧预处理的矿样钒浸出率最高，为６１．４３％；１３６Ｗ条件下仅为５２．８０％。石煤钒矿中的主要含钒矿物为伊利石、高岭石等含钒云母类，焙烧过程中，高岭石在５００～７００℃范围内即开始脱除羟基，最终转变为非晶质的偏高岭石；而伊利石与其他多种矿物共存，在焙烧过程中结构被破坏，温度越高，其结构破坏也越充分，也就越有利于钒的浸出［９］。２．２微波焙烧时间对钒浸出率的影响在８００Ｗ微波功率条件下，对矿样焙烧不同时间，然后对焙砂用硫酸搅拌浸出。升温曲线和浸出结果分别如图３、４所示。图３８００Ｗ微波功率焙烧升温曲线图４微波焙烧时间对钒浸出率的影响由图３、４看出微波焙烧所需时间较短，焙烧１２ｍｉｎ（８６５℃）后，钒浸出率可达最高值６９．０４％；焙烧１３ｍｉｎ后，钒浸出率则剧降。分别对石煤原矿、焙烧１２ｍｉｎ矿样和焙烧１５ｍｉｎ矿样进行电镜扫描，结果如图５～８所示。图５石煤原矿扫描电镜图图６微波焙烧１２ｍｉｎ后扫描电镜图图７微波焙烧１５ｍｉｎ后扫描电镜图图８微波焙烧１５ｍｉｎ后扫描电镜图由图５、６对比看出微波焙烧１２ｍｉｎ后，矿石表面产生了更多的细小颗粒和碎片。分析认为，这是由于微波的选择性加热作用充分破坏了石煤钒１９２湿法冶金２０１１年１２月矿的晶体结构，从而产生了更多的细小颗粒。由图７、８看出微波焙烧１５ｍｉｎ后，石煤矿样反而结成大的块状物，出现了严重的烧结现象。这是由于随着焙烧时间的增加，温度随之升高，相互接触的固体颗粒之间会有组分熔化或有低熔点化合物生成，在有大量液相出现时，则严重烧结，形成“ 玻璃体” ，而钒被“ 包裹” 其中，难于浸出。２．３原矿与微波焙烧后矿样硫酸搅拌浸出对比在８００Ｗ微波条件下对矿样焙烧１２ｍｉｎ，然后对焙砂用硫酸搅拌浸出，结果如图９所示。图９微波焙烧预处理矿样与原矿样搅拌浸出试验对比由图９看出微波焙烧预处理后的矿样，在浸出前３ｈ，钒浸出率提高明显，最高达７１．９３％，接近未焙烧原矿浸出７ｈ的浸出率；但焙烧矿样在浸出３ｈ后，钒浸出率明显降低，最终浸出率与未焙烧原矿相差不多。出现这种现象的原因是石煤矿样中的钒矿物在微波场中因吸收微波而温度迅速上升并体积膨胀，致使矿粒产生龟裂［８］，矿石比表面积增加，从而提高了浸出率；但微波焙烧作用只是在于破坏矿石的结构和晶体的晶格，增大矿石比表面积，而微波加热时间极短，升温速率很快，并没有使低价态的Ｖ（Ⅲ）氧化为可溶于酸的Ｖ（Ⅳ ）或Ｖ（Ⅴ），所以被释放出来的低价钒并不能被浸出，使得钒浸出率并没有明显提高。３结论微波焙烧预处理可以提高石煤钒矿的浸出速率，浸出时间较常规酸浸时间缩短５０％，而且降低了传统工艺的能耗和污染，对从石煤中回收钒有一定推广价值。参考文献［１］王明玉，王学文．石煤提钒浸出过程研究现状与展望［Ｊ］．稀有金属，２０１０，３４（１）９０－９６．［２］漆明鉴．从石煤中提钒现状及前景［Ｊ］．湿法冶金，１９９９（４）１－１０．［３］蔡晋强．石煤提钒工艺及设备进展［Ｊ］．稀有金属与硬质合金，２０１０，３８（２）６７－７１．［４］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，２００９，４（２）３０－３４．［５］宾智勇．石煤提钒研究进展与五氧化二钒市场状况［Ｊ］．湖南有色金属，２００６，２２（１）１５－２０．［６］佟志芳，毕诗文，杨毅宏．微波加热在冶金领域中应用研究现状［Ｊ］．材料与冶金学报，２００４，３（２）１１７－１２０．［７］欧阳国强，张小云，田学达，等．微波焙烧对石煤提钒的影响［Ｊ］．中国有色金属学报，２００８，１８（４）７５０－７５４．［８］司士辉，戚斌斌．微波场对石煤湿法提钒过程的影响［Ｊ］．常熟理工学院学报，２００９，２３（２）５０－５４．［９］何东升．石煤型钒矿焙烧浸出过程的理论研究［Ｄ］．长沙中南大学，２００９．ＥｆｆｅｃｔｏｆＭｉｃｒｏｗａｖｅＲｏａｓｔｉｎｇｏｎＬｅａｃｈｉｎｇｏｆＶａｎａｄｉｕｍＦｒｏｍＳｔｏｎｅＣｏａｌＷＡＮＧＨｕｉ１，ＬＡＮＸｉｎ－ｚｈｅ１，２，ＭＡＨｏｎｇ－ｚｈｏｕ１，２，ＳＯＮＧＹｏｎｇ－ｈｕｉ１，２（１．ＳｃｈｏｏｌｏｆＭｅｔａｌｌｕｒｇｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｘｉ’ａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＡｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｘｉ’ａｎ７１００５５，Ｃｈｉｎａ；２．ＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＰｒｅｃｉｏｕｓＭｅｔａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｘｉ’ａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＡｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＳｈａａｎｘｉＴｅｃｈｎｏｌｏｇｉｃａｌＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＭｅｔａｌｌｕｒｇｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｘｉ’ａｎ４１００８３，Ｃｈｉｎａ）ＡｂｓｔｒａｃｔＰｒｅｔｒｅａｔｍｅｎｔｏｆｓｔｏｎｅｃｏａｌｂｙｍｉｃｒｏｗａｖｅｉｓｒｅｓｅａｒｃｈｅｄ．Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｓｏｆｍｉｃｒｏｗａｖｅｐｏｗｅｒａｎｄｒｏａｓｔｉｎｇｔｉｍｅｏｎｌｅａｃｈｉｎｇｒａｔｅｏｆｖａｎａｄｉｕｍａｒｅｅｘａｍｉｎｅｄ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｈｏｗｓｔｈａｔｓｔｏｎｅｃｏａｌｉｓｍｉｃｒｏ－ｗａｖｅｒｏａｓｔｅｄｆｏｒ１２ｍｉｎ，ａｎｄａｇｉｔａｔｉｏｎｌｅａｃｈｅｄｆｏｒ２ｈｕｓｉｎｇｓｕｌｆｕｒｉｃａｃｉｄ，ｔｈｅｌｅａｃｈｉｎｇｒａｔｅｏｆｖａｎａｄｉｕｍｃａｎｒｅａｃｈ６９．０４％，ｗｈｉｃｈｈａｓｉｎｃｒｅａｓｅｄｂｙｎｅａｒｌｙ２０％ｔｏｔｈａｔｏｆｕｎｒｏａｓｔｅｄｓｔｏｎｅｃｏａｌｓａｍｐｌｅｓｉｎｔｈｅｓａｍｅｌｅａｃｈｉｎｇｔｉｍｅ．Ａｆｔｅｒｍｉｃｒｏｗａｖｅｒｏａｓｔｉｎｇｐｒｅｔｒｅａｔｍｅｎｔ，ｔｈｅｌｅａｃｈｉｎｇｏｆｖａｎａｄｉｕｍｉｓｉｍｐｒｏｖｅｄｓｉｇ－ｎｉｆｉｃａｎｔｌｙ，ｌｅａｃｈｉｎｇｔｉｍｅｉｓｓｈｏｒｔｅｎｅｄｂｙ５０％，ｅｎｅｒｇｙｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎａｎｄｐｏｌｌｕｔｉｏｎａｒｅａｌｓｏｒｅｄｕｃｅｄ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓｍｉｃｒｏｗａｖｅ；ｒｏａｓｔｉｎｇ；ｓｔｏｎｅｃｏａｌ；ｖａｎｄｉｕｍ；ｌｅａｃｈｉｎｇ２９２