石煤型钒矿焙烧—浸出过程的理论研究.doc

石煤型钒矿焙烧浸出过程的理论研究 石煤提钒是石煤资源综合利用的一个重要方面,我国从60年代起开始石煤提钒的相关研究与生产,但总体来说,石煤提钒技术水平不够先进,提钒工艺存在钒总回收率低、试剂消耗大、成本高、易产生污染等问题;并且,石煤提钒理论研究较少,研究方法单一,尤其是对于焙烧过程、浸出过程的相关理论研究比较薄弱,这严重制约了提钒技术的发展。而已有的研究工作大多是针对落后的钠化焙烧体系而开展的,对氧化焙烧体系研究较少。本文在前人研究基础上,采用多种现代测试技术,结合大量理论分析和试验研究,对石煤氧化焙烧过程、焙烧渣酸浸过程中相关理论进行了细致系统的研究。主要研究内容和结果如下1焙烧对伊利石晶体结构改变及伊利石在酸中溶解行为的影响研究了伊利石在不同焙烧温度下晶体结构变化规律,结果表明,伊利石在100℃左右脱除吸附水和层间水,在600℃～800℃范围内,脱除羟基,在1050℃左右时,伊利石开始发生相变,转变为莫来石。伊利石晶体结构中四面体和八面体在焙烧过程中发生调整、变形,这促使结构中Al、K以及Si所受“束缚力”减弱,溶解活性增强,在酸溶液中更易溶出。2氧化焙烧过程热力学分析及焙烧过程物理化学变化对石煤氧化焙烧过程进行了热力学分析,绘制了有机质、黄铁矿、钒和方解石吉布斯自由能-温度图。结果表明,有机质、黄铁矿的氧化反应在热力学上比ⅤⅢ氧化反应更易进行,石煤中有机质和黄铁矿的存在对钒氧化具有抑制作用。TG-DSC、XRD、SEM分析结果表明,石煤氧化焙烧过程中,发生有机质氧化、黄铁矿氧化、钒氧化、方解石分解等反应。焙烧温度达850℃时,伊利石晶体结构破坏,1050℃,开始有鳞石英生成。焙烧温度为750℃时,颗粒之间开始发生烧结,温度越高,烧结现象越严重;焙烧温度达一定值时,会形成低熔点物质,焙烧温度高于该物质熔点时,出现液相,形成“玻璃体”,使钒被“包裹”。3氧化焙烧过程中钒氧化规律及与钒浸出的关系钒价态分析及浸出试验结果表明,钒氧化过程分为三个阶段,第一阶段主要为VⅢ氧化为VⅣ,第二阶段主要是VⅣ氧化为VⅤ,第三阶段VⅢ和VⅣ氧化反应达到平衡;VⅢ需氧化为VⅣ或VⅤ才可能被浸出,但若钒无论是VⅢ、VⅣ还是VⅤ在焙烧过程中被“包裹”,则难以被浸出。4氧化焙烧渣酸浸过程热力学分析绘制了钒-水体系电位-pH图,分析了钒在水溶液中的存在状态及溶解性能。结果表明,钒在水溶液中赋存状态复杂,在高电位、强酸性pH＜1条件下,主要以钒氧离子VO_2、VO2形式存在。绘制了石煤中主要矿物石英、伊利石和高岭石在水溶液中浓度对数图,计算了伊利石、高岭石和赤铁矿溶解反应在各温度下标准平衡常数,结果表明,伊利石、高岭石溶解反应可自发进行,溶解反应标准平衡常数较大,高岭石在酸中比伊利石更易溶解,赤铁矿在酸中不易溶解。5焙烧渣酸浸动力学、钒浸出机理提出了含钒伊利石浸出动力学模型,计算得出钒浸出反应表观活化能为99.52kJ/mol,查定了钒浸出反应控制步骤,属化学反应控制。浸出试验结果表明,钒和铝浸出行为具有良好的相关性,铝浸出,钒亦被浸出,反之亦然。钒浸出率与含钒伊利石晶体结构破坏程度相关,晶体结构破坏程度越大越有利于钒的浸出。钒浸出机理可用表面化学过渡态理论解释,H先吸附在伊利石表面上,然后与伊利石中V发生交换,V从伊利石中解吸后进入溶液,实现钒的浸出。 【关键词相关文档搜索】 矿物加工工程; 石煤; 钒; 伊利石; 焙烧; 浸出 【作者相关信息搜索】 中南大学; 矿物加工工程; 冯其明; 何东升;