环保、高容量、瞬时充 电；用于手提式电子装 置、电动汽车和计算机

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钒
85%
冶金工业
10%
国防/宇航/有色 核工业/船舶
4%
化工 高端催裂化剂
1%
钒电新能源
提高钢的强度、耐 热性、韧性、延展 性
硬质合金、超导材料及 核反应堆材料、喷气发 动机、高速飞行器骨架
矿物加工技术在二次资源领域 的应用
矿物加工技术 在二次资源领域的应用
武汉理工大学 张一敏 教授
张一敏
武汉理工大学 2011.11

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1 2
引 言 硫酸渣的综合利用
3
4 5
石煤提钒
铁尾矿的综合利用
含锌粉尘的资源化利用

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3.1.2 我国石煤分布及其中钒的储量
我国石煤资源分布示意图
广泛分布于南方各省，
蕴藏量巨大；
用于燃烧发电、制作建
材等，综合开发利用程 度低； 资源。
典型含钒页岩矿石
是我国特有的一种含钒

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V2O5储量达1.18亿吨，超过国外总储量
对含碳较高的煤矸石可用水力旋流器、重介质、跳汰等回收有价组分； 对高含硫铁矿的煤矸石可通过跳汰机等设备回收硫铁矿。

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2.硫酸渣的综合利用
2.1 硫酸渣的来源与组成 2.1.1 来源
来自焙烧硫铁矿利用接触法生产硫酸过程。
生产1吨硫酸产生0.7-1.01t硫酸渣；
1.3.3 有色冶炼固体二次资源
主要渣种：铜渣、铅锌渣、镍渣(大多水淬处理) 主要成分：SiO2。目前75%的铜渣、50%的铅锌渣用作水泥原料， 60%镍渣作填埋，亟待提升其综合利用率。 如锌废渣：多采用磁选法、回转窑法、转底炉法处理技术。
1.3.4 化工固体二次资源
化工固废：弃物种类多，有毒物质含量高，产生量大 产 生 量：t产品通常可产生1-3t固废，个别高达10-12t 如硫酸渣：多采取螺旋溜槽等分选技术 高PO43-、Fe2+、Zn2+渣，多采用物理、化学选矿处理。

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3.石煤提钒
3.1 石煤的性质
3.1.1 石煤的成因和特点
石煤 : 一种黑色含碳页岩，是存在于震旦系、寒武系、志留系等 古老地层中的一种早古生代煤。 低等生物
腐泥化作用
（藻类、菌类、浮游生物）
腐泥
成岩作用
腐泥煤
变质作用
石煤
特点 :
碳、氢含量低，发热量低 热值一般4000-5000kJ/kg 灰分高，S含量较大 灰分70-88%，S 2-5%，多来自FeS2 比重大，结构致密，硬度较高，难磨 除钒外，大部分伴生元素（Mo，U，Se，Cu，Cd，Ag等）一般均低 于工业开采品位
全球用量缺口约占总需求量的60%。
燃料电池潜艇

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石煤中钒的品位
石煤中钒品位相差悬殊，一般为0.1%-1.1%，小于边界品位0.5% 的占60%。通常0.5%以上才具有工业开采价值。 在目前技术经济条件下，大于0.7%以上，才可具有竞争力。
ω (V2O5)/% 占有率/% 0.1 3.1 0.1-0.3 23.7 0.3-0.5 33.6 0.5-0.1 36.8 ＞1% 2.8
进指标 。
武钢硫酸渣处理工程

山东江北化工总厂分选工程
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2.2.2 硫酸渣浸出-磁选工艺
某些Au、Ag等含量较高的硫酸渣，可采用浸出-磁选技术，回收贵 金属和铁精矿。
工艺原理： 金、银在有氧存在的氰化溶液中与氰化物反应，生成金氰络离子， 然后用锌置换，再经冶炼得到成品金、银，最后利用弱磁磁选机将硫酸 渣磁选得精铁矿。 4Au+8NaCN+O2+2H2O→4NaAu(CN)2+4NaOH 2Au(CN)2-+Zn→2Au+Zn(CN)42-
K2=t2/D2 >0.4
螺旋断面曲线设计

形成复合力场 实现大直径设计 提高了富集比 提高了小密度差物料边 缘分选效率
h／D＝0.45
h／D＝0.36
国内外传统理论极限：h／D＝0.45 创造性超极限距径比：h／D＝0.36

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工程实例:
武汉钢铁集团、本溪钢铁集团等； 各项指标达到或优于国内、外同类产品先

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典型工艺流程：
烧渣 磨矿
分级
浸出 洗涤 磁 选 铁精矿 净化 尾砂

主要工序：磨矿、浸出、洗涤、置换、 磁选和净化等； 主要指标：浸出率68%，洗涤率96%， 置换率98%；氰化回收率64%。
置换 冶炼 金银
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是国内钒钛磁铁矿石中V2O5储量7倍
钒钛磁铁矿中V2O5（万t）
贵州 8.3 河南 4.4 陕西 15.2 湖北 126.6 浙江 106.6 安徽 74.6 江西 128.8 湖南 187.2 广西 68.3
国家
中国 南非
经济 储量
900 900
基础 储量
2500 2100
俄罗斯
美国 其他 总和
河南
4.4 —
合计
618.8 11797. 0
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钒
85%
冶金工业
10%
国防/宇航/有色 核工业/船舶
4%
化工 高端催裂化剂
1%
钒电新能源
提高钢的强度、耐 热性、韧性、延展 性
硬质合金、超导材料及 核反应堆材料、喷气发 动机、高速飞行器骨架
改变材料结构、降低辐 射；生产高端催裂化剂 及颜料、涂料等
改变材料结构、降低辐 射；生产高端催裂化剂 及颜料、涂料等
环保、高容量、瞬时充 电；用于手提式电子装 置、电动汽车和计算机

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“9.11”事件后，各国从国家安全出发，钒已成为 本世纪最重要的战略储备资源之一，其地位和作用
长期不可替代。
全球钒产品需求以每年30%以上的速度递增2009年
常用技术方法：
磁化焙烧-磁选 浮选-磁选 磁选-重选


洗矿-分级-浮选联合流程
高温氯化法
存在问题：
技术适应性不强，可操作性差； 易造成二次污染； 工艺复杂、过程控制困难、指标不稳、成本高。

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2.2.1超极限（h/D）螺旋溜槽分选提纯技术
近1亿t/a，少量作水泥掺合料；
大部长期废弃堆放，形成区域公害。

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2.1.2 硫酸渣的特性
（1）化学组成
组成 含量/% TFe 27-63 Cu 0.180.50 Pb 0.0150.20 S 0.123.43 SiO2 6.737 Zn 0.020.72
1.二次资源的定义及分类
1.1 二次资源的定义 自然资源（一次资源）：在一定经济技术条件下，对人类 有用的一切物质和非物质的总称。 从广义上说，自然资源包括全球范围内的一切要素，既包 括地质进化过程中无生命的物理成分，又包括地球演变中的 产物。

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二次资源（再生资源）:即一般意义上的废弃物资源(城市矿业) 。 可定义为，在社会生产、流通、消费过程中产生的不再具有原使用价 值并以各种形态存在，但可以通过某些综合利用加工、回收等途径，使 其重新获得使用价值的各种废弃物的总称。
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（3）生产氧化铁颜料
硫铁矿 硫酸渣 机械活化 还原 研磨 结晶 干燥 氧化 溶解 洗涤
晶种
氧化
酸浸
铁黄
过滤
空气 绿矾 溶液 氨水
上述工艺可制得大小均匀的针 形颗粒铁黄产品，长轴平均为 1.152μ m，短轴平均为0.15μ m。 产品为α -FeOOH，性能优于 GB1863-89产品质量。
900
0.8 2700
1250
700 180 6800
省份 石煤/亿t
V2O5/万t

湖南
187.2 4045.8
湖北
25.6 605.3
广西
128. 8
—
江西
68.3 2400
浙江
106.4 2277.6
安徽
74.6 1894.7
贵州
8.3 11.2
陕西
15.2 562.4
废渣 粉尘 废旧 金属
工业 生产
尾矿
废气 秸秆 废水
废 橡胶
农业 稻壳 生产
家畜 粪便
废 塑料
生产 生活
电
A.矿业固体二次资源 固体 二次资源 B.钢铁冶金固体二次资源 C.有色冶炼固体二次资源
D.化工固体二次资源

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3.1.3 石煤中钒的赋存状态
（1） 以类质同象赋存于硅铝酸盐矿物晶格
V3+或少量V4+取代Al3+，进入铝氧八面体结构，呈类质同 象存在，形成含钒云母。
K2O· 2H2O· 3Al2O3· 6SiO2 K2O· 2H2O· 3（Al、V）O3· 6SiO2
（2）粒度组成
粒级 /mm >0.25 0.150.25 1.9-2.1 0.100.15 0.5-12.0 0.0740.10 0.060.074 0.0440.06 14.0 <0.044 60.0
含量/% 4.1-4.2
10.3-18.1 9.0-63.8

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工艺流程
技术特点
工艺流程简单，操作简便，
运行成本低；
可有效排除精矿产品中的