攀枝花学院本科课程设计提钒的原理及工艺设计学生姓名：罗浩学生学号：201111101041院（系）：材料工程学院年级专业：2011级材料科学与工程指导教师：李亮二〇一三年十二月摘要钒是一种重要的战略物资，具有广泛的用途。
钒被称为“现代工业味精”，是发展现代工业、现代国防和现代科学技术不可缺少的重要材料，可以添加于钢中、铁中，并以钛-铝-钒合金的形式用于航天领域。
钒的化合物也十分有用，可以被广泛地用来生产如催化剂、化妆品、燃料以及电池等。
在其它领域的应用也在不断扩展，且具有良好发展前景。
基于钒的广泛用途，以提取和使用钒为目的全球产业也随之得以发展。
石煤是我国独特的一种矶矿资源，储量极为丰富。
从石煤中提取v205是获得钒的重要途径。
文中旨在对传统提钒工艺流程进行评价的基础上，总结了石煤提钒中的一些新工艺，并对石煤提钒工艺前景进行了展望。
关键词石煤，提钒，焙烧，浸出ABSTRACTVanadium is an important strategic material and has many uses. Vanadium is called "industrial monosodium glutamate", is an important material in the development of modern industry, modern national defense and indispensable part of the modern science and technology, can be added to thesteel, iron, and the titanium aluminum vanadium alloys form used in the field of aerospace. Vanadium compounds are very useful, can be widely used in the production of cosmetics, such as catalyst, and fuel cell. In other fields of application has been extended, and has good prospects for development.Based on the extensive use of vanadium in vanadium extraction, and used for the purpose of global industry also developed. Stone coal is a unique vanadium mineral resource in China and is abundant. Extracting V2O5 from stone coal is an important method to get vanadium. On the basis of evaluation of conventional vanadium extraction processes, some new vanadium extraction processes from stone coal were summarized and prospect of the vanadium extraction process from stone cal was forecasted.Key Words Stone coal, Vanadium extraction, Roasting, Leaching目录摘要 (I)ABSTRACT (II)1 绪论 (1)1.1 前言 (1)1.2 钒的概述 (1)1.2.1 中国钒矿矿产资源分布 (1)1.2.2 钒的理化性质 (1)1.2.3 钒和钒合金的用途 (1)2 石煤提钒的工艺原理 (2)3 石煤提钒工艺现状及发展方向 (3)3.1 火法焙烧湿法浸出提钒工艺 (3)3.1.1 加盐焙烧提钒工艺 (3)3.1.2 钙化焙烧提钒工艺 (4)3．1.3其他火法提钒工艺 (5)3.2 湿法酸浸提钒工艺 (5)3.3 石煤提钒工艺发展方向 (5)3.4 石煤提钒工艺选择 (6)3.4.1 企业所在地针对石煤提钒的产业政策 (6)3.4.2 项目所在地的环境特征和环境容量 (6)3.4.3 工艺的可靠性、成熟性 (6)3.4.4项目所在地硫酸价格的高低 (6)3.5 石煤提钒工艺设计浅谈 (6)3.5.1工艺和工艺流程选择的原则技术上先进可靠、经济上合理可行 (7)3.5.2工艺设计的阶段性 (7)3.5.3关键设备的选型或设计 (7)3.5.4工艺流程设计 (8)结束语 (9)参考文献 (10)致谢 (11)1 绪论1.1 前言钒是一种重要的战略物资，主要应用于钢铁工业、国防尖端技术、化学业以及轻纺工业等领域[1]。
钒在世界上资源丰富、分布广泛，但无单独可供开采的富矿，总是以低品位与其它矿物共生。
钒钛磁铁矿和石煤是提钒的主要原料。
目前，世界各国生产钒的原料主要是钒钛磁铁矿在冶炼过程中副产的矿渣，我国亦然[1]。
由于我国的石煤资源极为丰富，特别是石煤中钒的储量，超过世界各国五氧化二钒储量的总和，因而从石煤中提钒是一个非常重要的发展方向。
石煤是一种含碳质的页岩，主要赋存于中泥盆纪以前的古老地层中。
石煤的主要特性为灰份高密度大，发热量低，结构致密，着火点高，不易燃烧和难以完全燃烧，较硬，难磨。
石煤中含有或富集了较多的伴生元素，如钒、镍、钼、铀、铜、硒、镓、银及贵金属60余种。
因为这些伴生元素的存在，综合提取有价组分所创造的价值往往大于作为燃料的价值。
石煤矿属于低品位含钒资源，除我国外，世界上其他国家在工业上开采利用的尚不多见。
我国从石煤中提钒有20世纪70年代开始。
南方各省直接从石煤中提取高品位五氧化二钒产品，远销美、日、西德和比利时等国，已取得较大成绩[2,3]1.2钒的概述1.2.1中国钒矿矿产资源分布中国钒矿资源较多，是全球钒资源储量大国。
钒矿分布较广，在19个省(区)有探明储量，四川钒储量居全国之首，占总储量的49%，尤其是攀枝花地区的钒资源相当丰富，已探明的钒钛磁铁矿储量近100亿吨；湖南、安徽、广西、湖北、甘肃等省(区)次之。
钒矿主要产于岩浆岩型钒钛磁铁矿床之中，作为伴生矿产出。
钒钛磁铁矿主要分布于四川攀枝花-西昌地区，黑色页岩型钒矿主要分布于湘、鄂、皖、赣一带。
1.2.2 钒的理化性质钒是元素周期表第四周期ⅤB族元素，元素符号Ⅴ，原子序数23，原子量为50.9415，熔点为1887℃，沸点3377℃,致密钒为刚灰色，具有良好的可塑性和可锻性。
1.2.3 钒和钒合金的用途钒作用钢添加剂提高钢的韧性和耐热性，其90％以上用于大口径钢管用得高强度钢（输油管、海底输送含硫天然气管道、造船、建筑钢筋、桥梁等）、高速工具钢（汽车曲轴、连接杆、驾驶盘的锻造部件等）、金属模等，其次用于钛合金（含钒的质量分数为4％—12％用作空气压缩机和框架部件等）、V3Ga超导材料、化工催化剂等[4,5]。
金属钒用作铁、铝、钢等合金添加剂，喷气机和火箭等的耐热材料，溅射靶，真空管蒸镀tV3Ga等合金系超导材料。
金属钒及合金作为液体金属冷却快中了反应堆的结构材料，钛钒合金作为燃料的包套材料。
2 石煤提钒工艺原理石煤提钒工艺工程中始终伴随着钒的价态变化，不掌握价态变化就难以提高钒的转化率。
钒的价态可分为还原区、氧化还原区、氧化区、平衡区，并通过价态分布来确定最佳的焙烧温度。
上述四个区域的温度范围分别为：还原区＜250℃、氧化还原区250--570℃、氧化区570--850℃、平衡区700℃，在还原区大量还原性物质尚未发生氧化反应，炭质的存在抑制了V（Ⅲ）的氧化，在氧化还原区还原性物质急剧发生氧化反应，同时也加速了钒的氧化反应进程。
在氧化区由于还原性物质大部分被氧化，钒的氧化不再受还原物质的控制。
主要受到外因影响，温度成了决定价态的主要因素，钒进一步氧化为V（V）。
在250--570℃的氧化还原区，钒氧化缓慢；在700—800℃以上的氧化区V（V）加速氧化，温度升至850℃时，氧化反应趋于恒定，钒的氧化反应达到动态平衡。
在石煤中加入8—10％（氯化钠含量在96--97％时为此标准）氯化钠进行氧化钠化焙烧[6]，是目前绝大多数的石煤提钒工艺采用的添加剂，目的是使不溶性钒尽可能多的转化为可溶性钒酸钠，在石煤中加入添加剂前应先对石煤进行预脱碳处理（或者以氧化矿和石煤矿适量搭配制球进行自燃焙烧）。
焙烧是石煤提钒工序中一个重要的单元过程，目前提钒的焙烧设备基本上是平窑。
平窑设备简单、投资少、转化率高（需熟手操作）、易于操作，在我国早期提钒厂家应用广泛。
但平窑存在占地面积大、技术针对性强、综合利用热能效果差，不适合于大型化生产。
所以一些厂家改用沸腾窑、旋转窑。
和平窑相比，沸腾窑、旋转窑、隧道窑、还有就是新式自燃式立窑有较好的转化率、指标较为稳定、可综合利用热能、烟气易于集中处理等优点。
沸腾窑、旋转窑、隧道窑不足之处是一次性投资大、运行技术复杂、电力消耗较大，以目前的钒价难以承受。
所以绝大部分厂家选用平窑进行氧化钠化焙烧，另有一些厂家选用立窑进行氧化钠化焙烧。
焙烧熟料只需在常温常压下进行水浸，通过多次浸泡后，在母液水克／升浓度（或废渣水溶钒）达到排放标准后外排，浸出液经过澄清后送往离子交换车间进行离子交换，通过简单除杂后产品能达到国家标准。
总之选择合适的焙烧设备（包括添加剂和矿种）是可以提高金属焙烧转化率的，但若要获得较好的经济效益还需考虑石煤的入窑品位，尽可能选择品位较高的石煤。
3石煤提钒工艺现状及发展方向我国的石煤提钒工业起步于70年代末期，经过约三十年的发展，在钒行业已经具有较重要的地位，产量估计已经达到全国钒总产量的30%左右。
在工业行业里，石煤提钒是个较年轻的行业，在工艺、设备方面仍然处于较落后的状况，仍然存在较大的技术和经济提升空间。
经过三十年的发展，石煤提钒工艺发展为两大工艺路线，即火法焙烧湿法浸出提钒工艺和湿法酸浸提钒工艺。
火法焙烧湿法浸出提钒工艺，指的是矿石经过高温氧化焙烧，低价钒氧化转化为五价钒，再进行湿法浸出得到含钒液体实现矿石提钒的工艺过程；湿法酸浸提钒工艺，指的是含钒原矿直接进行酸浸，包括在较高浓度酸性条件下，甚至是加热加压、氧化剂存在的环境下，实现矿物中钒溶解得到含钒液体的工艺过程。
3.1火法焙烧湿法浸出提钒工艺火法焙烧湿法浸出提钒工艺，根据焙烧过程添加剂的不同或焙烧机理的区别，分为加盐焙烧提钒工艺、空白焙烧提钒工艺、钙化焙烧提钒工艺等。