第２期 ２０１０年４月 矿产综合利用 Ｍｕｌｔｉｐｕｒｐｏｓｅ Ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ Ｍｉｎｅｒａｌ Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ ＮＯ．２ Ａｐｒ．２０１０
低品位含钒石煤酸浸提钒工艺研究
魏昶，麦毅，樊刚，李曼廷 时亮，邓志敢
（昆明理工大学冶金与能源２１２程学院，云南 昆明６５００９３）
摘要：在我国，含钒品位低于０．８％的石煤不但超过总量的６０％，而且在高品位的矿山中也总夹杂着低品位的 矿层或者矿带。为此，选取了贵州某地品位为０．６０％的石煤为原料，采用硫酸＋助浸剂Ｒ，＋氧化剂Ｒ２体系进行 了酸浸提钒试验研究。结果发现，该低品位石煤在一定条件下浸出率可达９０％，并且在当前的市场条件下具有一
定的经济价值。 ’ 关键词：低品位含钒石煤；酸浸；五氧化二钒 中图分类号：ＴＦ８４１．３文献标识码：Ａ文章编号：１０００－６５３２（２０１０）０２－００１２－０５
由于钒在钢铁、化工、航空航天等领域的重要作 用以及我国拥有丰富的石煤资源，所以自６Ｏ年代开
始，石煤提钒一直都是广大科技工作者一项重要的 研究课题｜】“】。一般认为，在当前的经济技术条件
下，钒含量低于０．８％的含钒石煤不具有开采价 值 ３ Ｊ。然而，在我国钒品位低于０．８％的石煤不
但超过总量的６０％【３ ｊ，而且在高品位的矿山中也 总夹杂着低品位的矿层或矿带 Ｊ，因此对低品位
含钒石煤的提取值得关注。
钒在石煤中的赋存形式虽然比较复杂，但主要 是取代三价铝离子类质同相赋存于伊利石类粘土矿
物－／ｋ面体中 。从理论上讲，杂质在晶体中含 量的高低会使晶体的化学稳定性产生一定差异，因
此，石煤中钒含量的高低会对伊利石类粘土矿物稳 定性产生影响。钒含量高低对伊利石类粘土矿物晶 格稳定性到底产生何种影响，低品位含钒石煤中钒
是否易于提取，这就成了低品位石煤提钒过程中必 须回答的问题。由于目前还没有人研究过钒含量对
伊利石品格产生何种影响，因此，很难从理论上推断
低品位含钒石煤提取的可行性，所以只能采用实验 研究的方法来探索低品位含钒石煤提取的可行性。 近年来，关于石煤提钒的新工艺和新技术的研 究成果报道不少¨ 埘】，但还没有一种工艺是普遍适
用的，不过从环保和操作性方面来看，直接酸浸是具
有优势的。因此，本文选择由吴慧玲等提出的硫酸
＋助浸剂Ｒ，＋氧化剂Ｒ 体系浸出低品位含钒石煤 中的钒，并在此基础上揭示低品位含钒石煤中钒浸 出率随主要因素变化的规律，讨论低品位含钒石煤
氧化矿直接提钒的可行性。
ｌ 实验原料与方法
１．１ 实验原料 实验所用石煤来自贵州某地，原矿经破碎细磨 至一０．０７４ｍｍ大于８０％后进行分析，其化学成分见 表１。 从表１可知，原料中钒含量低于０．８％，表明该
石煤属于低品位含钒石煤。
原料成分和ＸＲＤ分析结果显示，该原料以二氧 化硅和发光沸石、白云母等铝硅酸盐为主，未见石煤
中的主要含钒物相伊利石类粘土矿物。为进一步研 究石煤物相的分布特征，对原料进行了背散射电子
成像和微区能谱分析，结果表明：该原料粒径差异较
表１ 石煤化学成分分析结果／％
收稿日期：２００９－０９－２１ 基金项目：国家自然科学基金项目（５０８７４０５３）；云南省科技厅支持项目（２００７ＧＡ０１０） 作者简介：魏昶（１９６５一），男，教授，博士生导师，博士，研究方向：湿法冶金。
第２期 魏昶等：低品位含钒石煤酸浸提钒工艺研究 ・１３・
大，多数颗粒都较粗；粒径小于２１ｘｒｎ的粘土级颗粒 含量较少，并且主要呈独立分布，只有少部分嵌布在 大颗粒的表面；粗颗粒主要为铝硅酸盐、重晶石、铁
氧化物、炭质等，未见钒的存在，这与钒主要赋存于
伊利石类粘土矿物中的观点是一致的。 实验所用浸出剂均为分析纯，助浸剂Ｒ 为酸性
化合物，Ｒ 为氧化剂，水为自来水。 １．２实验主要设备 ＨＨ一￥２６ｓ电子恒温水浴锅，ＪＪ—ｌ增力精密电 动搅拌机，２ＸＺ一４型旋片真空泵等。 １．３实验方法 实验采用五口烧瓶作为容器，机械搅拌、水浴加 热，冷凝管冷凝。用水银温度计测定五口烧瓶内的
温度作为浸出温度，硫酸、助浸剂Ｒ 和氧化剂Ｒ：用
量计数为其质量与实验原料质量的百分比值。 钒浸出率（１１）采用减差法计算，其公式为１１＝
（１一ｍ２ ｍｌ ０【）×１００％ 式中：１１为钒的浸出率；ｍ。为浸出试样质量；ｍ
为浸出渣质量；Ｏｔ为试样中钒Ｖ：０ 含量； 为浸出 渣中Ｖ ０ 含量。
２ 实验结果与讨论
２．１硫酸用量对钒浸出率的影响
实验条件：Ｒ。用量ｌ５ｇ／Ｌ，Ｒ 用量ｌｇ／Ｌ，恒温
温度９０￣Ｃ，恒温时间６ｈ，Ｌ：Ｓ＝４：１，结果见图１。
图１ 硫酸用量对钒浸出率的影响
从图１可知，钒的浸出率随硫酸浓度增加而增
大，在硫酸浓度为７５ｇ／Ｌ时钒浸出率已达８５．２２％，
这表明低品位含钒石煤在硫酸＋助浸剂Ｒ ＋氧化
剂Ｒ：体系中，钒不但可以浸出，而且在较低的硫酸 浓度条件下即可取得比传统钠化焙烧＋浸出更高的
浸出率。 ２．２ Ｒ 用量对钒浸出率的影响 实验条件：硫酸浓度８７．５ｇ／Ｌ，Ｒ 用量ｌｇ／Ｌ，恒
温温度９０％，恒温时间６ｈ，Ｌ：Ｓ＝４：１，结果见图２。
ＲＩ浓度／ｇ・Ｃ
图２ Ｒ 用量对钒浸出率的影响
由图２可知，Ｒ 浓度的变化对低品位含钒石煤 钒浸出率有明显的影响，钒浸出率随Ｒ 浓度的增大
而增高，在２Ｏｇ／Ｌ时，钒的浸出率高达９１．７７％。
含钒石煤与硫酸的基本反应式如下所示：
Ｖ２０４＋２Ｈ２ＳＯ４＿Ｖ２０２（ＳＯ４）２＋２Ｈ２０ （１） ２Ｖ２０４・ＭｅＯ＋６Ｈ２ＳＯ４’＋２Ｖ２０２（ＳＯ４）２＋
２ＭｅＳＯ４＋６Ｈ２０ （２）
ｘＭｅ２０・ｙＶ２０５＋（ｘ＋ｙ）Ｈ２ＳＯ４—＋ｘＭｅ２ＳＯ４＋
ｙ（ＶＯ２）２ＳＯ４＋（ｘ＋ｙ）Ｈ２０ （３）
２Ｖ２０３＋Ｒ２＋５Ｈ２ＳＯ４ ２Ｖ２０２（８０４）２＋Ｍ２Ｓｏ４
＋４Ｈ２０＋Ｂ２ （４） 通常，只有钒以氧化物或者钒酸盐形式存在时 才能直接溶于硫酸（见式１—３），而三价氧化物只有 在有氧化剂的条件下才能溶于酸（见式４）¨ ２ｏ］。
从图２可知，当仅为硫酸＋氧化剂Ｒ：时（Ｒ 浓度为 零时），钒浸出率为２１．３３％，这说明在该原料中有
部分钒是以钒氧化物或者钒酸盐的形式存在的，在
硅酸盐晶格中存在的钒还不足８０％。 ２．３浸出温度对浸出率的影响
实验条件：硫酸浓度８７．５ｇ／Ｌ，Ｒ。用量ｌ５ Ｌ，
Ｒ：用量ｌｇ／Ｌ，恒温时间６ｈ，Ｌ：Ｓ＝４：ｌ，结果见图３。
从图３可知，浸出温度越高，越有利于浸出反应 的进行，浸出温度在７０—８０℃时就可得到较高的浸
出率。
・１４・ 矿产综合利用
２．４浸出时间对浸出率的影响 浸出条件：硫酸浓度８７．５ｇ／Ｌ，Ｒ。用量ｌ５ｇ／Ｌ，
Ｒ 用量Ｉｇ／Ｌ，恒温温 ０℃，Ｌ：Ｓ＝４：１，结果见图４。
图３浸出温度对钒浸出率的影响
图４浸出时间对钒浸出率的影响
从图４可知，浸出时间少于３ｈ时浸出率随时间 的延长增大，浸出时间大于３ｈ后，浸出率随时间的 变化不明显，这说明浸出反应在３ｈ左右已达到平
衡。化学反应的快慢受传质过程和化学反应过程控
制，在本实验中液固比较高、矿浆粘度较小、搅拌也 很强烈，因此浸出反应速率受溶液中传质控制的可 能性较小。３ｈ后浸出反应即可达到平衡，表明该低
品位含钒石煤比较容易浸出。
３ 浸出过程中的环境影响和经济效益
评价
该浸出体系中的硫酸、助浸剂Ｒ 和氧化剂Ｒ： 均为生物体不可直接接触的化合物，Ｒ 和Ｒ 在高 浓度时易挥发，但在浸出过程中由于Ｒ 和Ｒ 使用 量较低，所以对环境的影响较小。浸出液为酸性体 系，不可直接排放，但经萃取提钒后的萃余液可循环 使用。所以从整体上来看，采用硫酸＋助浸剂Ｒ ＋
氧化剂Ｒ：体系直接浸出石煤中的钒，无明显废气和 废水产生，其环境影响较传统钠化焙烧一浸出工艺
友好。 浸出是整个石煤提钒制备五氧化二钒过程中成
本最高的环节，经计算采用本体系浸钒的成本约为 目前五氧化二钒市场价的５０％左右，若按浸出液中
的废酸循环使用计算，其成本将更低。因此，硫酸＋ 助浸剂Ｒ ＋氧化剂Ｒ：体系直接浸出石煤氧化矿中
的钒，具有工业化推广价值，经济上可行。
４ 结 论
１．该石煤含钒０．６０％，但有２１％左右是以钒氧
化物和钒酸盐形式存在，只有８０％左右存在于伊利
石类粘土矿物中，且含钒较低。 ２．在硫酸＋助浸剂Ｒ ＋氧化剂Ｒ：体系中浸出
低品位含钒石煤中的钒是可行的。在硫酸浓度为 ８７．５ｇ／Ｌ、助浸剂Ｒ 浓度为２Ｏｇ／Ｌ、氧化剂Ｒ２浓度
为１ｇ／Ｌ、液固比为４：１、浸出温度为９Ｏ℃、浸出时间 为３ｈ的条件下，钒浸出率可达９０％。
３．该低品位含钒石煤中的钒，不仅可以浸出，而 且在低酸条件下就可达到较高的浸出率。试验结果
表明，采用硫酸＋助浸剂Ｒ。＋氧化剂Ｒ 体系浸出 该低品位含钒石煤，在当前市场条件下具有一定的
经济价值。
参考文献：
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・１８・ 矿产综合利用 ２０１０正
３．试验结果表明：采用闪速磁化焙烧一弱磁选 流程选别重钢接龙铁矿，可得到产率４５．０４％、，Ｉ’Ｆｅ 品位６０．０９％、铁回收率８１．３７％的弱磁铁精矿。该
工艺流程结构简单、经济实用、工业生产可操作性
好、易于实现，可为同类型复杂难选铁矿的开发提供
参考和借鉴作用。
参考文献：
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Ｒｏａｓｔｉｎｇ ｏｆ Ｉｒｏｎ Ｏｒｅ ｆｒｏｍ Ｊｉｅｌｏｎｇ Ｍｉｎｅ
ＷＡＮＧ Ｑｉｕ—ｌｉｎ，ＰＥＮＧ Ｚｅ－ｙｏｕ，ＬＩ Ｊｉａ・ｌｉｎ，ＺＨＡＮＧ Ｘｉａｎｇ—ｙｕ，Ｉ Ｘｉａｏ・ＳＵ，ＬＩＵ Ｘｉａｏ—ｙｉｎ （Ｃｈａｎｇｓｈａ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｍｉｎｉｎｇ ａｎｄ Ｍｅｔａｌｌｕｒｇｙ，Ｃｈａｎｇｓｈａ，Ｈｕｎａｎ，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｄｉｒｅｃｔｅｄ ａｔ ｔｈｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ Ｊｉｅｌｏｎｇ ｉｒｏｎ ｏｒｅ，ｔｈｅ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｃａｌ ｆｌｏｗｓｈｅｅｔ ｏｆ ｆｌａｓｈ ｍａｇｎｅｔｉｃ ｒｏａｓｔｉｎｇ— ｌｏｗ—ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ ｍａｇｎｅｔｉｃ ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ ｉｓ ａｄｏｐｔｅｄ，ａｎｄ ｏｎ ｉｒｏｎ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｅ ｗｉｔｈ ６０．０９％ＴＦｅ ａｎｄ ａ ｒｅｃｏｖｅｒｙ ｏｆ ８１． ２７％ｃａｎ ｂｅ ｏｂｔａｉｎｅｄ ａｔ ｔｈｅ ｙｉｅｌｄ ｉｓ ４５．Ｏ４％．Ｔｈｅ ｆｌｏｗｓｈｅｅｔ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ ｔｈｅ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｉｓ ｓｉｍｐｌｅ ａｎｄ ｈａｓ ｃｅｒｔａｉｎ ｅ— ｃｏｎｏｍｉｃ ｖｉａｂｉｌｉｔｙ，ａｎｄ ｔｈｅ ｏｐｅｒａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｃｏｍｍｅｒｃｉａｌ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｉｓ ｂｅｔｔｅｒ ａｎｄ ｅａｓｙ ｔｏ ｒｅａｌｉｚｅ．Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ，ｉｔ ｉｓ ａｎ ｅｆｆｅｃ—
ｔｉｖｅ ｍｉｎｅｒａｌ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｆｏｒ Ｊｉｅｌｏｎｇ Ｉｒｏｎ Ｍｉｎｅ，ｍｏｒｅｏｖｅｒ，ｉｔ ａｌｓｏ ｐｒｏｖｉｄｅ ａ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｆｏｒ ｅｘｐｌｏｉｔｉｎｇ ａｎｄ ｕｔｉ－ ｌｉｚｉｎｇ ｓｉｍｉｌａｒ ｋｉｎｄｓ ｏｆ ｃｏｍｐｌｉｃａｔｅｄ ａｎｄ ｒｅｆｒａｃｔｏｒｙ ｉｒｏｎ ｏｒｅｓ．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：Ｓｉｄｅｒｉｔｅ；Ｆｌａｓｈ ｍａｇｎｅｔｉｃ ｒｏａｓｔｉｎｇ；Ｌｏｗ—ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ ｍａｇｎｅｔｉｃ ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ
（上接１４页） 讯，１９８９（３）：３２—３５． ［９］张爱云，翁成敏．黑色页岩型钒矿提钒的主导矿物［Ｊ］． 中国地质大学学报（地球科学），１９８９，１４（４）：３９１—３９２． ［１０］许国镇．我国南方石煤钒价态研究的概括及意义［Ｊ］． 矿产综合利用，１９８４（３）：２１—２９． ［１１］许国镇．石煤中钒的价态及物质组成对提钒工艺的指 导作用［Ｊ］．煤炭加工与综合利用，１９８９（５）：５～８． ［１２］陈铁军，邱冠周，朱德庆．石煤提钒焙烧过程钒的价态 变化及氧化动力学［Ｊ］．矿冶工程，２００８，２８（３）：６４— ６７． ［１３］ＨＥ Ｄｏｎｇｓｈｅｎｇ，ＦＥＮＧ Ｑｉｍｉｎｇ，ＺＨＡＮＧ Ｇｕｏｆａｎ．Ａｎ ｅｎｖｉ— ｒｏｎｍｃｎｔａｌｌｙ—ｆｒｉｅｎｄｌｙ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｆ ｖａｎａｄｉｕｍ ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ ｆｒｏｍ ｓｔｏｎｅ ｃｏａｌ［Ｊ］．Ｍｉｎｅｒａｌｓ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２００７（２０）：１ｔ８４ ～ｌｌ８６． ［１４］ＬＩ Ｈａｏｒａｎ，ＦＥＮＧ Ｙａｌｉ，ＬＩＡＮＧ Ｊｉａｎｇｌｏｎｇ，ＬＵＯ Ｘｉａｏｂｉｎｇ， ａｎｄ ＤＵ ｚｈｕｗｅｉ．Ｖａｎａｄｉｕｍ ｒｅｃｏｖｅｒｙ ｆｒｏｍ ｃｌａｙ ｖａｎａｄｉｕＲｌ ｍｉｎｅｒａｌ ｕｓｉｎｇ ａｎ ａｃｉｄ ｌｅａｃｈｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ［Ｊ］．ｒａｒｅ ｍｅｔａｌｓ， ２００８，２７（２）：１１６—１２０． ［１５］沈喜恩．上饶八都石煤直接酸浸提钒工艺研究［Ｊ］．江 西煤炭科技，１９９７（３）：５７—５９． ［１６］向小艳，王明玉，肖连，等．石煤酸浸提钒工艺研究［Ｊ］． 稀有金属与硬质合金，２００７，３５（３）：１Ｏ一１３． ［１７］蒋馥华，张萍，申照全．石煤中提钒的无污染新工艺 ［Ｊ］．化学世界，１９９２，３３（１２）：５３８—５４０． （下转２ｌ页）