一种高硅含钒石煤水蒸汽炭化预处理制备V2O5的方法技术

本发明专利技术涉及一种高硅含钒石煤水蒸汽炭化预处理制备V2O5的方法。其技术方案是：先将高硅含钒石煤用球磨机粉碎至100～200目，将所述矿粉与浓硫酸按质量比1：（0.2～0.4）搅拌混合，再在上述混合物中加入8～15%的引发剂溶液，搅拌20～30 min。将搅拌后的湿砂状混合物装入料斗车中，推入水蒸汽炭化室中，在150～250℃进行炭化。炭化渣以固液比为1.0～2.0L/Kg，进行二段法浸取钒，滤液为蓝色的溶液，然后按照常规湿法冶金制备V2O5的方法，得到99.5%以上的五氧化二钒产品。本发明专利技术无需对矿石进行焙烧、不产生有毒有害废气。整个工艺能耗低、钒的浸出率高，是一种清洁环保型制备V2O5的方法。

【技术实现步骤摘要】
一种高硅含钒石煤水蒸汽炭化预处理制备V2O5的方法
本专利技术专利涉及湿法冶金提钒技术，尤其是一种高硅含钒石煤水蒸汽炭化预处理制备V2O5的方法。
技术介绍
钒是一种重要的战略物质，具有良好的合金和催化性能，在化工、汽车、能源、国防、航空等领域有着广泛的用途。在我国，钒主要是从石煤或钒钛磁铁矿中提炼出来的，石煤中的钒绝大部分以V（III），V（IV）的形态存在，并且多数以类质同象的形式赋存于硅酸盐类矿物中，晶体结构牢固，难以浸出。为了有效提取石煤中的钒，通常需要对含钒石煤进行高温焙烧来破坏矿物结构，同时将V（III）钒氧化成V（IV）或V（V），然后用溶液浸取钒。从已公开的专利技术专利及有关文献资料来看，石煤提钒的方法主要是先将矿石原料进行焙烧预处理，即在含钒原料中掺入各种添加剂如钠盐、钙盐、氧化剂，在大型窑炉中进行钠化焙烧、钙化焙烧、复合剂焙烧；另外公开的专利中也有采用空白焙烧，然后用草酸铵、或柠檬酸铵、或磷酸铵浸取的方法。但是矿物在高温焙烧时会产生大量有毒有害气体，如Cl2、HCl、SO2等，污染环境。焙烧工序采用的各式窑炉如立窑、平窑、旋转窑、隧道窑等，投资较大，劳动强度也大。含钒石煤根据矿物中主要成份的含量分为高碳石煤、高钙石煤、高硅石煤。对于高硅含钒石煤的提钒技术，有不少文献进行了报道。如樊刚等（樊刚,李旻廷,魏昶,李存兄,邓志敢.高硅石煤氧压酸浸中硅的行为研究.矿产综合利用,2008,(4):6-8）在高压反应釜中加入35%H2SO4溶液、添加辅助剂、并通入氧气进行钒的浸取，浸取率最高为70%，该方法浸取率也不高，如在实际生产中使用高压反应釜，设施昂贵难以扩大生产。靳林等（靳林,普世坤，李善吉.从高硅高碳钒矿中回收钒的工艺研究[J]，稀有金属与硬质合金,2011,39(2):6-9）在实验室里对高硅高碳钒矿采用500℃焙烧-硫酸浸取-P204萃取提钒的工序制备钒，浸取溶液加热到85-95℃时，钒浸出率可达98.52%，但是应用到工业上需要修建窑炉，浸取池需要加热到85℃以上，势必引起能耗值过大的问题。孙德四等（孙德四，孙剑奇,张贤珍.硅质石煤钒矿无污染氧化剂氧化-酸浸法提钒工艺研究[J].有色金属，2011，63（2）：175-178）对江西省湖口县硅质石煤采用40%H2SO4溶液进行浸取，在浸取过程中添加5%二氧化锰作氧化剂，并把浸取液加热至90℃，实验结果表明钒的浸取率为72.4%，浸取率不太理想。综上所述，目前对高硅含钒石煤为原料的提钒方法中，有的需要进行高温焙烧，有的需要特殊装置，特别是浸取溶液需要加热到90℃以上时，在实验室进行理论研究比较适合，但是在工业上进行大规模提取钒时，存在投资大、能耗高及难以操作的缺点。为了有效从高硅含钒石煤中提取钒，本专利提出如下
技术实现思路
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技术实现思路
针对现有技术方法不足，本专利技术专利提供了一种高硅含钒石煤水蒸汽炭化预处理制备V2O5的方法，将高硅含钒石煤粉与浓硫酸、引发剂进行混合，置于150～250℃水蒸汽环境中进行预处理，然后用水浸取炭化渣中的钒。整个工艺无需焙烧、实现了低能耗、无废气污染、清洁环保型制备V2O5的方法。专利技术原理：本专利主要利用高硅含钒石煤中存在的有机质与浓硫酸，在引发剂的作用下发生剧烈炭化反应，释放出大量的热能，并通入水蒸汽维持炭化反应温度在250～300℃。在整个炭化反应过程中，矿物表面包裹的有机物被炭化，硫酸浸染矿物表面，并通过裂隙渗透到矿物内部、将矿物中的硅酸盐转化为难溶的SiO2，促使矿物结构破坏，钒裸露出来；通过氧化，矿物中的钒转化成易溶的四价钒，实现了V（IV）、尤其是V（Ⅲ）的高效释放。后续工序用水浸取炭化渣，V（IV）转移到水溶液中，进一步按常规湿法冶金提钒方法制备V2O5。一种高硅含钒石煤水蒸汽炭化预处理制备V2O5的方法，采用以下技术方案：将高硅含钒石煤原料用球磨机粉碎至100～200目，加入一定量的浓硫酸和引发剂溶液，搅拌混合均匀后，用传输带将混合料送入料斗车中，然后推入蒸汽炭化室中进行炭化；控制炭化室的温度，并保持一定炭化时间后，由液压推动装置将料斗车推出。将炭化后的原料（简称炭化渣）转移到浸取池，按炭化渣与水的固液比1.0～2.0L/Kg加水搅拌，进行二段法浸取钒；压滤、收集一段浸取的滤液，滤液为蓝色的溶液，即V（IV）的颜色，将浸出液调节pH值按常规湿法冶金提钒方法处理，即可得到高纯度的五氧化二钒产品。将一段浸取渣再按固液比1.0～2.0L/Kg进行二段浸取，二段浸取滤液作为下一批炭化渣的一段浸取液。一种高硅含钒石煤水蒸汽炭化预处理制备V2O5的方法，包括如下步骤：。步骤1)、将高硅含钒石煤用球磨机粉碎到100～200目，将矿粉投入到搅拌机中，加入浓硫酸作为炭化剂，将高硅含钒石煤矿粉与浓硫酸按照质量比为1：（0.2～0.4）的比例混合，搅拌20～45min。步骤2)、配制引发剂溶液：按质量浓度为0.5～5g/L配制尿素或草酸的溶液，作为浓硫酸炭化时的引发剂。步骤3）、在步骤1）加入浓硫酸搅拌后，接着加入高硅含钒石煤矿粉质量比例的8～15%引发剂溶液（引发剂的质量浓度为0.5～5g/L），搅拌15～30min，得湿砂状混合物，手捏能成团，掉地下为散沙状。步骤4)、将步骤3）中搅拌均匀的湿砂状混合物通过传输带装入料斗车中，然后由液压推进系统将料斗车推进水蒸汽炭化室中；在150～250℃温度下，炭化预处理36～72h，得炭化渣。步骤5)、将步骤4）的炭化渣，从炭化室中推出，转移到浸取池中，按液固比为1.0～2.0L/Kg加水搅拌，按二段浸取法浸取钒，浸取时间为2～3h；第一段浸取液直接进入贮液池，第二段浸取液用于下一批炭化渣的第一段浸取液，二段浸取渣送去制砖。步骤6)、将步骤5）得到的第一段浸取液压滤，获得含钒9～16g/L的蓝色溶液，用碱性物质调节pH1.5～3.0，放置2～3h后，等析出大量晶体进行压滤、收集晶体，滤液进入氧化池，加入双氧水，将低价钒V（III），V(IV)氧化成V(V)价，然后按常规湿法冶金制备钒的方法，进行D201大孔阴离子树脂吸附、氢氧化钠强碱洗脱、氯化铵沉钒、500℃焙烧等步骤制备出高纯V2O5。在上述方案的基础上，本专利技术可以作如下改进。优选的，所述步骤1）中，将高硅含钒石煤粉碎100～200目，矿粉粒径越细，越有利于硫酸进入矿物晶体内部、破坏矿物结构，更有利于后续浸取钒；但粒径过细不利于后续固液分离，会增加生产成本。炭化过程中要选择合适的粒径，本专利中取粒径100目、150目、200目的矿粉作为原料。优选的，所述步骤1）中，所述的浓硫酸为炭化剂，高硅含钒石煤与浓硫酸质量配比为1：（0.2～0.4），由硫酸罐中按计量加入，搅拌时间20～45min。优选的，所述步骤3）中，所述的引发剂为尿素、草酸中的一种或两种，加入时配制成质量浓度为0.5～5g/L的溶液，引发剂有助于浓硫酸持续地释放大量的热。优选的，所述步骤3）中，所述0.5～5g/L引发剂溶液的添加量为高硅含钒石煤矿粉质量的8%～15%，搅拌时间20～30min。优选的，上述高硅含钒石煤炭化方法中，所述浓硫酸和引发剂先后依次加入，即先加浓硫酸搅拌均匀后，再加引发剂进行搅拌。优选的，所述步骤4）中，进行高硅含钒石煤炭化，是指高本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高硅含钒石煤水蒸汽炭化预处理制备V

【技术特征摘要】
1.一种高硅含钒石煤水蒸汽炭化预处理制备V2O5的方法，其特征在于：（1）将高硅含钒石煤用球磨机粉碎到100～200目后，投入到搅拌机中，将高硅含钒石煤粉与浓硫酸按质量比为1：（0.2～0.4）的比例，加入浓硫酸作为炭化剂，搅拌20～45min；然后加入高硅含钒石煤质量的8～15%的引发剂的溶液，搅拌10～30min，得湿沙状混合物；（2）将上述湿沙状混合物通过传输带装入料斗车中，然后推进蒸汽炭化室中，在150～250℃温度下，炭化预处理36～72h，得炭化渣；（3）将炭化渣从炭化室中推出，倒入浸取池中，按液固比为1.0～2.0L/Kg加水搅拌浸取钒，在常温下采用二段浸取法进行操作，浸取时间为2～3h；第一段浸取液直接进入贮液池，第二段浸取液用于下一批炭化渣的第一段浸取液，二段浸取渣送去制砖；（4）将第一段浸取液压滤，获得含钒8.7～13.4g/L的蓝色溶液，用碱性物质调节pH1.5～3.0，等析出大量晶体后进行压滤、收集晶体，滤液进入氧化池；加入双氧水，将低价钒V（III），V（IV）氧化成V(V)价，然后按常规湿法冶金制备钒的方法，进行D201大孔阴离子树脂吸附、氢氧化钠强碱洗脱、氯化铵沉钒、500℃焙烧等工序制备出高纯V2O5。2.根据权利要求1所述的一种高硅含钒石煤水蒸汽炭化预处理制备V2O5的方法，其特征在于所述高硅含钒石煤粉碎至粒径为100～200目。3.根据权利要求1所述的一种高硅含钒石煤水蒸汽炭化预处理制备V2O5的方法，其特征在于所述的浓硫酸为炭化剂，高硅含钒石煤与浓硫酸的质量比为1：（...

【专利技术属性】
技术研发人员：程先忠，周国庆，
申请(专利权)人：武汉轻工大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42