石煤提钒环保型新工艺研究

攀枝花学院本科毕业设计（论文）石煤提钒环保型新工艺研究学生姓名：李振江学生学号：200310519097院（系）：材料工程系年级专业：2003级材料科学与工程指导教师：王金超高级工程师助理指导教师：黄守华高级工程师二〇〇七年六月攀枝花学院本科毕业设计（论文）摘要Ⅰ摘要我国大多数石煤提钒厂都采用“钠化焙烧—水浸—酸沉粗钒—碱溶—偏钒酸铵沉钒”这一传统工艺流程。由于食盐作为钠化焙烧的添加剂，优于其他钠盐，而被广泛的应用。但是，由于其分解产生的氯气和氯化氢气体，严重影响生态平衡和生存环境[1]。研究一种环保型新工艺，是本次毕业设计试验的主要目的。本文针对钠盐焙烧会产生有毒有害气体，而选用加氧化钙的办法进行氧化钙化焙烧，同时废水在系统内循环，达到无废水或只有少量废水排放的环保型新工艺。通过试验，得到下列结果：当石煤与氧化钙的比为100：8时，焙烧温度950℃，焙烧时间4h，浸出温度85℃，浸出时间3h，wt10%H2SO4介质，钒转浸率为50%～51%之间。全流程钒的总收率在44%～45%之间。关键词钙化焙烧，酸浸，萃取-反萃，沉钒攀枝花学院本科毕业设计（论文）ABSTRACTⅡABSTRACTMostofourcoalstonevanadiumplantNa-baking-flooding-acidcrudevanadium-alkali-NH4VO3ShenV-ECprocess[2～3].Becauseasasodiumsaltofbakingadditivesotherthansodium,whichwerewidelyused.However,duetothedecompositionofchlorineandhydrogenchloridegas,seriouslyaffectingtheecologicalbalanceandsurvivaloftheenvironment.Researchanewtypeofenvironmentaltechnology,isthegraduationofthemaindesigngoal.Thispaperwillproducesodiumbakingpoisonousgases,anduseofcalciumoxideandcalciumoxideapproachtoroasting,Thewastewaterrecyclingwithinthesystemtoachievenooronlyasmallamountofwastewatereffluentdischargenewenvironmentalprotectiontechnology.Throughtesting,resultswereasfollows:Whenthestonecoalandcalciumoxidecomparedtothe100:8,thecalcinationtemperature950℃,4hoursroastingtime,leachingtemperatureis85℃,leachingtime3h,wt10%H2SO4,vanadiumBaptisttransferrateof50%~51%.Thewholeprocessofvanadiuminthetotalyieldofbetween44%~45%.KeywordsRoastingcalcification,acidleaching,extraction-stripping,ShenV攀枝花学院本科毕业设计（论文）目录目录摘要……………………………………………………………………………………………ⅠABSTRACT……………………………………………………………………………………Ⅱ1绪论……………………………………………………………………………………………11.1课题简介……………………………………………………………………………………11.2石煤提钒传统工艺的形成…………………………………………………………………11.3钙化焙烧工艺的特点………………………………………………………………………22文献综述………………………………………………………………………………………32.1课题背景…………………………………………………………………………………32.1.1历史概况………………………………………………………………………….……32.1.2国内外生产概况………………………………………………………………………32.2钒的应用与发展前景……………………………………………………………………42.2.1主要应用………………………………………………………………………………42.2.2发展前景………………………………………………………………………………53试验条件………………………………………………………………………………………63.1试验原材料………………………………………………………………………………63.2试验设备…………………………………………………………………………………63.3试验方案…………………………………………………………………………………63.3.1目的……………………………………………………………………………………63.3.2研究方法和工艺路线…………………………………………………………………63.3.3试验条件………………………………………………………………………………73.4试验原理…………………………………………………………………………………84试验结果与分析……………………………………………………………………………124.1物料的物理与化学性质…………………………………………………………………124.2焙烧………………………………………………………………………………………124.2.1石灰添加量……………………………………………………………………………124.2.2焙烧温度………………………………………………………………………………124.4.3焙烧时间………………………………………………………………………………134.3浸出………………………………………………………………………………………134.3.1硫酸浓度对钒浸出率的影响…………………………………………………………134.3.2浸出液固比对钒浸出率的影响………………………………………………………14攀枝花学院本科毕业设计（论文）目录4.3.3浸泡时间对钒浸出率的影响况……………………………………………………154.3.4浸出温度对钒浸出率的影响………………………………………………………154.4萃取与反萃……………………………………………………………………………154.4.1萃取pH……………………………………………………………………………154.4.2反萃剂的选择………………………………………………………….…………164.5沉钒与煅烧……………………………………………………………………………164.6问题与讨论……………………………………………………………………………17结论……………………………………………………………………………………………18参考文献………………………………………………………………………………………19附录A：用到的公式………………………………………………………………………21致谢……………………………………………………………………………………………22攀枝花学院本科毕业设计（论文）1绪论11绪论1.1课题简介石煤是一种存在于震旦系、寒武系、志留系等古老地层中的劣质腐泥无烟煤，系菌藻类低等生物死亡后，在浅海还原条件下形成。我国湘、鄂、豫、渝、陕、赣、黔等地富产含钒石煤，全国探明含钒石煤储量6l8.8x108t，其V2O5品位多在0.1％―0.5％之间，总钒量达1.18×108t，占我国V2O5总储量的87％，超过世界其他国家和地区钒的总储量，其中在现阶段有工业开采价值(V2O5含量0.8％以上)的达8×106t。含钒石煤的物质组成复杂多变，钒的赋存状态和赋存价态变化多端，且分散细微，X―衍射一般很难清晰准确地辨明其赋存方式；而选矿的方法也不能予以富集。钒在石煤中的价态分析研究结果表明，石煤中的钒绝大部分以V3+形态存在于含钒云母、电气石、石榴石等硅酸盐矿物中，以类质同象形式部分取代硅氧四面体“复网层”和铝氧八面体“单网层”中的Al3+。石煤中的钒还可以形成钛钒石榴石、钙钒石榴石、变钒铀矿等矿物；亦可以金属有机络合物和钒叶啉的形态存在，有时也以络阴离子呈吸附形态作为混合物存在于氧化铁、粘土类矿物中。湖南有色金属研究院冶金所是国内进行石煤提钒工艺研究最早的科研单位之一，上世纪七十年代末八十年代初即对岳阳新开、湖北通山等地的含钒石煤进行了详细的工艺研究、建厂生产。进入新世纪以来，特别是近两年，随着国际国内市场五氧化二钒价格的暴涨(含量98％的粉状V2O5国际市场价格从2003年初的3.3美元／kg涨至2005年4月最高的66美元／kg，国内市场价格也从3.5万元／t涨至最高33万元／t)，各地又掀起了建厂提钒的热潮。由于国家环保要求日益严格，严禁外排对周边环境造成严重污染的HC1、C12、SO2等腐蚀性气体超标的废气，2005年以来国家环保总局加大了对小钒厂的整治力度，关闭、炸毁了采用NaC1为添加剂的小钒冶炼厂，如湖南古丈至2005年6月底已摧毁了五家非法钒厂，湘西自治州关闭了31家小钒厂，45家整治；岳阳在7月中旬集中取缔了十几家炼钒厂；湖北、河南、陕西等省也相继开展了类似整治行动。因此，寻求无污染或污染可控、可治理的提钒新技术、新工艺就成了众多投资者的当务之急。1.2石煤提钒传统工艺的形成1958年湖南省冶金勘探公司发现新开钒矿。湖南冶金研究所随即开展富集石煤中钒的可选性试验，结论为“不可选”。此后，该所开展了直接从含钒石煤中攀枝花学院本科毕业设计（论文）1绪论2提取钒的试验研究，从1961年到1964年先后完成了小试和处理量为13，357t[干矿的工业回转窑半工业生产试验．得V2O5590kg(按100％计)]，V2O5的含量为73％～83％，钒总回收率为44％。由于该工艺设备复杂，技术要求高，动力消耗大，还需要煤气或重油作燃料，建厂投资大，工期长。因此，国内以此工艺建设的钒冶炼厂都迟迟不能建成投产[4～5]。70年代初期，以中南矿冶学院(现中南大学)为主，会同有关单位开展了从安化烟竹石煤中提取V2O5的试验研究工作先后完成了试验室试验、半工业试验和工业试验，参加试验的安化厂家在立窑基础上首创了进行石煤自热钠化焙烧的平窑，现仍在各钒厂使用[6～8]。l975年安化县资江化工厂建成小型土法试验生产线，更名为安化县钒厂，为湖南第一个专业钒生产厂。根据湖南省科委的安排，1976年3月湖南冶金研究所与后阳新开公社合作进行石煤提钒的试验研究并建厂生产。经过1976年3月～6月的试验研究，实现石煤提钒的焙烧不用煤、浸出不用碱、沉钒不浓缩的技术进步[9]。焙烧设备选用安化钒厂的平窑、并对之进行了改进，增加了一个带烟气分布板的烟囱系统及收烟系统，明显地改善了劳动条件提高了钒的转化率。后来又对粗钒(红钒)精制工艺进行了试验研究。到1979年，石煤加盐氧化钠化焙烧—水浸—水解沉粗钒—粗钒精制—精钒的传统工艺流程已经形成。石煤提钒的传统工艺具有投资设备不复杂、投资省、上马快和技术难度不大等优点，被广泛采用。70年代末，采用该工艺的石煤提钒厂家湖南省最多达59家，生产能力近l，000t／a。由于钒价的变化，到1982年底，全省只剩下4家。传统工艺的弊端也十分明显：工艺流程长、金属回收率低(40％)、成本偏高、焙烧烟气及沉粗钒废水对环境的污染严重等[10]。近2O年来，针对石煤提钒传统工艺的缺点，湖南有关高校、科研院所的科技人员和钒厂技术人员进行了不断的技术创新，使湖南的石煤提钒水平上升到一个新台阶。1.3钙化焙烧工艺的特点①钙化焙烧工艺首先在矿业冶