陕西某碳硅质钒矿工艺研究

我国钒矿资源丰富，主要矿种为钒钛磁铁矿。随着钒的市场价格上涨，碳页岩类钒矿以及硅质钒矿也得到充分的利用。提钒工艺中的钠化焙烧由于严重污染环境，已经被禁止使用，采用无钠化焙烧提钒是提钒工艺发展的方向。我国幅员辽阔，矿石性质复杂，针对矿石性质研究其工艺及参数是成功提钒的核心。本文针对陕西某碳硅质钒矿的特点，详细研究其焙烧－浸出工艺，并完成萃取、沉钒、煅烧工艺，试验取得良好的效果。

一、矿物分析及化学组成

对该矿的矿物分析结果表明，该矿的主要矿物组成为，玉髓、石英、黏土矿类，少量长石，褐铁矿，赤铁矿，方解石。钒主要赋存于黏土矿，可能以高岭土、伊石为主。X－射线很难精确分辨各矿物具体钒含量。物相分析结果表明，钒主要以Ⅴ（Ⅲ）类质同象形式置换6次配位的三价铝存在于硅铝酸盐矿物占9.38%。其中氧化铁以及黏土矿物中钒占32.81%，云母类型矿物中钒占61.72%，电气石及石榴石中钒占5.47%。钒的嵌布粒度细微，分布多样。原矿化学分析结果见表1。

表1  原矿化学成分分析结果  %

二、焙烧－浸出工工艺研究

碳硅质钒矿常用的焙烧－浸出工艺有三种，即酸浸、碱浸、水浸。试验分别进行了三种提钒方案对比。

（一）酸浸、碱浸与水浸试验方案对比

1、酸浸

酸浸包括直接酸浸、焙烧酸浸，试验对比了不同条件下两种方案对浸出结果的影响。参考有关资料试验基本参数设定为：磨矿细度为－74μm 71.5%、制粒Φ8～20mm、焙烧时间2h、温度850℃、含有少量氧化剂的酸用量为原矿样12%、浸出液固比1.2∶1、浸出时间12h、温度85～90℃。其结果见表2.

表2  不同酸浸方案试验结果  %

试验结果表明：（1）直接酸浸钒的浸出率只有22.64%，通过在浸出工艺中加入不同氧化剂可对钒的价态产生很大影响，加入2%NaClO₃钒的浸出率可以达到53.44%，可能是NaClO₃的加入使得低价钒大量转换为高价钒易于浸出，而不能转换的钒大多以三价存在；H₂O₂的加入导致钒浸出结果变差，其原因有待进一步研究。

（2）焙烧－酸浸试验做了两种工艺研究，钙化焙烧条件下钒的浸出率为30.53%。相比较直接酸浸钒浸出率有所提高，但效果不明显，空白焙烧后酸浸条件下，钒的浸出率达到92.49%，空白焙烧－酸浸工艺结果较好。

2、碱浸与水浸

碱浸常采用钙化焙烧，即在焙烧工艺中加入氧化钙。浸出在碳酸盐碱液中进行，形成碳酸钙沉淀和钒酸钠盐。试验采用的浸液为10%碳酸钠溶液；水浸采用空白焙烧。其它条件同酸浸，结果见表3.

表3  碱浸与水浸试验结果  %

试验结果表明，该矿空白焙烧－水浸条件下浸出率达到77.91%，浸出结果明显优于碱浸工艺。

通过三种焙烧－浸出工艺试验对比可以看出，该碳硅质钒矿采用空白焙烧直接酸浸和水浸都可以达到满意的浸出效果，尽管水浸有助于消除铁、镁等杂质，但考虑到酸浸浸出率高于水浸大约15%，试验采用空白焙烧－酸浸方案经济效果更优。

（二）工艺条件研究

1、焙烧温度影响

在提钒工艺中，钒矿的焙烧温度一般在750～900℃，试验选取焙烧温度范围为650～950℃，其结果见图1。

图1  焙烧温度对浸出率的影响

从图1可以看出该矿最佳焙烧温度为800℃，温度较低时，低价钒氧化不充分；温度超过800℃时，浸出率下降是由于部分熟料被烧结，使得钒浸出难度加大。

2、焙烧时间影响

焙烧时间选择为1、1.5、2h，其结果见图2。

图2  焙烧时间对浸出率的影响

从图2可以看出，最佳焙烧时间为1.6h，时间过长时不仅增加能耗，还导致烧结的产生。

3、磨矿细度的影响

磨矿细度选取：－74μm 50%、60%70%、80%做曲线，结果见图3。

图3  磨矿细度对浸出率的影响

从图3可以看出，磨矿细度对浸出率影响很大，随着细度的加大，浸出率增大，当－74μm达到70%时，浸出率不再增大，最佳磨矿细度为－74μm 70%。

4、酸用量对浸出率的影响

试验选取含氧化剂的浓硫酸掺量值为4%、6%、8%、12%做曲线，试验结果见图4。

图4  硫酸用量对浸出率的影响

从图4可以看出，酸用量为6%，钒的浸出率达到94.03%，用量为12%时，浸出率为94.39%，增加值不大，从经济和浸出指标考虑，硫酸最佳用量为6%。

5、浸出温度影响

浸出温度试验结果见图5。

图5  浸出温度对浸出率的影响

从图5可以看出，该矿在常温30℃，浸出效果良好，浸出率为93.36%，60℃，浸出率最大为95.30%。从工艺、能耗和浸出率三方面考虑，一般常温即可。

三、萃取－沉钒－煅烧工艺研究

萃取采用磷酸、磷酸酯及煤油，反萃取采用1.5M的浓硫酸，两段萃取－反萃取后萃取率可达到97.69%，萃取段数少，萃取效果明显；沉钒时加入氨水调节pH氧化沉钒，沉钒率达到98.28%；进行1～3h煅烧即可获得五氧化二钒最终产品。

四、结论

（一）该钒矿矿石成分简单，主要以SiO2为主，钒大部分赋存在黏土矿中，杂质含量低。因此，焙烧－浸出及除杂工艺相对简单。

（二）该钒矿可以采用空白焙烧－常温酸浸及空白焙烧－水浸工艺，但前者浸出率更高。空白焙烧－酸浸无污染，其最佳工艺参数为：焙烧温度800℃，焙烧时间1.6h，磨矿细度－74μm 70%，最佳浸出酸用量6%。在此工艺及参数下，浸出率为93.36%。

（三）经过空白焙烧－酸浸、萃取－沉钒－煅烧提钒，最终的钒回收率大于74%，五氧化二钒品位大于98%，符合产品标准。