富钒资源钙化焙烧—酸浸提钒工艺的基础研究

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我国是世界上的钒资源大国,不仅钒资源的种类众多而且储量也相当巨大,尤其是在攀枝花地区蕴含着丰富的钒钛磁铁矿。钒钛磁铁矿是一种以铁、钒、钛为主的复杂多元共生铁矿,是当今最为主要的提钒原料。现行的钒钛磁铁矿冶炼工艺,铁的回收率约为60%,钒的回收率为40%,钛的回收率为10%左右,存在着综合回收率低、环境污染严重和资源浪费的缺陷。因此,开发一种新型的综合回收率高、无污染且低能耗的新型提钒工艺势在必行。  本课题在大量文献及实地调研的基础上提出了富钒资源选择性钙化酸浸提钒工艺。此工艺主要包括钙化焙烧、酸浸及沉钒三大子过程。本论文主要考察钙化焙烧过程和酸浸过程的提钒效果。具体研究内容包括:1)热力学计算与分析焙烧和酸浸的可行性并确定理论工艺参数;2)以高钒渣及钒钛磁铁精矿为原料进行钙化焙烧和酸浸试验研究并探讨相关反应机理。主要研究成果如下:  1)热力学分析表明钙化焙烧-酸浸提钒工艺在理论上是可行的。当焙烧温度大于1250K时焙烧反应发生,钙化焙烧过程中矿石中的钒与钙化剂结合,生成了可溶于酸的钒的钙盐,从而理论上确定了钙化焙烧温度。  2)通过绘制不同钒离子浓度及不同温度下的V-H2O体系及V-S-H2O体系的E-pH图可知,在pH值较低的酸性溶液中钒离子以可溶性离子团稳定存在,酸浸工艺在理论上是可行的且试验应采用pH<0的硫酸溶液。  3)以高钒渣为试验原料,通过原料直接酸浸与钙化焙烧-酸浸的对比,验证钙化焙烧的必要性。单因素试验表明:当焙烧温度上升时,钒浸出率先升高后降低且1450K时达到最大值;当硫酸浓度增加时,钒浸出率随之上升;当浸出时间降低时,钒浸出率随之降低;当浸出温度升高时,钒浸出率快速上升且趋势显著。  4)钒钛磁铁精矿的单因素试验表明:钒浸出率随焙烧温度的升高而先升高后降低且1450K时达到最大值;当硫酸浓度增加时,钒浸出率变化不大。与此同时,焙烧温度升高时,铁的损失率先保持不变,当温度高于1450K时,钒损快速上升;当硫酸浓度增加时,铁损随之增大。  5)在焙烧过程中,由于挥发而产生的钒损失率,两种原料反应出明显的差异。高钒渣焙烧时,钒损失率随温度的升高而降低;钒钛磁铁精矿焙烧时,钒损失率随温度的升高而升高。  综合上述因素的考虑,确定高钒渣的最佳工艺条件为:矿料与钙化剂添加Ca/V摩尔比为1∶2;焙烧温度:1450K;焙烧时间:2h;硫酸浓度:3mol/L;浸出时间:6h;浸出温度:80℃。在此焙烧-浸出条件下钒的浸出率可达到90.51%。另一方面,钒钛磁铁精矿的最佳工艺条件为:矿料与钙化剂添加Ca/V摩尔比为5∶2;焙烧温度:1450K;焙烧时间:2h;硫酸浓度:1mol/L;浸出时间:6h;浸出温度:55℃。此条件下钒钛磁铁精矿的浸出率也会达到79.08%。  研究表明,该工艺在钒渣及钒钛磁铁精矿提钒过程中有良好的拓展空间,继续深入探求并逐步应用到实践生产中去,势必将会为企业创造更多的价值。
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