朱 军,王 毅,李 欣,李营生,李世禄

(西安建筑科技大学冶金学院,陕西 西安 710055)

某高磷钒矿浸出试验研究

朱 军,王 毅,李 欣,李营生,李世禄

(西安建筑科技大学冶金学院,陕西 西安 710055)

以西北地区某高磷钒矿作为研究对象,进行了湿法提钒原矿直接硫酸浸出试验研究。通过正交试验法,确定了直接酸浸的最佳工艺条件:浸出温度90℃、液固体积质量比2:1、浸出时间6 h、H2SO4质量浓度250 g/L、矿石粒度小于0.175 mm。在此条件下,钒浸出率为90.72%～92.56%。

钒矿石;直接酸浸;钒

我国钒矿资源极为丰富,但大部分品位低,多数没有得到充分开发利用[1]。钒主要以三价和五价形式存在于矿石中,其中三价钒几乎主要存在于含铁矿物或含铝矿物中,没有独立矿物;五价钒一般形成独立矿物——钒酸盐,常与铀和磷矿物共生[2]。当矿石中的钒以三价状态赋存于硅酸盐类矿物中时,通常采用加添加剂在高温下焙烧来破坏钒矿物的结构,将三价钒氧化为五价钒后进行浸出[3-5]。但高温焙烧污染大、能耗高、投资大。

西北地区某钒矿的V2O5平均品位0.75%,矿物组成复杂,磷含量较高,采用传统的焙烧工艺进行氧化焙烧,钒转化率较低,所以该资源始终未能得到很好的开发。试验研究了对原矿直接进行酸浸,确定了可行的工艺条件。

1 矿石类型及物质组成

1.1 矿石类型

矿石组成十分复杂。钒吸附于泥质岩和胶状褐铁矿中,没有相应的独立矿物存在,钒的载体物质多以泥质内碎屑形式存在。脉石矿物主要有方解石、石英和泥质,围岩为碳酸盐岩。磷灰石多以胶磷矿内碎屑胶结物形式存在,为胶体脱水形成的微晶磷灰石。

1.2 矿石物质组成

原矿的多元素化学分析结果见表1,原矿的X射线衍射分析结果见表2。

表1 原矿多元素化学分析结果 %

2 试验原理

用氧化性酸破坏泥质岩和胶状褐铁矿的矿石结构,氢离子进入矿物晶格中置换相应金属离子,使矿物结构发生变化,将钒释放出来,并被氧化成四价钒。四价钒易溶于酸并生成钒氧基离子(VO)2+,反应式为:

3 试验设备及方法

3.1 试验设备

试验设备主要有 HH-2型电热恒温水浴锅,JJ-1型精密增力电动搅拌器,2X2-2型旋片式真空泵等。

3.2 试验方法

取一定浓度的硫酸溶液于四口瓶中,置于水浴锅中加热至一定温度;称取一定质量的原矿加入到放有酸液的四口瓶中,继续加热搅拌;反应一段时间后停止搅拌,过滤,洗涤。滤渣、滤液分别计量、分析。

4 试验结果及讨论

4.1 原矿直接酸浸正交试验

原矿直接用硫酸浸出,钒浸出率主要受浸出剂浓度、浸出温度、液固体积质量比、浸出时间、矿石粒度的影响。选定此5因素,每因素3水平,安排L27(313)正交试验。因素及水平见表3,试验结果见表4和图1～4。

表3 试验因素及水平

表4 正交试验结果

图1 H2SO4质量浓度对钒浸出率的影响

图2 液固体积质量比对钒浸出率的影响

图3 浸出时间对钒浸出率的影响

图4 浸出温度对钒浸出率的影响

图5 矿石粒度对钒浸出率的影响

可以看出,对原矿直接进行酸浸,各因素影响顺序为:浸出温度>液固体积质量比>硫酸质量浓度>浸出时间>原矿粒度;较优工艺参数为:浸出温度90℃,液固体积质量比3∶1,H2SO4质量浓度250 g/L,浸出时间6 h,矿石粒度小于0.175 mm。温度和液固体积质量比是影响钒浸出的主要因素:温度升高,有利于浸出反应的进行,但温度过高,对操作不利,以不高于90℃为宜;液固体积质量比较大时可获得较高的浸出率,但也会降低浸出液中钒的质量浓度,影响后续的净化富集,以2∶1较为适宜;H2SO4质量浓度增大,钒浸出率提高,但酸度过大会降低溶液p H值,影响后续工序,经济上也不合算,所以,H2SO4质量浓度确定为250 g/L。

4.2 验证试验

根据原矿直接酸浸正交试验结果,在最适宜条件下进行验证试验,结果钒浸出率达90.72%～92.56%,平均值为91.81%,有较好的结果。

5 结论

对高磷钒矿采用直接硫酸浸出法浸出钒是可行的。直接酸浸最佳工艺条件为:浸出温度90℃,液固体积质量比2∶1,H2SO4质量浓度250 g/L,浸出时间6 h,矿石粒度小于0.175 mm,此条件下,钒浸出率达90.72%～92.56%。

[1]米玺学,兰玮锋.从石煤钒矿石中提取五氧化二钒工艺综述[J].湿法冶金,2008,27(4):208-210.

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Abstract:The direct leaching of vanadium from a high phosphorus vanadium ore in the northwest,China using sulfuric acid was investigated.The orthogonal test results showed that under the optimum conditions of leaching temperature of 90℃,liquid-solid ratio of 2∶1,reaction time of 6 h,H2SO4mass concentration of 250 g/L and ore granularity of less than 0.175 mm,the leaching of vanadium was between 90.72%and 92.56%.

Key words:vanadium ore;direct acid leaching;vanadium

Study on Leaching of A High Phosphorus Vanadium Ore

ZHU Jun,WANG Yi,LI Xin,LI Ying-sheng,LI Shi-lu
(School of Metallurgy,Xi’an University of Architecture and Technology,Xi’an,Shannxi 710055,China)

TF803.21

A

1009-2617(2010)04-0257-03

2010-01-21

朱军(1963-),男,山东莱阳人,博士,副教授,主要研究方向为有色金属冶金。