谭爱华,刘景槐,刘振楠,牛 磊

(湖南有色金属研究院,湖南长沙 410015)

石煤钒矿发电提钒工艺工业化试生产

谭爱华,刘景槐,刘振楠,牛 磊

(湖南有色金属研究院,湖南长沙 410015)

以V2O50.85%,发热值5 000～6 500 kJ/kg的石煤钒矿为原料,采用循环化流化床发电-飞灰提钒-尾渣生产水泥工艺,钒浸出率可达82%～83%,从石煤到产品五氧化二钒全流程回收率达51.71%,生产1t V2O5可产出4～5 t副产品白炭黑。工业试生产表明:该工艺提高了石煤资源综合利用率,有效地降低了产品生产成本,有较好的社会经济效益。

石煤发电;飞灰提钒;尾渣利用

近年来,我国石煤提钒工业技术装备发展迅速,石煤提钒企业数量和规模快速增加,石煤提钒工业已进入快速发展轨道。但是传统工艺技术只开发了石煤资源中的钒资源,产品单一,生产成本依旧偏高。同时石煤中的热能没有有效利用,且产出的废渣需要很大的渣场投资,维护费用较高,环境污染严重[1]。湖南某企业采用石煤发电-飞灰提钒-尾渣生产水泥工艺对湖南某石煤钒矿进行提钒工业化试生产,该工艺充分利用了石煤的热能,资源综合利用率高,有效地降低企业生产成本,减少了企业对周边生态环境的破坏,社会经济效益明显,为石煤提钒工业技术进步提供了新方法新思路,推动了石煤提钒产业的发展。

1 石煤原料

采用湖南某地石煤钒矿,石煤平均含 V2O50.85%,含碳14%～19%,发热值为5 000～6 500 kJ/kg。石煤钒矿的主要成分列于表1。

表1 混合石煤钒矿样化学成分分析结果 %

2 工艺流程

3 工业化试生产

3.1 石煤发电

该企业使用DHCF40-3.82/250-L型单汽包横置式循环炉,钢架结构,炉内设有埋管上升管,炉外设有下降管,上部设有高、低两级过热器、减温器,尾部设有省煤器和空气预热器。循环流化床产出蒸汽入OF-K6-2发电机发电[2]。循环流化床和发电机主要参数列于表2。

表2 循环流化床和发电机主要参数

循环流化床焙烧过程每天约处理石煤钒矿800 t,原矿经过二级破碎,矿粉最大粒度小于8 mm。粒度分布:0～1 mm占30%,1～3 mm占30%,3～6 mm占30%,6～8 mm占10%。循环流化床床面积为13 m2,采用木炭点火,用烟煤升温,500℃以上即可启动引风机等设备进入燃烧升温阶段。循环流化床设有气动式脱硫设备,排放烟气二氧化硫浓度含量不超过75 mg/m3,采用脉冲布袋除尘器,粉尘低于50 mg/m3。

图1 石煤提钒综合利用工艺流程

流化床点火后,床温控制在880～900℃,蒸汽温度425～450℃,蒸汽压3.2～3.5 MPa,发电机组并网发电,负荷3 000～6 000 kW。运行过程中通过调整床温控制灰渣比,焙烧结果列于表3,灰、渣主要化学成分列于表4,灰、渣粒度分布列于表5。

从石煤原矿到发电飞灰V2O5回收率为67.18%。

3.2 发电飞灰提钒

影响沙集站发电效率的主要原因是相对水轮机工况发电时的水头较低，要提高发电效率必须降低电机转速。技术上主要有以下几种方案:

3.2.1 焙 烧

发电富集得到的飞灰粒度-0.074 mm 68.6%, V2O51.4%～1.5%,发热值为960 kJ/kg,在圆盘制粒机内加水制粒粒度Φ6～12 mm,粒料含H2O 10%～13%。焙烧设备为 Ф3.2×11 m立窑,处理量为200～250 t/d。粒子直接入立窑焙烧,控制焙烧温度880～920℃,粒料在立窑内停留时间5.8～6 h,焙烧矿中V2O5约1.5%,焙烧矿产率95%,V2O5回收率99.0%。

表3 循环流化床焙烧结果

3.2.2 磨矿-浸出

采用Ф2.1×3逆流型球磨机细磨焙烧矿,矿粉粒度-0.074 mm 53.2%。

浸出采用 Ф4.5×5.5浸出槽(体积为90 m3),用上一槽浸出液的60%,加入上一槽浸出渣第一次渣洗水,按焙烧矿粉量的4.5%补加片碱浸出,液固比1.15～1.2∶1,时间5 h,浸出温度92～98℃,矿浆自然流进浸出槽停留时间为6～8 h。浸出矿浆过滤产出的浸出液V2O520～25 g/L,SiO2100 g/L。产出的浸出渣进行四次浆化洗涤,液固比1.1～1.2∶1,温度65～75℃,时间 0.5 h,浸出渣 V2O50.25%～0.3%,V2O5浸出率为82%～83%。

表4 灰渣元素分析结果%

表5 灰渣粒度分布 %

3.2.3 浸出液净化-净化渣水洗

浸出液主要为含钒的硅酸钠溶液,含V2O520～25 g/L,SiO2约100 g/L,NaOH70～80 g/L。在净化槽内加入试剂A后用一定浓度的稀硫酸调pH7～7.5,温度85～95℃,搅拌1 h,产出的净化液pH7～8,V2O5约10 g/L,SiO2约0.2 g/L用于提钒。产出的硅胶含H2O70%～80%,含V2O54%～5%,水洗得白色亲水性白炭黑粉末,产出的洗水pH约为8、V2O5约10 g/L用于后续提钒。亲水性白炭黑滤饼含H2O70%～80%,经过表面改性剂进行改性处理之后即可得活性白炭黑(沉淀二氧化硅,一种白色、无毒、无定形微细粉末物,具有多孔性、高分散性、质轻、化学稳定性好、耐高温等优良特性,主要用作橡胶、塑料、合成树脂及油漆品的填充剂),含V2O5小于0.5%,SiO2含量大于90%,化学性能良好[3]。

浸出液净化-生产白炭黑工序V2O5入液回收率95%。

3.2.4 离子交换

离子交换柱 Ф1.4×5 m,5.50 m3湿树脂/柱, 1.2 t V2O5/柱。采用717弱碱性阴离子交换树脂吸附,室温操作(温度≥15℃)。产出的净化液与水洗液pH6.5～7后进入树脂吸附,产出的吸附尾液V2O50.01 g/L,吸附效率≥99.5%。负载树脂解吸用200 g/LH2SO4,产出的一次解吸液含V2O550～60 g/L,作为产品沉钒溶液,V2O5解吸率≥99.6%。

3.2.5 沉钒-煅烧

解吸液含V2O550～60 g/L,加少量双氧水氧化后加入氨水调pH为2,温度90～95℃,时间1h过滤,产出沉钒尾液+洗水V2O50.04～0.08 g/L,沉钒率99.7%。产出的湿红钒煅烧,产品五氧化二钒V2O5≥98.0%,达到 YB/T5304-2006国家质量标准。红钒煅烧过程钒的回收率≥99.5%。

从飞灰到产品V2O5回收率为76.97%,从石煤原矿到产品五氧化二钒的回收率为51.71%。

3.2.6 三 废

飞灰提钒过程中,粒料在焙烧时产出的烟气不含HCl、Cl2,含有少量的SO2经除尘后用工艺过程中的碱性废水吸收后烟囱排放。红饼煅烧产出的尾气主要含有NH3、(NH4)2SO4,经工艺过程产出的酸性废水吸收后直接排放。

吸附尾液80%返回浸出渣的洗涤、浸出液净化和净化渣洗涤。沉钒尾液部分返回沉钒,其余采用空气吹脱-有机/无机复合树脂吸附法处理,加NaOH调节溶液pH到11,采用鼓风机吹脱赶氨,赶氨后液进入离子交换塔吸附,经吸附后NH3含量小于15 mg/L,达到国家排放标准。负载树脂采用200 g/LH2SO4解吸,生产产品硫酸铵。

3.3 尾渣综合利用

试生产发电后产出的底渣和飞灰提钒渣化学组成与粘土基本相同,且Na2O+K2O含量小于5%,放射性检测符合建材原料要求。底渣作为水泥生产原料,飞灰浸出渣按8%配比掺入水泥原料中。生产工艺如图2所示。

4 结 语

图2 提钒渣生产水泥流程

该工艺符合国家关于资源、能源综合利用、节能减排和可持续发展的政策方针,是一项资源节约型、环境友好型的先进工艺,具有以下特点:

1.采用循环流化床燃烧技术进行发电,充分利用了当地的高发热值石煤资源。

2.V2O5在发电飞灰中富集,飞灰采用立窑焙烧-烧碱浸出生产产品五氧化二钒,回收飞灰中的有价金属。

3.每1 t V2O5产出4.5～5t副产品疏水性白炭黑(SiO2含量≥92%),其附加值为0.3～0.4万元/t。

4.利用发电底渣和飞灰浸出渣生产水泥,不仅省去了投资高、占地大的尾矿坝设施,也消除了潜在的尾渣污染源,将水泥生产与提钒工艺有机衔接,大大降低水泥产品和钒产品的生产成本;由于采用空白焙烧,提钒工艺不产生含HCl、Cl2等有害成分的烟气;采用烧碱浸出,重金属难进入浸出液,吸附尾液杂质含量低,可以循环利用,环境效益好。

[1] 《有色金属提取冶金手册》编委会.有色金属提取冶金手册·稀有高熔点金属(下)[M].北京:冶金工业出版社,2002.

[2] 刘定宇,李普生.石煤发电及综合利用 [J].现代节能,1987, (4):27-31.

[3] 崔益顺.沉淀白炭黑的制备及表面改性[J].无机盐工业, 2006,38(11):21-22.

The Industrialized Trial Production for Electrical Extraction
Process of Vanadium from Stone Coal Vanadium Ore

TAN Ai-hua,LIU Jing-huai,LIU Zhen-nan,NIU Lei
(Hunan Research Institute of Nonferrous Metals,Changsha410015,China)

Using as stone coal vanadium ore which isof 0.85%V2O5and whose calorific value is 5 000～6 500 kJ/ kg,adopting the process of generation in circulating fluidized bed,extraction with fly ash and cement production with tailings,leaching rate of vanadium is up to 82%～83%and recovery rate reaches 51.71%,1 t V2O5can produce 4～5 t by-product silica.The industrialized trial production showed that the process was of better social and economic benefits,enhancing comprehensive utilization of stone coal and effectively reducing cost of production.

generation of stone coal;extraction with fly ash;tailings utilization

TF841.3

A

1003-5540(2010)06-0015-03

谭爱华(1983-),女,助理工程师,主要从事有色金属冶炼工艺研究。

2010-10-22