專利名稱：一種常溫常壓下石煤加硫酸濕堆氧化轉化浸出釩的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及冶金化工領域一種提煉釩的方法，特別涉及一種常溫常壓下石煤加硫酸濕堆氧化轉化浸出釩的方法。
背景技術：
釩及其化合物廣泛應用于冶金、宇航、化工等工業(yè)部門，釩可提高鋼的強度、韌性、延展性和耐熱性，金屬釩還可用于磁性材料、鑄鐵、硬質合金、超導材料及核反應堆材料等領域，五氧化二釩和釩化合物主要用于玻璃與陶瓷工業(yè)的著色劑、硫酸和石油化工生產用的催化劑，釩催化劑具有特殊的活性，其它元素難以代替。隨著冶金、化學工業(yè)的迅速發(fā)展，釩的應用范圍越來越廣。
釩主要來源于含釩磁鐵礦及石煤。
“資源節(jié)約型，環(huán)境友好型”是國家產業(yè)發(fā)展政策；“節(jié)能·創(chuàng)新”是當今世界人類共有目標。各種創(chuàng)新技術為適應地球資源的日益減少，均圍繞“節(jié)能”這個中心點來研發(fā)。我國V2O5總儲量135330Kt，而石煤中的釩儲量為117960Kt，占總儲量的87％，因此高效開發(fā)石煤中的釩具有重大意義。含釩石煤的物質組成較復雜，釩的賦存狀態(tài)變化多樣，按釩的賦存狀態(tài)分類主要有含釩云母型、含釩粘土型和介于兩種類型之間的中間類型。釩在石煤中的價態(tài)分析的研究結果表明，各地石煤原礦中一般只有V(III)和V(IV)存在，沒有發(fā)現(xiàn)V(II)和V(V)。除個別地方石煤V(IV)高于V(III)外，絕大部分地區(qū)石煤中釩都是以V(III)為主(摘自《有色金屬冶煉·釩篇》)。釩的賦存狀態(tài)和價態(tài)分析是提釩工藝研究的基礎，所有提釩工藝研究都是圍繞如何破壞云母和粘土結構，改變釩的價態(tài)，使難溶的V(III)變成易溶的V(IV)和V(V)而展開，含釩礦物結構破壞得越徹底，氧化越充分，浸出率越高。
傳統(tǒng)工藝鈉法焙燒工藝流程是石煤在氧化性氣氛下，高溫焙燒破壞釩礦物的組織結構，將三價或四價釩氧化成五價釩氧化物，并與鈉鹽分解出來的Na2O作用生成易溶于水的釩酸鈉，(xNa2O·yV2O5)。該工藝缺點是資源利率低于50％；平窯排出大量氯化氫、氯氣和二氧化硫煙氣以及粗V2O5沉淀后的廢液都對環(huán)境造成嚴重污染，屬落后工藝流程，正在被淘汰。
酸浸工藝的原理是在一定的時間、溫度和酸度條件下，使H+進入云母晶格中，破壞云母的晶格，將釩釋放出來。釋放出來的V(III)與氧化劑氧化成V(IV)溶于酸中，得到藍色的硫酸釩酰溶液，其發(fā)生的化學反應為(V2O3)X+2H2SO4+1/2O2→V2O2(SO4)2+2H2O+X；(V2O2)(OH)4+2H2SO4→V2O2(SO4)2+4H2O。浸出的溶液為藍色的硫酸釩酰溶液，硫酸釩酰再經還原→中和→萃取→反萃→沉釩→鍛燒等工藝處理后，能生產出含量為98％的五氧化二釩合格產品。
酸浸工藝是今后石煤提釩的發(fā)展方向，但目前酸浸工藝提釩技術各地發(fā)展水平不一，工藝各有優(yōu)缺點。昆明理工大學專利號為ZL200610011042.0，專利名稱為在壓力場下從石煤中氧化轉化浸出釩的專利方法，其技術方案是該在壓力場下從石煤中氧化轉化浸出釩的方法，是將石煤、氧化劑和50～98％的工業(yè)硫酸加入到加壓釜中，控制轉化溫度100～300℃，壓力1.0MPa～6.0MPa條件下10分鐘至240分鐘，直接轉化石煤中的釩進入溶液；其特點是通過將石煤、氧化劑和硫酸加入到加壓釜中，控制適當?shù)霓D化溫度、壓力和反應時間，直接氧化轉化石煤中的釩進入溶液；此發(fā)明通過硫酸破壞云母結構，讓氫離子進入去母晶格中，使離子半徑發(fā)生變化，從而將釩釋放出來；同時，添加的氧化劑發(fā)生氧化反應，生成四價的釩而溶于酸中，而其它脈石成份則不發(fā)生變化留于礦石中；此發(fā)明釩的浸出指標雖高達95％，但設備要求高，投資大，進行大規(guī)模的工業(yè)化生產還需要一定過程。江西省煤炭工業(yè)科學研究所專利號為ZL90104669.8，專利名稱為石煤灰渣硫酸拌酸加溫熟化水浸提取五氧化二釩工藝流程的專利方法，其主要技術方案為石煤加溫熟化，浸出率為68％，該專利方法存在石煤在加溫熟化過程中，有大量酸氣、二氧化硫氣體放出，對環(huán)境污染嚴重，浸出率低等缺點。現(xiàn)有技術中還有一種酸浸提釩工藝，其主要技術方案為石煤在85℃條件下，連續(xù)攪拌浸出20小時，浸出率為78％，該工藝雖然可大規(guī)模生產，但仍存在能耗大，對不同類型的礦石適應性不夠等缺點。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術的缺陷，提供一種工藝簡單、合理，技術指標穩(wěn)定，金屬回收率高、能耗低、成本低，投資少、低污染的常溫常壓下石煤加硫酸濕堆氧化轉化浸出釩的方法。
本發(fā)明的目的是通過以下技術方案實現(xiàn)的一種常溫常壓下石煤加硫酸濕堆氧化轉化浸出釩的方法，所述方法工藝步驟如下(1)將石煤干磨至60目以下；(2)加入濃度質量百分比為70～98％的工業(yè)硫酸，料酸質量百分比為100∶26～35，攪拌均勻；(3)在常溫常壓下，將上述物料濕堆4～15天，所述堆高大于0.5米；(4)在上述條件下，堆內的放熱反應使堆內的物料溫度保持在85℃以上，石煤中的釩完成了氧化轉化過程；(5)在常溫常壓下，加入固液比為1∶1～3的水，攪拌浸出3～8小時。
所述氧化劑為空氣中的氧。
本發(fā)明采用上述技術方案后可達到如下有益效果1、能耗低。本發(fā)明利用物料自身的放熱反應，物料在堆放過程中實現(xiàn)了釩的氧化轉化，水浸出釩的過程僅為釩在水中的溶解過程，可在常溫下浸出，浸出時間為3～8小時，縮短了浸出時間，與其他酸法提釩工藝相比可節(jié)省能耗60％以上。
2、工藝合理、簡單。本發(fā)明工藝技術操作簡單、指標穩(wěn)定，適應范圍廣，能夠適應石煤原生礦和氧化礦。
3、金屬回收率高。本發(fā)明按優(yōu)化的藥劑制度，釩的尾渣品位可低至0.057％，原礦品位越高，釩的回收率越高，釩的原礦品位為1.33％，浸出率可高達97.7％。
4、降低了成本。本發(fā)明節(jié)省了設備投資，藥劑消耗量小，能耗低，金屬回收率高，可降低成本40％。
5、環(huán)保。本發(fā)明污染小，生產過程中所添加的硫酸大部分轉變成硫酸鋁、硫酸鉀等硫酸鹽，可作為副產品回收，萃余液經處理，可循環(huán)使用，尾渣可綜合利用。
6、適合現(xiàn)有工藝改造。運用本發(fā)明，對現(xiàn)有提釩工藝進行簡單改造，生產能力可提高30～50％。
具體實施例方式
下面結合具體實例對本發(fā)明作進一步詳細說明實施例1將含釩質量百分比為0.5～3.0％的石煤原生礦干磨至60目以下，加入濃度質量百分比為70～98％的工業(yè)硫酸，料酸質量百分比為100∶26～35，攪拌均勻，在常溫常壓下，濕堆4～15天，所述堆高為0.5米以上；在上述條件下，硫酸與石煤中的鋁、鉀、鐵等金屬氧化物和硅酸鹽發(fā)生放熱反應，生成大量的硫酸鹽，消耗大量的硫酸，硫酸的濃度隨之降低，同時反應所產生的熱量使堆內物料的溫度升高至85℃以上，將石煤自身攜帶的水分和硫酸稀釋過程中所加的水分及反應所生成的水分蒸發(fā)，硫酸始終保持較高濃度，在這種濃酸、高溫、水汽和空氣中的氧的作用下，石煤中的釩完成了氧化轉化過程。在常溫常壓下，加入固液比為1∶1～3的水，攪拌浸出3～8小時，浸出率為65～97.7％。
實施例2將含釩質量百分比為0.5％的石煤原生礦干磨至60目，加入濃度質量百分比為70％的工業(yè)硫酸，料酸質量百分比為100∶26.3，攪拌均勻，在常溫常壓下，濕堆15天，所述堆高為6.0米；在上述條件下，硫酸與石煤中的鋁、鉀、鐵等金屬氧化物和硅酸鹽發(fā)生放熱反應，生成大量的硫酸鹽，消耗大量的硫酸，硫酸的濃度隨之降低，同時反應所產生的熱量使堆內物料的溫度升高至85℃，將石煤自身攜帶的水分和硫酸稀釋過程中所加的水分及反應所生成的水分蒸發(fā)，硫酸始終保持較高濃度，在這種濃酸、高溫、水汽和空氣中的氧的作用下，石煤中的釩完成了氧化轉化過程。在常溫常壓下，加入固液比為1∶1的水，攪拌浸出4.5小時，浸出率65％；實施例3百分比為0.97％的石煤原生礦干磨至80目，加入濃度質量百分比為75％的工業(yè)硫酸，料酸質量百分比為100∶27.4，攪拌均勻，在常溫常壓下，濕堆13天，所述堆高為2米；在上述條件下，硫酸與石煤中的鋁、鉀、鐵等金屬氧化物和硅酸鹽發(fā)生放熱反應，生成大量的硫酸鹽，消耗大量的硫酸，硫酸的濃度隨之降低，同時反應所產生的熱量使堆內物料的溫度升高至88℃，將石煤自身攜帶的水分和硫酸稀釋過程中所加的水分及反應所生成的水分蒸發(fā)，硫酸始終保持較高濃度，在這種濃酸、高溫、水汽和空氣中的氧的作用下，石煤中的釩完成了氧化轉化過程。在常溫常壓下，加入固液比為1∶1.5的水，攪拌浸出4小時，浸出率81.3％。
實施例4百分比為1.33％的石煤原生礦干磨至80目，加入濃度質量百分比為86％的工業(yè)硫酸，料酸質量百分比為100∶29.6，攪拌均勻，在常溫常壓下，濕堆4天，所述堆高為2.5米；在上述條件下，硫酸與石煤中的鋁、鉀、鐵等金屬氧化物和硅酸鹽發(fā)生放熱反應，生成大量的硫酸鹽，消耗大量的硫酸，硫酸的濃度隨之降低，同時反應所產生的熱量使堆內物料的溫度升高至95℃，將石煤自身攜帶的水分和硫酸稀釋過程中所加的水分及反應所生成的水分蒸發(fā)，硫酸始終保持較高濃度，在這種濃酸、高溫、水汽和空氣中的氧的作用下，石煤中的釩完成了氧化轉化過程。在常溫常壓下，加入固液比為1∶2的水，攪拌浸出3小時，浸出率97.7％。
實施例5將含釩質量百分比為1.8％的石煤原生礦干磨至120目，加入濃度質量百分比為75％的工業(yè)硫酸，料酸質量百分比為100∶27.4，攪拌均勻，在常溫常壓下，濕堆10天，所述堆高為3米；在上述條件下，硫酸與石煤中的鋁、鉀、鐵等金屬氧化物和硅酸鹽發(fā)生放熱反應，生成大量的硫酸鹽，消耗大量的硫酸，硫酸的濃度隨之降低，同時反應所產生的熱量使堆內物料的溫度升高至88℃，將石煤自身攜帶的水分和硫酸稀釋過程中所加的水分及反應所生成的水分蒸發(fā)，硫酸始終保持較高濃度，在這種濃酸、高溫、水汽和空氣中的氧的作用下，石煤中的釩完成了氧化轉化過程。在常溫常壓下，加入固液比為1∶2.4的水，攪拌浸出6小時，浸出率86％。
實施例6將含釩質量百分比為3.0％的石煤原生礦干磨至200目，加入濃度質量百分比為98％的工業(yè)硫酸，料酸質量百分比為100∶35，攪拌均勻，在常溫常壓下，濕堆9天，所述堆高為3.5米；在上述條件下，硫酸與石煤中的鋁、鉀、鐵等金屬氧化物和硅酸鹽發(fā)生放熱反應，生成大量的硫酸鹽，消耗大量的硫酸，硫酸的濃度隨之降低，同時反應所產生的熱量使堆內物料的溫度升高至99℃，將石煤自身攜帶的水分和硫酸稀釋過程中所加的水分及反應所生成的水分蒸發(fā)，硫酸始終保持較高濃度，在這種濃酸、高溫、水汽和空氣中的氧的作用下，石煤中的釩完成了氧化轉化過程。在常溫常壓下，加入固液比為1∶3的水，攪拌浸出6小時，浸出率86.5％。
實施例7將含釩質量百分比為2.3％的石煤氧化礦干磨至180目，加入濃度質量百分比為93％的工業(yè)硫酸，料酸質量百分比為100∶31，攪拌均勻，在常溫常壓下，濕堆7天，所述堆高為1.5米。在上述條件下，硫酸與石煤中的鋁、鉀、鐵等金屬氧化物和硅酸鹽發(fā)生放熱反應，生成大量的硫酸鹽，消耗大量的硫酸，硫酸的濃度隨之降低，同時反應所產生的熱量使堆內物料的溫度升高至97℃，將石煤自身攜帶的水分和硫酸稀釋過程中所加的水分及反應所生成的水分蒸發(fā)，硫酸始終保持較高濃度，在這種濃酸、高溫、水汽和空氣中的氧的作用下，石煤中的釩完成了氧化轉化過程。在常溫常壓下，加入固液比為1∶2.6的水，攪拌浸出7小時，浸出率89.9％。
實施例8將含釩質量百分比為0.9％的石煤氧化礦干磨至160目，加入濃度質量百分比為86％的工業(yè)硫酸，料酸質量百分比為100∶29.6，攪拌均勻，在常溫常壓下，濕堆6天時，所述堆高為0.5米；在上述條件下，硫酸與石煤中的鋁、鉀、鐵等金屬氧化物和硅酸鹽發(fā)生放熱反應，生成大量的硫酸鹽，消耗大量的硫酸，硫酸的濃度隨之降低，同時反應所產生的熱量使堆內物料的溫度升高至95℃，將石煤自身攜帶的水分和硫酸稀釋過程中所加的水分及反應所生成的水分蒸發(fā)，硫酸始終保持較高濃度，在這種濃酸、高溫、水汽和空氣中的氧的作用下，石煤中的釩完成了氧化轉化過程。在常溫常壓下，加入固液比為1∶1.8的水，攪拌浸出8小時，浸出率91.5％。
本發(fā)明在濕堆過程中，硫酸與石煤中的鋁、鉀、鐵等金屬氧化物和硅酸鹽發(fā)生放熱反應，生成大量的硫酸鹽，消耗大量的硫酸，硫酸的濃度隨之降低，同時反應所產生的熱量使堆內物料的溫度升高并將石煤自身攜帶的水分和硫酸稀釋過程中所加的水分及反應所生成的水分蒸發(fā)，硫酸始終保持較高濃度，在這種濃酸、高溫和水汽的作用下，氫離子進入云母晶格，硫酸破壞云母和粘土結構，釩從云母晶格中釋放出來，釋放出來的三價釩與空氣中的氧接觸，氧化成易溶性四價釩；石煤中的釩的氧化轉化過程在濕堆的過程中完成。
本發(fā)明所述釩的氧化轉化浸出率與硫酸的濃度、物料細度、濕堆高度、濕堆時間、釩的原礦品位和環(huán)境溫度存在如下關系1、釩的氧化轉化浸出率與硫酸濃度和堆放時間關系。硫酸濃度增高，釩的氧化轉化浸出率增大，濕堆時間縮短；當硫酸濃度增大到86％時釩的氧化轉化浸出率達97.7％，濕堆時間縮短到4天；當硫酸濃度大于86％時，釩的氧化轉化浸出率隨硫酸濃度的增大而下降，濕堆時間延長。
2、物料粒度低于60目，粒度對釩的氧化轉化浸出影響不大，但粒度越細，為保證硫酸對物料表面的濕潤，用酸量需相應加大。濕堆時間縮短不明顯。
3、物料的堆高大于0.5米時，濕堆高度對釩的氧化轉化浸出率影響不大，堆的形狀不影響釩的氧化轉化浸出。
4、礦石品位越高，釩的氧化轉化浸出率越高，不同品位的礦石在同樣條件下處理，其尾渣品位相差不大。
5、環(huán)境溫度對濕堆中釩的氧化轉化影響不大，實踐中，冬季僅影響濕堆表層5cm厚的堆層的氧化轉化浸出率。
權利要求
1.一種常溫常壓下石煤加硫酸濕堆氧化轉化浸出釩的方法，其特征在于所述方法工藝步驟如下(1)將石煤干磨至60目以下；(2)加入濃度質量百分比為70～98％的工業(yè)硫酸，料酸質量百分比為100∶26～35，攪拌均勻；(3)在常溫常壓下，將上述物料濕堆4～15天，所述堆高大于0.5米；(4)在上述條件下，堆內的放熱反應使堆內的物料溫度保持在85℃以上，石煤中的釩完成了氧化轉化過程；(5)在常溫常壓下，加入固液比為1∶1～3的水，攪拌浸出3～8小時。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種常溫常壓下石煤加硫酸濕堆氧化轉化浸出釩的方法，其特征在于所述氧化劑為空氣中的氧。
全文摘要
一種常溫常壓下石煤加硫酸濕堆氧化轉化浸出釩的方法，所述方法工藝步驟如下(1)將石煤干磨至60目以下；(2)加入濃度質量百分比為70～98％的工業(yè)硫酸，料酸質量百分比為100∶26～35，攪拌均勻；(3)在常溫常壓下，將上述物料濕堆4～15天，所述堆高大于0.5米；(4)在上述條件下，堆內的放熱反應使堆內的物料溫度保持在85℃以上，石煤中的釩完成了氧化轉化過程；(5)在常溫常壓下，加入固液比為1∶1～3的水，攪拌浸出3～8小時，釩的浸出率為65～97.7％；所述氧化劑為空氣中的氧。本發(fā)明水浸出釩的過程僅為釩在水中的溶解過程，可在常溫下浸出，適用范圍廣，能夠適應石煤原生礦和氧化礦。
文檔編號C22B1/14GK101082085SQ20071011860
公開日2007年12月5日 申請日期2007年7月10日 優(yōu)先權日2007年7月10日
發(fā)明者劉健, 李純青 申請人:劉健, 李純青