[发明专利]一种石煤中硅钒高效分离提取工艺

说明书

技术领域

本发明涉及一种从石煤中高效提取硅、钒资源的方法。

背景技术

我国目前能开采和利用的含钒矿物主要是钒钛磁铁矿和石煤，据估计我国石煤中钒的含量是钒钛磁铁矿中钒的含量的7倍，占我国钒储量的87％，但目前我国钒的主要来源仍是钒钛磁铁矿。石煤中含有总量巨大的钒矿资源，其所含钒资源的开发具有重大的意义。随着国民经济的快速发展，钒的用量也在逐年增加，使得我国加快了石煤的开发利用。石煤中主要成分为石英，而现行的工艺只从石煤中提取钒，对综合利用其中的石英的研究却很少。最终，石英只能作为尾矿排放堆置，造成了严重的环境负荷。因此，实现石煤中钒、硅资源的综合利用将会带来经济、环境的双重效益。

石煤破磨后高温焙烧(一般600～900℃)，然后直接使用稀硫酸浸出(一种从石煤钒矿中提取五氧化二钒的方法，专利号200810233828.6)，该工艺钒总回收率高，但不涉及硅资源的回收。将石煤破碎后在微波设备中700～800℃焙烧，焙烧后加水配成矿浆用硫酸浸出(一种从含钒石煤矿中提取五氧化二钒的清洁生产工艺，专利号200910043783.0)，该工艺能有效破坏含钒云母、高岭土等的矿物结构，硫酸的用量比石煤直接酸浸工艺要少，但硫酸用量仍很多；而且在有效破坏矿物结构的情况下并未提取硅。将石煤矿磨细后与硫酸溶液调浆，进入压力釜中采用两段氧压酸浸(一种从含钒石煤矿中浸取钒的方法，专利号200910094102.3)可使钒的浸出率在86％以上，但压力设备的使用不利于大规模工业生产。将石煤提钒后的废渣用于生产水泥或其它建材(一种含钒石煤全资源化利用的方法，专利号201010536573.8)，该工艺对废渣加以了利用，但很粗放型。将石煤高温氧化焙烧后用热水浸出得到含钒酸钠和硅酸钠的溶液，然后沉钒，剩余的溶液就是硅酸钠溶液(一种石煤清洁转化方法，专利号201010203166.5)。该工艺将钒、硅均加以提取，但是一步完成浸出过程，得到的是混合液，在高硅环境下沉钒时硅作为杂质对钒的沉淀影响很大，沉钒效果不太好。将石煤空白焙烧后加入工业碱浸出，得到钒和硅的共同浸出液，然后在浸出液中加硫酸沉淀出白炭黑，实现硅、钒分离(在石煤碱浸提钒中提取白炭黑的工艺，专利号200910158627.9)。该工艺工艺简单，钒提取率高，只是硅的提取很少，大部分硅仍作为废渣排放。以上的工艺都是一步浸出，只浸出钒或者将少部分硅和钒一同浸出，难以实现硅、钒的共同效益。

石煤中五氧化二钒含量一般在0.13％～1.2％，是一种低品位含钒矿，目前尚缺乏经济有效的选矿方法来实现钒的富集。我国绝大多数石煤中的钒主要赋存在伊利石类粘土矿物和云母类矿物中，一般V³⁺以类质同象形式部分取代硅氧四面体“复网层”和铝氧八面体“单网层”中的Al³⁺。这种硅酸盐矿物结构较为稳定，因此对于石煤而言，提钒的难点和关键就在于矿石的分解和钒的溶出过程。因此，我们通过熔融水淬来实现硅酸盐矿物结构的完全破坏，实现钒的高效提取，并实现硅的综合利用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种石煤中钒的高效浸出，同时回收石煤中的硅资源以降低整体成本、增加附加值，并实现资源的综合利用的方法。

本发明的原理是：石煤中钒主要以V³⁺以类质同象形式部分取代硅氧四面体“复网层”和铝氧八面体“单网层”中的Al³⁺存在于硅铝酸盐矿物中，这种硅酸盐矿物结构较为稳定。只有破坏这类矿物晶体结构，同时钒被氧化为四价或五价的价态才可以被很好的浸出。但由于传统工艺对硅铝酸盐晶体结构破坏的不彻底，钒的浸出率并不高。本发明在石煤中加入添加剂后将其置于高温中熔融，并急速水淬。石煤中硅铝酸盐结构完全被破坏(如图1所示，水淬后矿物变为不定型态)，其中的钒被全部释放；再加入氧化剂将钒氧化后就可以达到很高的浸出率。本发明在熔融焙烧时加入的添加剂是碳酸钠(或碳酸氢钠、氢氧化钠等)，在高温条件下，碳酸钠与石英反应生成硅酸钠，同时完全破坏了其矿物结构。再经过水淬，石英及硅酸盐矿物中的硅可以水玻璃的形式被浸出，作为附加产品来降低整个生产过程的成本、提高附加值，并减少尾渣的堆积。本发明的流程是先浸出硅，后浸出钒；浸完硅后物料质量会减少60％以上，大部分的硅都以水玻璃的形式进入溶液中，而绝大部分钒则保留在浸出渣中。由于进入钒浸出环节的物料量大大减少，钒浸出过程的药剂用量会相应减少。