[发明专利]一种高硅含钒石煤水蒸汽炭化预处理制备V2O5的方法

说明书

技术领域

本发明专利涉及湿法冶金提钒技术，尤其是一种高硅含钒石煤水蒸汽炭化预处理制备V₂O₅的方法。

背景技术

钒是一种重要的战略物质，具有良好的合金和催化性能，在化工、汽车、能源、国防、航空等领域有着广泛的用途。在我国，钒主要是从石煤或钒钛磁铁矿中提炼出来的，石煤中的钒绝大部分以V（III），V（IV）的形态存在，并且多数以类质同象的形式赋存于硅酸盐类矿物中，晶体结构牢固，难以浸出。为了有效提取石煤中的钒，通常需要对含钒石煤进行高温焙烧来破坏矿物结构，同时将V（III）钒氧化成V（IV）或V（V），然后用溶液浸取钒。从已公开的发明专利及有关文献资料来看，石煤提钒的方法主要是先将矿石原料进行焙烧预处理，即在含钒原料中掺入各种添加剂如钠盐、钙盐、氧化剂，在大型窑炉中进行钠化焙烧、钙化焙烧、复合剂焙烧；另外公开的专利中也有采用空白焙烧，然后用草酸铵、或柠檬酸铵、或磷酸铵浸取的方法。但是矿物在高温焙烧时会产生大量有毒有害气体，如Cl₂、HCl、SO₂等，污染环境。焙烧工序采用的各式窑炉如立窑、平窑、旋转窑、隧道窑等，投资较大，劳动强度也大。

含钒石煤根据矿物中主要成份的含量分为高碳石煤、高钙石煤、高硅石煤。对于高硅含钒石煤的提钒技术，有不少文献进行了报道。如樊刚等（樊刚,李旻廷,魏昶,李存兄,邓志敢.高硅石煤氧压酸浸中硅的行为研究. 矿产综合利用,2008,(4):6-8）在高压反应釜中加入35% H₂SO₄溶液、添加辅助剂、并通入氧气进行钒的浸取，浸取率最高为70%，该方法浸取率也不高，如在实际生产中使用高压反应釜，设施昂贵难以扩大生产。靳林等（靳林,普世坤，李善吉.从高硅高碳钒矿中回收钒的工艺研究[J]，稀有金属与硬质合金, 2011, 39(2): 6-9）在实验室里对高硅高碳钒矿采用500℃焙烧-硫酸浸取-P204萃取提钒的工序制备钒，浸取溶液加热到85-95℃时，钒浸出率可达98.52%，但是应用到工业上需要修建窑炉，浸取池需要加热到85℃以上，势必引起能耗值过大的问题。孙德四等（孙德四，孙剑奇,张贤珍.硅质石煤钒矿无污染氧化剂氧化-酸浸法提钒工艺研究[J].有色金属，2011，63（2）：175-178）对江西省湖口县硅质石煤采用40% H₂SO₄溶液进行浸取，在浸取过程中添加5%二氧化锰作氧化剂，并把浸取液加热至90℃，实验结果表明钒的浸取率为72.4%，浸取率不太理想。

综上所述，目前对高硅含钒石煤为原料的提钒方法中，有的需要进行高温焙烧，有的需要特殊装置，特别是浸取溶液需要加热到90℃以上时，在实验室进行理论研究比较适合，但是在工业上进行大规模提取钒时，存在投资大、能耗高及难以操作的缺点。为了有效从高硅含钒石煤中提取钒，本专利提出如下发明内容。

发明内容

针对现有技术方法不足，本发明专利提供了一种高硅含钒石煤水蒸汽炭化预处理制备V₂O₅的方法，将高硅含钒石煤粉与浓硫酸、引发剂进行混合，置于150～250 ℃水蒸汽环境中进行预处理，然后用水浸取炭化渣中的钒。整个工艺无需焙烧、实现了低能耗、无废气污染、清洁环保型制备V₂O₅的方法。

发明原理：本专利主要利用高硅含钒石煤中存在的有机质与浓硫酸，在引发剂的作用下发生剧烈炭化反应，释放出大量的热能，并通入水蒸汽维持炭化反应温度在250～300℃。在整个炭化反应过程中，矿物表面包裹的有机物被炭化，硫酸浸染矿物表面，并通过裂隙渗透到矿物内部、将矿物中的硅酸盐转化为难溶的SiO₂，促使矿物结构破坏，钒裸露出来；通过氧化，矿物中的钒转化成易溶的四价钒，实现了V（IV）、尤其是V（Ⅲ）的高效释放。后续工序用水浸取炭化渣，V（IV）转移到水溶液中，进一步按常规湿法冶金提钒方法制备V₂O₅。

一种高硅含钒石煤水蒸汽炭化预处理制备V₂O₅的方法，采用以下技术方案：