[发明专利]一种石煤一步法制备高纯五氧化二钒的方法

摘要

本发明涉及一种石煤一步法制备高纯五氧化二钒的方法。其技术方案是采用“用于石煤一步焙烧的沸腾炉”对石煤一步沸腾焙烧；焙烧料分三段浸出，终酸浸浆一级分离得终酸浸液，二级溢流返回一次调浆，三级溢流返回二次调浆；调节终酸浸液pH值，调后渣返回III段浸出；调后酸浸液结晶得钾明矾副产品，结晶后液经还原、沉淀除杂，滤渣烘干得草酸亚铁副产品；除杂后液经弱酸盐调pH值后逆流萃取，萃余液返回三次调浆，负载有机相洗涤后逆流反萃，贫有机相再生后返回萃取；富钒液氧化后加尿素搅拌，所得沉钒母液返回一次调浆，多钒酸铵煅烧制得五氧化二钒。本发明具有工艺流程短、污染小、能耗低、药剂用量少、钒回收率高和产品纯度高的特点。

主权项

一种石煤一步法制备高纯五氧化二钒的方法，其特征在于所述方法的步骤是：步骤1、石煤的一步沸腾焙烧步骤1.1、石煤的一步沸腾焙烧所采用的设备为“用于石煤一步焙烧的沸腾炉”，具体结构是：靠近炉体(10)的底部从左向右依次设置有第一流化床(1)、第二流化床(2)和第三流化床(14)，第一流化床(1)和第二流化床(2)由第一挡火墙(11)隔开，第二流化床(2)和第三流化床(14)由第二挡火墙(12)隔开，第一风室(17)和第二风室(16)由第一挡火墙(11)隔开，第二风室(16)和第三风室(15)由第二挡火墙(12)隔开，第一挡火墙(11)与第二挡火墙(12)将炉体(10)左右两侧墙体内壁间的距离等分为三份；第一风室(17)、第二风室(16)和第三风室(15)通过管道依次与第一风机(22)、第二风机(23)和第三风机(24)连通，第一流化床(1)、第二流化床(2)和第三流化床(14)均匀地布有风帽(3)；在炉体(10)的后侧墙体从左向右依次均匀地设有第一煤气烧嘴(4)、第二煤气烧嘴(5)和第三煤气烧嘴(13)，第一煤气烧嘴(4)、第二煤气烧嘴(5)和第三煤气烧嘴(13)依次位于第一流化床(1)、第二流化床(2)和第三流化床(14)的上方中间位置处，第一煤气烧嘴(4)、第二煤气烧嘴(5)和第三煤气烧嘴(13)通过煤气管道外接煤气源；在第一流化床(1)、第二流化床(2)和第三流化床(14)的前侧依次设有第一溢流板(18)、第二溢流板(21)和第三溢流板(25)，第一溢流板(18)、第二溢流板(21)和第三溢流板(25)靠近炉体(10)的前侧墙体；炉体(10)的底部从左向右依次设有第一出料口(19)、第二出料口(20)和第三出料口(26)，第一出料口(19)、第二出料口(20)和第三出料口(26)依次位于第一溢流板(18)、第二溢流板(21)和第三溢流板(25)与炉体(10)的前侧墙体间；炉体(10)右侧墙的上部中间位置处设置有烟道(9)；炉体(10)左侧墙的上部设有风口(7)，风口(7)靠近炉体(10)的后侧墙，风口(7)通过风管与第四风机(6)相通；靠近后侧墙的炉体(10)顶部设有入料口(8)，入料口(8)位于第一流化床(1)的正上方；入料口(8)的中心延长线与风口(7)的中心延长线相交；所述第一挡火墙(11)与第二挡火墙(12)长度和高度相同，高度为炉体(10)高度的4/8～5/8，长度为前侧墙和后侧墙内壁间的距离；所述第一流化床(1)长度为炉体(10)的内壁长度8/10～9/10，宽度为炉体(10)的内壁宽度8/30～9/30；第二流化床(2)和第三流化床(14)与第一流化床(1)相同；所述第一溢流板(18)的高度为挡火墙高度的4/6～5/6，宽度与第一流化床(1)的宽度相同；第二溢流板(21)和第三溢流板(25)与第一溢流板(18)相同；步骤1.2、石煤的一步沸腾焙烧方法将石煤破碎至粒径小于等于15mm，即得石煤破碎料；打开第四风机(6)，调节风口(7)的风速为9～15m/s，同时将石煤破碎料由入料口(8)给入炉体(10)内，给入量为60～150kg/h；粒级为大于8mm且小于等于15mm占90％以上的石煤破碎料落入第一流化床(1)，粒级为大于3mm且小于等于8mm占90％以上的石煤破碎料落入第二流化床(2)，粒级为小于等于3mm占90％以上的石煤破碎料落入第三流化床(14)；所述石煤中钒含量为0.5～1.3wt％，碳含量为8～15wt％；给料结束后，关闭第四风机(6)；打开第一风机(22)、第二风机(23)和第三风机(24)，调节第一风机(22)、第二风机(23)和第三风机(24)的鼓风量至第一流化床(1)、第二流化床(2)和第三流化床(14)内的石煤破碎料在沸腾状态下的料层厚度均为第一挡火墙(11)高度的1/3～2/3；分别调节第一煤气烧嘴(4)、第二煤气烧嘴(5)和第三煤气烧嘴(13)的煤气量，使第一流化床(1)以9～10℃/s的升温速率、第二流化床(2)以8～9℃/s的升温速率和第三流化床(14)以7～8℃/s的升温速率同时升温至各自的预定焙烧温度，保温时间均为40～60秒；第一流化床(1)、第二流化床(2)和第三流化床(14)的预定焙烧温度依次为950～1050℃，850～950℃和800～850℃；焙烧结束后同时关闭第一煤气烧嘴(4)、第二煤气烧嘴(5)和第三煤气烧嘴(13)；再调节第一风机(22)的鼓风量、第二风机(23)的鼓风量和第三风机(24)的鼓风量至第一流化床(1)内的焙烧料、第二流化床(2)内的焙烧料和第三流化床(14)内的焙烧料依次从第一出料口(19)、第二出料口(20)和第三出料口(26)排出，将第一出料口(19)、第二出料口(20)和第三出料口(26)排出的焙烧料合并，得到石煤焙烧料；步骤2、石煤焙烧料的酸浸出步骤2.1、将所述石煤焙烧料细磨至粒径小于74μm占75～90wt％，即得石煤焙烧粉料；按液固比为800～1200L/t将所述石煤焙烧粉料与水进行一次调浆，制得混合矿浆；将所述混合矿浆给入浸出槽，再按每吨所述石煤焙烧粉料中浓硫酸的加入量为225～450L，向所述浸出槽加入所述浓硫酸，在通入150～300℃水蒸气和转速为250～400r/min的条件下搅拌1～2h，得到酸浸浆；步骤2.2、按照酸浸浆流经浸出装置的先后顺序，对所述酸浸浆依次进行Ⅰ段浸出、Ⅱ段浸出和Ⅲ段浸出：Ⅰ段浸出：所述酸浸浆流入Ⅰ段浸出装置，在90～100℃和250～400r/min的条件下，按每吨所述石煤焙烧粉料的氟化钙加入量为50～70kg，向所述Ⅰ段浸出装置的第一个单级搅拌浸出槽中加入氟化钙，浸出1～3h；Ⅱ段浸出：将Ⅰ段浸出的酸浸浆流入Ⅱ段浸出装置，在50～70℃和250～400r/min的条件下浸出1～2h；Ⅲ段浸出：将Ⅱ段浸出的酸浸浆流入Ⅲ段浸出装置，在常温和100～200r/min的条件下，浸出1～6h，再按每吨所述石煤焙烧粉料的调后渣加入量为50～150kg，向所述Ⅲ段浸出装置的最末一个单级搅拌浸出槽中加入所述调后渣，继续浸出0.5～0.8h，得到终酸浸浆；所述浸出装置是由Ⅰ段浸出装置、Ⅱ段浸出装置和Ⅲ段浸出装置串联而成；其中：Ⅰ段浸出装置由2～4个单级搅拌浸出槽串联组成，Ⅱ段浸出装置由2～3个单级搅拌浸出槽串联组成，Ⅲ段浸出装置由1～3个单级搅拌浸出槽串联组成；步骤2.3、将所述终酸浸浆在0.2～1.0MPa条件下给入第一水力旋流器进行一级分离，即得终酸浸液和一级沉砂；将所述一级沉砂与洗水进行二次调浆，调至质量浓度为20～50％，即得浆料Ⅰ；将所述浆料Ⅰ在0.2～1.0MPa条件下给入第二水力旋流器进行二级分离，即得二级溢流和二级沉砂；所述二级溢流返回步骤2.1，作为一次调浆时的水用；将所述二级沉砂与萃余液进行三次调浆，调至质量浓度为30～50％，即得浆料Ⅱ；将所述浆料Ⅱ在0.2～1.0MPa条件下给入第三水力旋流器进行三级分离，即得三级溢流和三级沉砂；所述三级溢流返回本步骤的二次调浆，三级溢流作为洗水用；步骤2.4、用氧化钙或氢氧化钙调节所述终酸浸液的pH值为1.0～1.4，固液分离，得到调后酸浸液和调后渣；所述调后渣返回步骤2.2中的Ⅲ段浸出，按所述调后渣的加入量将调后渣加入所述Ⅲ段浸出装置的最末一个单级搅拌浸出槽；步骤3、调后酸浸液的除杂步骤3.1、按硫酸钾∶所述调后酸浸液中铝的质量比为(2.5～4.0)∶1，将所述硫酸钾加入调后酸浸液中，在5～10℃条件下结晶3～8h，固液分离，即得结晶后液和钾明矾副产品；步骤3.2、按还原剂中总的物质的量∶所述结晶后液中Fe(Ⅲ)的物质的量的比为(1.5～3.5)∶1，将还原剂加入所述结晶后液中，在25～65℃条件下搅拌10～20min，即得还原后液；步骤3.3、按沉淀剂中C2O42‑的物质的量∶所述还原后液中铁的物质的量的比为(2～15)∶1，将所述沉淀剂加入所述还原后液中，在10～40℃条件下搅拌30～120min，固液分离，得到除杂后液和滤渣；将所述滤渣进行烘干，得草酸亚铁副产品；所述沉淀剂为可溶性草酸盐类和可溶性草酸氢盐类中的一类以上，所述沉淀剂中含有的阳离子为钾离子、钠离子和铵离子中的一种以上；步骤4、萃取步骤4.1、向所述除杂后液加入弱酸盐调节pH值至1.7～2.0，即得萃原液；步骤4.2、按萃取剂∶TBP∶磺化煤油的体积比为(0.1～0.3)∶(0.02～0.1)∶1配料，混合，得有机相；再按所述萃原液∶所述有机相的体积比为(2～6)∶1逆流萃取3～5级，得负载有机相和萃余液；所述萃余液返回步骤2.3，用于三次调浆；所述逆流萃取的温度为15～40℃，所述逆流萃取中的单级萃取时间为5～10min；步骤4.3、配制pH值为8～10的弱碱性水溶液为洗涤剂，按所述负载有机相∶所述洗涤剂的体积比为1∶(0.5～2)配料，洗涤至洗涤液中磷浓度低于0.5mg/L，即得洗涤后负载有机相；步骤4.4、配制体积浓度为5～12％的H2SO4溶液为反萃剂，按所述洗涤后负载有机相∶所述反萃剂的体积比为(4～12)∶1逆流反萃3～10级，得到富钒液与贫有机相；贫有机相再生处理后返回步骤4.2，作为有机相使用；所述逆流反萃的温度为20～50℃，所述逆流反萃中的单级反萃时间为5～30min；步骤5、沉钒步骤5.1、将氧化剂加入所述富钒液中，在40～70℃条件下氧化0.2～1.0h，即得氧化后富钒液；所述氧化剂的加入量为所述富钒液中低价钒全部氧化成五价钒所需氧化剂理论物质的量的1.0～2.5倍；步骤5.2、按尿素∶所述氧化后富钒液中五氧化二钒的质量比为(3～20)︰1，将所述尿素加入所述氧化后富钒液中，在70～100℃条件下搅拌1.0～6.0h，固液分离，得到多钒酸铵和沉钒母液；所述沉钒母液返回步骤2.1，作为一次调浆时的水用；所述氧化剂为双氧水、氯酸钠、次氯酸钠中的一种以上；步骤6、煅烧将所述多钒酸铵在450～650℃条件下煅烧0.5～3.0h，制得五氧化二钒。