萬(wàn)洪強(qiáng)， 李 靜， 張麗芬， 羅 豪， 田子瑜

（長(zhǎng)沙礦冶研究院有限責(zé)任公司，湖南 長(zhǎng)沙 410012）

低鈣鎂釩礦（鈣鎂總含量不高于3%）作為釩礦資源的一種類(lèi)型，約占全國(guó)釩礦資源儲(chǔ)量的1／3；湖南岳陽(yáng)、江西修水等地區(qū)絕大多數(shù)釩礦資源屬于此類(lèi)型[1-3］。 低鈣鎂釩礦的特點(diǎn)在于礦物堿度低、二氧化硅含量高，大部分屬于硅質(zhì)或碳硅質(zhì)釩礦，浸出過(guò)程中硅酸鹽中的硅容易進(jìn)入溶液[4-6］，給后續(xù)提釩處理帶來(lái)困難。

針對(duì)低鈣鎂釩礦的特點(diǎn)，以及石煤提釩工藝研究現(xiàn)狀[7-9］，本文采用硫酸熟化浸出工藝處理此類(lèi)石煤釩礦，通過(guò)在特定條件下對(duì)原礦物料進(jìn)行熟化處理，達(dá)到破壞硅質(zhì)或碳硅質(zhì)石煤的目的，然后在常溫低酸條件下浸出，實(shí)現(xiàn)低鈣鎂釩礦常溫高效全濕法提釩。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)原料

實(shí)驗(yàn)所用原料為我國(guó)南方某地石煤釩礦，其X 射線熒光光譜分析結(jié)果見(jiàn)表1。 由表1 可知，礦石中主要礦物為硅酸鹽礦物，二氧化硅含量為69.34%；主要有價(jià)元素為釩，V2O5品位為1.07%；其他有價(jià)金屬元素含量較低。

表1 石煤釩礦熒光光譜分析結(jié)果（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）%

石煤釩礦樣品的XRD 分析結(jié)果見(jiàn)圖1。 樣品主要組成成分為石英、高嶺石、云母、方解石和重晶石。

圖1 原礦XRD 衍射圖譜

石煤釩礦樣品釩物相分析結(jié)果見(jiàn)表2。 礦樣中釩主要分布在鐵鋁石（氧化鐵及黏土礦物）、含釩云母類(lèi)礦物、石榴石3 種物相中，其中前2 種礦物中的釩占91.59%。

表2 礦石中釩化學(xué)物相分析結(jié)果

原礦粒級(jí)分布如表3 所示。 礦物的粒度組成在制定磨礦工藝的過(guò)程中起著重要作用。 由表3 可知，47.90%的礦物處在0.154 ～0.28 mm 粒級(jí)，該粒級(jí)V2O5品位1.04%；隨著粒度減小，各粒級(jí)礦物產(chǎn)率總體呈下降趨勢(shì)。 通過(guò)礦石中釩和碳產(chǎn)率和占有率的對(duì)比分析，釩和碳在各個(gè)粒度級(jí)的品位差別不大，分布較為均勻，無(wú)法直接通過(guò)篩分的方式進(jìn)行簡(jiǎn)單地富集分離。

表3 原礦粒級(jí)分布情況

1.2 實(shí)驗(yàn)與試劑

實(shí)驗(yàn)主要試劑包括濃硫酸、磷酸、硫酸亞鐵銨、高錳酸鉀、碳酸鈉、氫氧化鈉、氯化銨，均為分析純；實(shí)驗(yàn)用水為自制純凈水。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

每次稱(chēng)取石煤礦200 g 放入燒杯中，加入10%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）純凈水和一定量濃硫酸，攪拌均勻后，倒入熟化裝置中，加熱，在設(shè)定溫度下熟化一段時(shí)間，熟化后將熟料與一定量純凈水混合，于一定溫度及轉(zhuǎn)速下攪拌浸出，將浸出后的礦漿抽濾，得到含釩浸出液及濾渣。 將濾渣烘干稱(chēng)量；采用硫酸亞鐵銨法測(cè)定浸出液中釩含量，計(jì)算釩浸出率。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 礦物粒度對(duì)釩浸出率的影響

在一個(gè)浸出體系中，存在最佳的礦石粒度范圍，粒度過(guò)粗，達(dá)不到要求的浸出率；粒度過(guò)細(xì)，增加破碎的能量消耗。 為考察礦物粒度對(duì)釩浸出率的影響，通過(guò)控制碎礦與磨礦條件，選取5 個(gè)樣品進(jìn)行熟化實(shí)驗(yàn)，原料粒度組成見(jiàn)表4。 設(shè)定硫酸用量（硫酸與礦物的質(zhì)量比）20%、熟化溫度120 ℃、熟化時(shí)間8.5 h，熟料用水于室溫下攪拌浸出2 h、液固比2 ∶1，礦物粒度對(duì)釩浸出率的影響見(jiàn)圖2。

圖2 礦物粒度對(duì)釩浸出率的影響

表4 樣品粒度組成

從圖2 可以看出，隨著礦物粒度變細(xì)，釩浸出率不斷升高，雖然L-5 浸出率最高，達(dá)到了90.2%，但其磨礦時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，磨礦能耗大。 綜合考慮，L-4 樣品（即粒級(jí)－0.15 mm 礦樣）釩浸出率達(dá)到88.5%，且磨礦能耗適中，后續(xù)選擇該粒度的樣品進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

2.2 硫酸用量對(duì)釩浸出率的影響

礦物粒度－0.15 mm，其他條件不變，硫酸用量對(duì)釩浸出率的影響見(jiàn)圖3。

圖3 硫酸用量對(duì)釩浸出率的影響

由圖3 可知，隨著硫酸用量增加，釩浸出率不斷提高，當(dāng)硫酸用量達(dá)到20%時(shí)，釩浸出率達(dá)到88.5%，繼續(xù)增加硫酸用量，釩浸出率不再上升，選擇硫酸用量20%進(jìn)行后續(xù)實(shí)驗(yàn)。 硫酸用量是影響釩浸出率的重要因素，這是因?yàn)殁C浸出率與石煤中云母的解離程度有關(guān)，熟化過(guò)程中硫酸用量增加，有利于破壞石煤中的云母結(jié)構(gòu)，釋放礦物中被晶格包圍的釩，釩浸出率得到提高。

2.3 熟化時(shí)間對(duì)釩浸出率的影響

硫酸用量20%，其他條件不變，熟化時(shí)間對(duì)釩浸出率的影響如圖4 所示。

圖4 熟化時(shí)間對(duì)釩浸出率的影響

由圖4 可知，首先釩浸出率隨熟化時(shí)間增加而增加，當(dāng)熟化時(shí)間達(dá)到8.5 h 時(shí)，釩浸出率較高，繼續(xù)延長(zhǎng)熟化時(shí)間，釩浸出率反而下降，選擇熟化時(shí)間8.5 h。

2.4 熟化溫度對(duì)釩浸出率的影響

熟化時(shí)間8.5 h，其他條件不變，熟化溫度對(duì)釩浸出率的影響如圖5 所示。

圖5 熟化溫度對(duì)釩浸出率的影響

石煤釩礦常溫熟化時(shí)間較長(zhǎng)，生產(chǎn)效率低，為了加快反應(yīng)速度，需要在一定溫度下進(jìn)行熟化處理。 從圖5可知，隨熟化溫度升高，釩浸出率迅速提高，120 ℃時(shí)，釩浸出率達(dá)到88.8%，而后釩浸出率隨著溫度升高逐漸下降，適宜的熟化溫度為120 ℃。

2.5 驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)

單因素實(shí)驗(yàn)確定的適宜工藝條件為：原礦粒徑－0.15 mm、濃硫酸用量20%、熟化溫度120 ℃、熟化時(shí)間8.5 h，熟料用水于室溫下攪拌浸出2 h、液固比2 ∶1，在此條件下進(jìn)行驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，得到的浸出液主要成分如表5 所示。

表5 浸出液成分g／L

由表5 可知，浸出液中V2O5濃度為4.23 g／L，SiO2濃度為0.08 g／L。 通過(guò)分析計(jì)算得出釩浸出率為88.6%。 與直接酸浸或焙燒酸浸工藝相比，熟化浸出溶液中的硅含量大幅降低，硅的影響幾乎可忽略不計(jì)，這使后續(xù)萃取工序難度大大降低。

3 結(jié)論

1） 硫酸熟化-水浸出實(shí)驗(yàn)的優(yōu)化工藝為：礦石粒度－0.15 mm、濃硫酸用量20%、熟化溫度120 ℃、熟化時(shí)間8.5 h，熟料用水于室溫下攪拌浸出2 h、液固比2 ∶1，此條件下釩浸出率達(dá)到了88.6%。

2） 熟化浸出溶液中SiO2濃度為0.08 g／L，比傳統(tǒng)酸浸工藝中硅含量大幅降低，大大降低了后續(xù)萃取工序難度。

3） 硫酸熟化-水浸出工藝避免了高能耗的焙燒過(guò)程，工藝流程簡(jiǎn)單、清潔環(huán)保，是一種開(kāi)發(fā)利用低鈣鎂釩礦常溫高效的石煤提釩新技術(shù)。