稀有金属 2000,(02),115-118 DOI:10.13373/j.cnki.cjrm.2000.02.008
苛化泥为焙烧添加剂从石煤提取五氧化二钒
张萍 蒋馥华
中国地质大学材料与化学工程学院!湖北武汉430074,武汉科技大学化工与资源环境学院!湖北武汉430081
摘 要:
从石煤中提取五氧化二钒时 ,用苛化泥作焙烧添加剂 ,以取代氯化钠。焙烧后的物料先用水浸 ,再用碳酸氢铵并通入二氧化碳加压浸出。浸出液经离子交换法净化 ,再经沉钒和灼烧 ,得到合格的五氧化二钒产品。
关键词:
五氧化二钒 ;石煤 ;苛化泥 ;氧化焙烧 ;
中图分类号: TF841.3
作者简介: 张萍,女,1956年出生,副教授;联系地址:武汉142信箱,汉山区鲁磨路。;
收稿日期: 1998-09-01
Extraction of Vanadium Pentoxide from Stone Coal by Using Causticizing Mud as Roasting Additive
Abstract:
Causticizing mud was used as a roasting additive of sodium chloride for extraction of vanadium pentoxide from stone coal. The raw feed after roasting was leached by water, and then by ammonium bicarbonate and introduced carbon dioxide under high pressure. The leaching solution was purified by ion exchange, and then ammonium metavanadate was precipitated. A qualified product V 2O 5 was obtained by calcining ammonium metavanadate.
Keyword:
Vanadium pentoxide, Stone coal, Causticizing mud, Oxidizing roasting;
Received: 1998-09-01
从70年代开始,浙、湘、鄂等省陆续兴建了一批小钒厂,以石煤为原料生产五氧化二钒。这些小钒厂中较有代表性的如湖南岳阳新开钒厂和湖北崇阳钒厂,在钒价升扬的鼎盛时期,年产五氧化二钒300 t以上,年产值达到6000万元左右。然而,这些厂家沿用多年的氧化钠化焙烧工艺大都使用食盐为添加剂
[1 ]
,由于食盐价格上涨和钒价下降,使经济效益受到影响;更为严峻的问题是焙烧时因食盐分解产生Cl2 、HCl等废气恶化环境,国家环保部门已明令禁止继续采用这种无相应“三废”治理措施的工艺进行生产。寻求可行的替代工艺,已是这些厂家亟待解决的问题。
用钙化焙烧替代钠化焙烧是可行的途径之一
[2 ,3 ]
。但钙化焙烧的后处理工艺与钠化焙烧的后处理工艺不同,一般厂家希望能保留原有的钠化焙烧工艺的长处而又能减少污染,以便原有设备能够继续使用。苛化泥兼含钙盐和钠盐,而且这些盐类化合物热分解时的气相产物主要是CO2 和H2 O,由于CO2 污染程度较轻,而且在后续浸出工序中CO2 还可以得到利用。因此,用苛化泥为焙烧添加剂替代食盐从石煤中提取五氧化二钒的新工艺值得重视和研究。
1 原料
1.1 石煤
湘、鄂二省的石煤大部分为早古生代下寒武系板岩型石煤,厚度较大,多呈块状,致密坚硬,具暗黑或灰黑光泽,其发热量较低,约为6000 kJ/kg。分别从湖北省崇阳县庙铺石煤钒矿和湖南省岳阳县新开石煤钒矿取样分析,平均结果见表1。
表1 本工作所用含钒石煤的成分ω/% 下载原图
表1 本工作所用含钒石煤的成分ω/%
钒在石煤中的价态是V(Ⅲ),其主要矿相是含钒尖晶石和榴石
[4 ]
。
1.2苛化泥
苛化泥是苛化法制烧碱过程中产生的废渣。河南省南阳地区天然碱资源丰富,由地下汲取即可作为成品出售此外一般的纯碱生产厂家内常散落不洁的碱末,往往回收后用苛化法制成烧碱。因此,苛化泥这种废渣较常见。
从南阳地区吴城碱厂取样,检测后确定,该厂苛化泥含量达31%~33%。干基分析的平均结果见表2。
表2 吴城碱厂苛化泥干基的组成ω/% 下载原图
表2 吴城碱厂苛化泥干基的组成ω/%
2 提取机理
苛化泥作为石煤钠化焙烧与钙化焙烧的添加剂,在氧化焙烧时发生下列反应:
钠化时,生成的NaVO3 易溶于水。钙化时,一般认为有三种形式的钒酸钙生成,即Ca(VO3 )2 、Ca2 V2 O7 和Ca3 (VO4 )2 ,为方便起见,在反应式中简单地写作Ca(VO3 )2 。在通入CO2 和加压条件下用碳酸氢铵进行弱碱性碳酸化浸出,可使钒转入溶液
[3 ]
:
只要溶液中铵离子浓度不太高,温度不低于70℃,不会生成偏钒酸铵沉淀
[4 ]
。
浸出液用离子交换法进行净化。交换柱中装入氯型强碱性阴离子交换树脂,如717# 树脂。浸出液流经交换柱时,发生阴离子交换反应:
吸附在交换柱上的钒可用NaCl溶液进行洗脱,钒转入洗脱液中:
经过离子交换工序处理的料液已充分去除磷、铁、铝和硅等杂质,直接沉钒、脱氨便可得到高纯度的V2 O5 产品
[4 ]
:
VO3 - +NH4 Cl(过量)※NH4 VO3 ↑+Cl- (9)
用苛化泥为焙烧添加剂从石煤制取五氧化二钒的工艺流程如图1所示。
图1 工艺流程图
3 工艺条件和技术经济指标
3.1 中试概况
利用崇阳县钒厂原有设备进行中试。用平炉焙烧,日处理矿石4 t。钒厂的常规设备如粉碎机、球磨机、浸取釜、甩干机、脱氨转炉等正常开动。所用离子交换柱的主要规格见表3。
表3 离子交换柱规格 下载原图
表3 离子交换柱规格
3.2 工艺条件
经中试取得的最佳工艺条件和各单元操作的效率列于表4。
3.3 产品质量
采用本工艺可制得纯度达99.50%的V2 O5 。V2 O5 产品分析结果见表5。由表可见,本工艺制品的质量远优于GB3283-87的标准。实际上,已达到HG3-1216-79优级纯五氧化二钒试剂的要求。
3.4 经济效益
用苛化泥为焙烧添加剂,从石煤提取五氧化二钒的成本构成见表6。目前,GB3283-87化工牌号的V2 O5 售价达7~8万元/t,化学试剂价格则更高,采用本工艺生产V2 O5 的经济效益十分显著。
表4 最佳工艺条件 下载原图
表4 最佳工艺条件
表5 V2 O5 产品质量 下载原图
表5 V2 O5 产品质量
表6 成本构成(按1 t V2 O5 计) 下载原图
(1)单位为元/kW·h;(2)单位为kW·h
表6 成本构成(按1 t V2 O5 计)
离子交换和沉钒两工序中排放的尾液主要成分为NH4 Cl和NH4 HCO3 ,对周围环境不会产生有害影响,还可用作制造复合肥料的掺料。此外,浸渣中富含钙和镁,可望在建材领域中得到综合利用。与传统的氧化钠化焙烧工艺比较,本工艺的经济效益显著。
4 结论
1.苛化泥中富含钠和钙,可用作石煤提钒时的焙烧添加剂,在焙烧过程中不产生含Cl2 、HCl等气相污染物。
2.焙烧后的物料兼有钠化焙烧物料和钙化焙烧物料的特性,可用两段浸出,即直接水浸与弱碱性碳酸化加压浸出。
3.浸出液经离子交换法净化后,直接沉钒并灼烧脱氨,即可获得纯度达99.50%的V2 O5 产品,钒收率超过85%。
4.焙烧废气CO2 可回收用于碳酸化浸取,离子交换与沉钒尾液可用于制造复合肥料浸渣富含钙和镁可望在建材工业中得到利用
参考文献
[1] 浙江省化工研究所.煤炭综合利用,1980,(2):75
[2] 蒋馥华,张萍,申照全.化学世界,1992,23(12):538
[3] 张萍,蒋馥华,何其荣.钢铁钒钛,1993,14(2):18
[4] ВатолинНА.ИздателвствоАкадемииНаукСССР.1978,3