一种含钒石煤脱碳-破晶焙烧强化酸浸提钒的方法

摘要

一种含钒石煤脱碳‑破晶焙烧强化酸浸提钒的方法，按以下步骤进行：(1)将含钒石煤块体破碎磨细制成石煤矿粉；(2)热烟气通入悬浮焙烧装置；煤矿粉输送到悬浮焙烧装置中，受高温气流作用悬浮，700～900℃蓄热焙烧后排出；(3)输送到脱碳焙烧装置，通入空气使蓄热石煤矿粉悬浮，500～800℃脱碳焙烧，脱碳物料排出；(4)向破晶焙烧装置中通入空气氮气混合气体，脱碳物料输送到破晶焙烧装置中悬浮，750～900℃氧化反应，破晶焙烧物料排出；(5)用硫酸溶液中进行酸浸提钒。本发明工艺流程简单，产品性质均一，设备处理量大，高效节能环保，且易实现大型化。

权利要求

1.一种含钒石煤脱碳‑破晶焙烧强化酸浸提钒的方法，其特征在于按以下步骤进行：（1）将粒度10 200mm的含钒石煤块体破碎至2 10mm制成石煤矿颗粒；将石煤矿颗粒磨~ ~

细至‑0.074mm的部分的质量含量在50%以上，制成石煤矿粉；所述的含钒石煤块体按质量百分比含V2O5 0.9~1.3%，C 11~18%，TFe 2~7%，SiO2 52~59%；

（2）采用下部设有燃烧站，顶部连通引风机的悬浮焙烧装置；在开启引风机的条件下，向燃烧站通入空气和燃气进行燃烧生成热烟气，再进入悬浮焙烧装置内；同时将石煤矿粉输送到悬浮焙烧装置中，石煤矿粉从悬浮焙烧装置上部的进料口进入；石煤矿粉在负压条件下受高温气流作用处于悬浮状态，并被加热至700 900℃进行蓄热焙烧，然后形成蓄热石~

煤矿粉从悬浮焙烧装置侧壁的出料口排出；石煤矿粉在悬浮焙烧装置内的停留时间20~

70s；

（3）将蓄热石煤矿粉输送到顶部连通引风机的脱碳焙烧装置中，在开启引风机的条件下，同时向脱碳焙烧装置内通入空气；蓄热石煤矿粉从脱碳焙烧装置的上部进入，空气从脱碳焙烧装置的底部进入；蓄热石煤矿粉在负压条件下受气流作用处于悬浮状态，并在温度

500 800℃条件下进行脱碳焙烧，蓄热石煤矿粉中的大部分煤质成分与空气中的氧进行氧~

化反应，生成气体被脱除，剩余的以粘土矿物为主要成分的脱碳物料从脱碳焙烧装置侧壁的出料口排出；蓄热石煤矿粉在脱碳焙烧装置内的停留时间20 30min；

~

（4）采用设有电加热装置，顶部连通引风机的破晶焙烧装置；在开启引风机的条件下，向破晶焙烧装置中通入由空气和氮气组成的混合气体，同时将脱碳物料输送到破晶焙烧装置中；脱碳物料从破晶焙烧装置的上部进入，混合气体从破晶焙烧装置的底部进入；脱碳物料在负压条件下受气流作用下处于悬浮状态，通过调节电加热装置以及混合气体的流量，控制脱碳物料的温度在750 900℃，使脱碳物料中的铝氧八面体晶体和硅氧四面体晶体被~

破坏，从而使钒从晶体中暴露出来，并与空气中的氧进行氧化反应生成钒氧化物，形成的破晶焙烧物料从破晶焙烧装置侧壁的出料口排出；混合气体中空气和氮气的体积比为2 3；脱~

碳物料在破晶焙烧装置内的停留时间为30 70min；

~

（5）将破晶焙烧物料浸没到硫酸溶液中进行酸浸提钒，获得酸浸物料，钒氧化物与硫酸反应生成钒离子；酸浸的温度80 95℃，时间2 4h；酸浸物料过滤获得富钒浸出液和浸出渣，~ ~

钒离子溶于富钒浸出液内。

2.根据权利要求1所述的一种含钒石煤脱碳‑破晶焙烧强化酸浸提钒的方法，其特征在于所述的燃气选用天然气、煤制气、焦炉煤气或高炉煤气。

3.根据权利要求1所述的一种含钒石煤脱碳‑破晶焙烧强化酸浸提钒的方法，其特征在于步骤（5）中，硫酸溶液的质量浓度25 35%。

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4.根据权利要求1所述的一种含钒石煤脱碳‑破晶焙烧强化酸浸提钒的方法，其特征在于步骤（5）中，钒的浸出率80 90%。

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说明书

一种含钒石煤脱碳‑破晶焙烧强化酸浸提钒的方法

技术领域

[0001] 本发明属于石煤提钒技术领域。具体涉及一种含钒石煤脱碳‑破晶焙烧强化酸浸提钒的方法。

背景技术

[0002] 钒作为一种重要的战略物质在各行业中应用广泛，随着钢铁工业发展，钒作为一种重要添加剂消耗量不断增大，使得钒资源日趋紧张。石煤作为一种重要的含钒资源储量
巨大，由于石煤中的矿物组成复杂多变，使钒在石煤中的赋存状态各不相同，这也导致了目
前含钒石煤尚未大规模高效利用；因此，如何实现石煤中钒资源的有效提取对缓解我国钒
资源供应不足具有重要意义。

[0003] 专利CN 103952538 A涉及一种石煤钒矿扬料调风补热的焙烧方法，提出对常规回转窑加装扬料、补风和补热装置使石煤的焙烧效果提高，但回转窑还存在易欠烧或过烧，能
源利用率低且需要配烟煤等缺点。专利CN 103276195 A涉及一种石煤钒矿竖炉焙烧方法及
系统，提出将含钒石煤与过氧化钠等混合造球装入竖炉焙烧，可一定程度上实现氧化效果，
但还存在球团内外层氧化均一性差、尾气含硫污染等缺点。专利CN 106282538 A涉及一种
石煤一步法制备高纯五氧化二钒的方法，沸腾炉在一定程度上能优化焙烧效果，提高钒转
化率，但需要采用间歇式给料和逐步升温的焙烧方式，存在处理能力小，难以工业化应用等
缺点。

发明内容

[0004] 针对现有石煤处理技术存在的上述问题，本发明提供一种含钒石煤脱碳‑破晶焙烧强化酸浸提钒的方法，采用蓄热焙烧后脱碳焙烧的方式，脱除挥发成分，再通过电加热破
坏晶体，然后酸浸提钒，提高钒的浸出率和整体的处理效率。

[0005] 本发明的方法按以下步骤进行：

[0006] 1、将粒度10～200mm的含钒石煤块体破碎至2～10mm制成石煤矿颗粒；将石煤矿颗粒磨细至‑0.074mm的部分的质量含量在50％以上，制成石煤矿粉；

[0007] 2、采用下部设有燃烧站，顶部连通引风机的悬浮焙烧装置；在开启引风机的条件下，向燃烧站通入空气和燃气进行燃烧生成热烟气，再进入悬浮焙烧装置内；同时将石煤矿
粉输送到悬浮焙烧装置中，石煤矿粉从悬浮焙烧装置上部的进料口进入；石煤矿粉在负压
条件下受高温气流作用处于悬浮状态，并被加热至700～900℃进行蓄热焙烧，然后形成蓄
热石煤矿粉从悬浮焙烧装置侧壁的出料口排出；

[0008] 3、将蓄热石煤矿粉输送到顶部连通引风机的脱碳焙烧装置中，在开启引风机的条件下，同时向脱碳焙烧装置内通入空气；蓄热石煤矿粉从脱碳焙烧装置的上部进入，空气从
脱碳焙烧装置的底部进入；蓄热石煤矿粉在负压条件下受气流作用处于悬浮状态，并在温
度500～800℃条件下进行脱碳焙烧，蓄热石煤矿粉中的大部分煤质成分与空气中的氧进行
氧化反应，生成气体被脱除，剩余的以粘土矿物为主要成分的脱碳物料从脱碳焙烧装置侧
壁的出料口排出；

[0009] 4、采用设有电加热装置，顶部连通引风机的破晶焙烧装置；在开启引风机的条件下，向破晶焙烧装置中通入由空气和氮气组成的混合气体，同时将脱碳物料输送到破晶焙
烧装置中；脱碳物料从破晶焙烧装置的上部进入，混合气体从破晶焙烧装置的底部进入；脱
碳物料在负压条件下受气流作用下处于悬浮状态，通过调节电加热装置以及混合气体的流
量，控制脱碳物料的温度在750～900℃，使脱碳物料中的铝氧八面体晶体和硅氧四面体晶
体被破坏，从而使钒从晶体中暴露出来，并与空气中的氧进行氧化反应生成钒氧化物，形成
的破晶焙烧物料从破晶焙烧装置侧壁的出料口排出；

[0010] 5、将破晶焙烧物料浸没到硫酸溶液中进行酸浸提钒，获得酸浸物料，钒氧化物与硫酸反应生成钒离子；酸浸物料过滤获得富钒浸出液和浸出渣，钒离子溶于富钒浸出液内。

[0011] 上述的含钒石煤块体按质量百分比含V2O5 0.9～1.3％，C 11～18％，TFe 2～7％，SiO2 52～59％。

[0012] 上述的步骤1中，将石煤矿颗粒磨细至‑0.038mm的部分的质量含量90％以上，制成石煤矿粉。

[0013] 上述的步骤2中，石煤矿粉在悬浮焙烧装置内的停留时间20～70s，形成蓄热石煤矿粉排出。

[0014] 上述的燃气选用天然气、煤制气、焦炉煤气或高炉煤气。

[0015] 上述的步骤3中，蓄热石煤矿粉在脱碳焙烧装置内的停留时间20～30min，形成脱碳物料排出。

[0016] 上述的步骤4中，混合气体中空气和氮气的体积比为2～3。

[0017] 上述的步骤4中，氧化反应的反应式为：

[0018] 2V2O3+O2＝2V2O4、

[0019] 2V7O13+O2＝7V2O4和

[0020] 2V2O4+O2＝2V2O5。

[0021] 上述的步骤4中，脱碳物料在破晶焙烧装置内的停留时间为30～70min，形成破晶焙烧物料排出。

[0022] 上述的步骤5中，硫酸溶液的质量浓度25～35％。

[0023] 上述的步骤5中，酸浸的温度80～95℃，时间2～4h。

[0024] 上述的步骤5中，钒的浸出率80～90％。

[0025] 本发明的方法在蓄热焙烧后，通过悬浮状态的脱碳焙烧，将大部分煤质燃烧脱除，通过控制温度防止反应不均局部温度过高导致的烧结或玻璃体现象，煤质燃烧后其中的钒
富集在灰分中；该过程同时可脱出矿粉中的吸附水、结晶水及其他挥发份组成，为下一步作
业提供性质均一的脱碳物料；然后通过破晶焙烧实现黏土矿物晶体高效破坏，黏土类矿物
中的铝氧八面体和硅氧四面体晶体的高效破坏，使以类质同象形式赋存其中的钒暴露出
来，进而进行氧化反应；最后酸浸时实现矿粉中钒的溶出。

[0026] 本发明采用悬浮焙烧的预处理方式，可有效提高石煤焙烧产品的破晶效果和氧化效果，提高后续钒的酸浸浸出率；用细粒石煤流态化焙烧，相比常规焙烧手段，气固反应效
率高，石煤中细粒浸染矿物破晶与氧化更充分；采用蓄热、脱碳、破晶分步的焙烧方式，脱碳
和破晶氧化过程的有效分离在利用石煤本身热能的同时，提高了破晶氧化过程的效果和稳
定性。本发明工艺流程简单，产品性质均一，设备处理量大，高效节能环保，且易实现大型
化。

附图说明

[0027] 图1为本发明实施例中的含钒石煤脱碳‑破晶焙烧强化酸浸提钒的方法流程示意图；

[0028] 图2为本发明实施例中的蓄热焙烧步骤流程示意图；

[0029] 图3为本发明实施例中的脱碳焙烧步骤流程示意图；

[0030] 图4为本发明实施例中的破晶焙烧步骤流程示意图。

具体实施方式

[0031] 本发明实施例中选用破碎设备为颚式破碎机或圆盘破碎机。

[0032] 本发明实施例中采用的磨细设备为球磨机或高压辊磨机。

[0033] 本发明实施例中的含钒石煤块体的主要物相为石英和钒云母，或石英和伊利石；全部的钒元素中，按质量百分比V(Ⅳ)占6～8％、V(Ⅴ)占2～4％，其余为V(Ⅲ)。

[0034] 本发明实施例中空气通过空气压缩机通入。

[0035] 本发明实施例中每处理50kg石煤矿粉，进行脱碳反应时空气的通入量为3～7m3/3
h，进行破晶焙烧时空气的通入量为5～8m/h。

[0036] 本发明实施例中的破晶焙烧装置外部设置电加热装置。

[0037] 本发明实施例中的燃气选用天然气、煤制气、焦炉煤气或高炉煤气.

[0038] 本发明实施例中酸浸提钒时硫酸溶液的用量以完全浸没破晶焙烧物料为准。

[0039] 本发明实施例中的悬浮焙烧装置(蓄热焙烧装置)、脱碳焙烧装置和破晶焙烧装置的内部均设有布风板，空气和混合气体经过布风板进入悬浮焙烧装置、脱碳焙烧装置和破
晶焙烧装置内部，并通过悬浮焙烧装置、脱碳焙烧装置和破晶焙烧装置顶部的排风口排出；
悬浮焙烧装置、脱碳焙烧装置和破晶焙烧装置的顶部均设有进料口和排风口；悬浮焙烧装
置、脱碳焙烧装置和破晶焙烧装置侧壁设有出料口位于布风板上方。

[0040] 本发明实施例中引风机与悬浮焙烧装置、脱碳焙烧装置及破晶焙烧装置之间设有除尘装置。

[0041] 实施例1

[0042] 流程如图1所示；

[0043] 含钒石煤块体按质量百分比含V2O5 1.21％，C 11.87％，TFe 2.69％，SiO2 58.33％；将粒度10～200mm的含钒石煤块体破碎至2～10mm制成石煤矿颗粒；将石煤矿颗粒
磨细至‑0.074mm的部分的质量含量在60％，制成石煤矿粉；

[0044] 采用下部设有燃烧站，顶部连通引风机的悬浮焙烧装置；在开启引风机的条件下，向燃烧站通入空气和燃气进行燃烧生成热烟气，再进入悬浮焙烧装置内；同时将石煤矿粉
输送到悬浮焙烧装置中，石煤矿粉从悬浮焙烧装置上部的进料口进入；石煤矿粉在负压条
件下受高温气流作用处于悬浮状态，并被加热至700℃进行蓄热焙烧，然后形成蓄热石煤矿
粉从悬浮焙烧装置侧壁的出料口排出；石煤矿粉在悬浮焙烧装置内的停留时间70s(完成悬
浮预热，获得蓄热产品)；流程如图2所示；

[0045] 将蓄热石煤矿粉输送到顶部连通引风机的脱碳焙烧装置中；在开启引风机的条件下，同时向脱碳焙烧装置内通入空气；蓄热石煤矿粉从脱碳焙烧装置的上部进入，空气从脱
碳焙烧装置的底部进入；蓄热石煤矿粉在负压条件下受气流作用处于悬浮状态，并在温度
500℃条件下进行脱碳焙烧，蓄热石煤矿粉中的大部分煤质成分与空气中的氧进行氧化反
应，生成气体被脱除，剩余的以粘土矿物为主要成分的脱碳物料从脱碳焙烧装置侧壁的出
料口排出；蓄热石煤矿粉在脱碳焙烧装置内的停留时间30min(获得脱碳产品)；流程如图3
所示；

[0046] 采用设有电加热装置，顶部连通引风机的破晶焙烧装置；在开启引风机的条件下，向破晶焙烧装置中通入由空气和氮气组成的混合气体，混合气体中空气和氮气的体积比为
3，同时将脱碳物料输送到破晶焙烧装置中；脱碳物料从破晶焙烧装置的上部进入，混合气
体从破晶焙烧装置的底部进入；脱碳物料在负压条件下受气流作用下处于悬浮状态，通过
调节电加热装置以及混合气体的流量，控制脱碳物料的温度在750℃，使脱碳物料中的铝氧
八面体晶体和硅氧四面体晶体被破坏，从而使钒从晶体中暴露出来，并与空气中的氧进行
氧化反应生成钒氧化物，形成的破晶焙烧物料从破晶焙烧装置侧壁的出料口排出；脱碳物
料在破晶焙烧装置内的停留时间为70min(获得焙烧产品)；流程如图4所示；

[0047] 将破晶焙烧物料浸没到硫酸溶液中进行酸浸提钒，硫酸溶液的质量浓度25％，酸浸的温度95℃，时间2h，获得酸浸物料，钒氧化物与硫酸反应生成钒离子；酸浸物料过滤获
得富钒浸出液和浸出渣，钒离子溶于富钒浸出液内(获得富钒贵液)，钒的浸出率82.64％。

[0048] 实施例2

[0049] 方法同实施例1，不同点在于：

[0050] (1)含钒石煤块体按质量百分比含V2O5 0.95％，C 17.17％，TFe 6.51％，SiO2 52.13％；将石煤矿颗粒磨细至‑0.074mm的部分的质量含量在80％；

[0051] (2)石煤矿粉800℃蓄热焙烧；石煤矿粉在悬浮焙烧装置内的停留时间60s；

[0052] (3)蓄热石煤矿粉在温度600℃条件下进行脱碳焙烧，在脱碳焙烧装置内的停留时间26min；

[0053] (4)破晶焙烧装置中通入的混合气体中，空气和氮气的体积比为2.5，控制脱碳物料的温度在800℃，脱碳物料在破晶焙烧装置内的停留时间为50min；

[0054] (5)酸浸时硫酸溶液的质量浓度30％，酸浸的温度90℃，时间3h，钒的浸出率84.45％。

[0055] 实施例3

[0056] 方法同实施例1，不同点在于：

[0057] (1)含钒石煤块体按质量百分比含V2O5 1.1％，C 13.2％，TFe 3.4％，SiO2 54.6％；将石煤矿颗粒磨细至‑0.038mm的部分的质量含量90％，制成石煤矿粉；

[0058] (2)石煤矿粉850℃蓄热焙烧；石煤矿粉在悬浮焙烧装置内的停留时间40s；

[0059] (3)蓄热石煤矿粉在温度850℃条件下进行脱碳焙烧，在脱碳焙烧装置内的停留时间22min；

[0060] (4)破晶焙烧装置中通入的混合气体中，空气和氮气的体积比为2.5，控制脱碳物料的温度在850℃，脱碳物料在破晶焙烧装置内的停留时间为40min；

[0061] (5)酸浸时硫酸溶液的质量浓度30％，酸浸的温度85℃，时间3h，钒的浸出率88.33％。

[0062] 实施例4

[0063] 方法同实施例1，不同点在于：

[0064] (1)含钒石煤块体按质量百分比含V2O5 1.16％，C 15.6％，TFe 5.9％，SiO2 56.8％；将石煤矿颗粒磨细至‑0.038mm的部分的质量含量95％，制成石煤矿粉；

[0065] (2)石煤矿粉900℃蓄热焙烧；石煤矿粉在悬浮焙烧装置内的停留时间20s；

[0066] (3)蓄热石煤矿粉在温度800℃条件下进行脱碳焙烧，在脱碳焙烧装置内的停留时间20min；

[0067] (4)破晶焙烧装置中通入的混合气体中，空气和氮气的体积比为2，控制脱碳物料的温度在900℃，脱碳物料在破晶焙烧装置内的停留时间为30min；

[0068] (5)酸浸时硫酸溶液的质量浓度35％，酸浸的温度80℃，时间4h，钒的浸出率89.36％。