一種含釩石煤堆積炭化制備V2O5的方法技術

本發明專利技術涉及一種含釩石煤堆積炭化制備V2O5釩的方法，其技術方案是：將含釩石煤粉，農作物秸稈粉、濃硫酸及2%(V/V)高氯酸溶液先后進行混合、攪拌，然后將500～1200噸攪拌好的混合物堆積在一個大型池中，密閉放置24～48?h進行自熱炭化反應；將炭化后的渣加水攪拌浸取釩，浸取液調節pH值、用雙氧水氧化低價釩后、按傳統工藝進行樹脂吸附釩、強堿洗脫釩、沉釩焙燒制備出99.5%以上的V2O5。本發明專利技術方法具有環境友好型，無需對含釩石煤進行焙燒、不產生Cl2、HCl和SO2等有害氣體，無污染環境；本發明專利技術還具有投資小、生產成本低、操作簡單等優點,釩的浸出率在88.36～94.32%，可大規模化生產。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術專利涉及濕法提釩技術，尤其是一種含釩石煤堆積炭化制備V2O5釩的方法。
技術介紹
金屬釩是生產合金鋼和超合金的主要元素，同時具有良好的合金性能、抗腐蝕性及催裂化作用等特點，被廣泛應用于鋼鐵、國防、宇航、機械及新能源領域，如制備高強度的釩鋼、合金鋼，航母的甲板材料、化工的催化劑、用于儲能的釩電池等。自從美國“9.11事件”后，金屬釩及其化合物成為本世紀最重要的戰略資源。世界上釩的資源豐富，但無單獨可供開采的富礦，而是以低品位的方式與其它礦物共生。我國是釩資源的大國，釩主要以V(III)和V(IV)的形式賦存于石煤中。石煤是一種含釩碳質頁巖（通常稱為含釩石煤），其中V2O5的含量一般在0.5～1.8%之間，全國含釩石煤總儲量達1.18×108t，約占全國V2O5儲量的87%，因此從石煤中提釩成為我國釩資源開發的一個重要方向。目前國內在傳統鈉化焙燒-水浸提取釩工藝的基礎上，根據不同的含釩石煤的特性以及釩的存在形式，公開了200多項有關石煤提釩的專利，如無添加劑氧化焙燒-酸浸（堿浸）、鈣化焙燒-酸浸（堿浸）、復合添加劑焙燒-水浸（酸浸）、空白焙燒-草酸（檸檬酸）浸取、直接（加壓）酸浸等提釩的方法。這些專利方法避免了傳統鈉化焙燒法在生產過程中產生大量有害氣體Cl2、HCl和SO2，嚴重污染環境的問題。上述專利方法各有千秋，有的在焙燒法中要投入大量資金修建窯爐，存在著生產成本過高、價態轉化率不高、或浸取率低等方面的問題。另外直接（加壓）酸浸法需要特殊的裝置，并且在浸取過程中，浸取液要加熱到90℃以上，存在著能耗過大的問題，因此需要對含釩石煤提釩技術方法進行不斷創新。含釩石煤中一般存在著7～15%的碳，有單質碳和化合物碳，這些碳物質還原性能力很強，會對V(III)→V（IV）→V(V)的氧化過程起抑制作用。另外由于碳質罩蓋在礦物表面，使得低價釩難以在焙燒過程中完全被氧化，也會導致釩的氧化轉價率低的問題。含釩石煤中存在著的碳，影響著含釩石煤火法焙燒法中提釩效果，是不利的因素。但是碳與濃硫酸接觸時，會發生炭化反應釋放出大量的熱，在封閉體系中能保持200～320℃的溫度；在此溫度條件下，強酸容易滲透到礦物晶體內部中，并破壞礦物結構釋放出釩，對于后續工序很容易用水浸取釩。本專利受到大型堆積氰化法浸取礦物中金方法的啟示，提出了如下專利技術技術方案，來實現大規模工業化制備V2O5的方法。
技術實現思路
針對現有技術方法不足，本專利技術專利提供了一種含釩石煤堆積炭化制備V2O5釩的方法，其目的在于提供一種含釩石煤炭化預處理的工藝、然后用水浸取釩的方法，在實際應用中投資少、操作簡單、浸出率高。與傳統鈉化焙燒法相比，不產生Cl2、HCl、SO2等有害廢氣，是一種環境友好型的提釩方法。專利技術原理：本專利技術主要是利用石煤和生物質中的碳與濃硫酸發生炭化反應，堆積時釋放出大量的熱，在相對密閉的體系中，局部溫度最高可達350℃。在此溫度下，硫酸與含釩石煤發生化學反應，礦物晶格結構容易被破壞，促使釩從礦物晶格中脫離出來，用水浸取時釩浸出率高，浸取液可按常規濕法冶金法制備V2O5。另外堆積的體積越大，溫度不易散發、局部保溫性能越好，浸取率越高。為實現上述目的，本專利技術采用的技術方案的具體步驟是：（1）首先將含釩石煤用球磨機粉碎到60～150目，農作物秸稈用秸稈粉碎機加工至150目，分別置于兩個料倉中儲存備用。（2）在大型攪拌機中分別加入含釩石煤粉、農作物秸稈粉進行充分攪拌后，再加入濃硫酸，攪拌30～60min。然后加入體積濃度為2%(V/V)高氯酸溶液作為促進劑，進行攪拌混合后，得濕砂狀混合物，手捏能成團，掉地下為散砂狀。（3）將步驟（2）中所得的濕砂狀混合物通過機械傳輸帶送到大型堆積池中，密閉堆放24～48h，進行炭化，得炭化渣。（4）將步驟（3）所得的炭化渣用鏟車鏟出，倒入攪拌池中，按液固比為1.0～2.0L/Kg加水、攪拌浸取。常溫下按兩段浸取法進行，浸取時間為1～3h。第一段浸出后的礦漿，進行壓濾固液分離后，第一段浸出液直接進入貯液池；一段浸出渣進行二段浸取，第二段浸出液返回作為第一段的浸出液，二段浸取渣送去制磚。（5）將步驟（4）得到的第一段浸出液，采用硫酸亞鐵銨標準滴定法測定，得V2O5含量為9.7～12.6g/L的藍色溶液。用堿性物質將第一段浸出液調節pH1.5～3.0，靜置2～3h后，進行壓濾、收集沉積的硫酸鋁鉀晶體，濾液進入氧化池，加入雙氧水，將低價釩V（III），V(IV)氧化成V(V)價，然后按傳統工藝制備V2O5的方法，進行D201大孔陰離子樹脂吸附、氫氧化鈉強堿洗脫、氯化銨沉釩、500℃焙燒等步驟制備出高純V2O5。優選地，所述步驟（1）中含釩石煤原礦中的V2O5含量大于0.9wt%，SiO2含量大于52wt%，C含量在7～12wt%。優選地，所述步驟（2）農作物秸稈粉為玉米秸稈、高粱秸稈中的一種或2種。優選地，所述步驟（2）含釩石煤與農作物秸稈粉混合時，兩者的質量比例是，含釩石煤粉:秸稈粉的質量比為1:（0.01～0.05）,攪拌30～60min。優選地，所述步驟（2）中濃硫酸加入量，按含釩石煤粉與濃硫酸的質量比為1：（0.2～0.35）進行，從硫酸罐中用計量裝置按量加入，攪拌時間30～60min。優選地，所述步驟（2）中促進劑為高氯酸溶液（體積濃度為2%），溶液添加量按與石煤粉的質量比為1:（0.08～0.15）進行，通過流量計加入，攪拌時間30～45min，得濕砂狀混合物。促進劑有助碳與濃硫酸快速發生炭化反應。優選地，所述步驟（3）中進行炭化反應，是指含釩石煤與濃硫酸、農作物秸稈和促進劑溶液攪拌混合后的濕砂狀混合物，用機械傳輸帶送入大型堆積池中進行密閉炭化。堆積池形狀為一大坑，深入地下6米，長17米，寬4米，體積為408m3，池底建有隔熱層、上面建有鋼構棚。優選地，堆積池背靠斜坡，與斜坡上安裝的機械傳輸帶相連。堆積池前側留有缺口，缺口處用200×200×5000mm方形枕木封堵。堆積池可以根據生產規模修建1～20個，每個堆積池容量以500～1200噸為宜，堆積物容重比為2.5～3.0噸/m3。優選地，所述步驟中濕砂狀混合物在堆積池中炭化24～48h（1～2天）。優選地，所述步驟中堆積池表面蓋上隔熱物保溫，如石棉布或保溫泡沫。優選地，所述步驟（4）中炭化渣用水浸取釩時，水的加入比例按液固比為1.0～2.0L/Kg進行，常溫下按兩段浸取法浸取釩，浸取攪拌時間為1～3h。優選地，所述步驟（5）中調節pH值用的堿性物質，指的是CaCO3，CaO，NaOH，Na2CO3，NaHCO3，氨水，其中的一種或幾種。優選地，所述步驟（5）中雙氧水的加入量為溶液中含釩濃度1.5～2倍。本專利技術專利的有益效果是：(1）本專利技術采用豐富、廉價、易得的農作物秸稈作為輔助炭化物，來提高含釩石煤的快速發熱。由于農作物秸稈粉與濃硫酸混合后發生炭化反應，釋放出大量的熱，能維持局部溫度，經熱電偶檢測最高溫度可達350℃。在炭化過程中，含釩石煤中各種礦物表面包覆的有機物被炭化分解，同時石煤礦物晶格結構被破壞，釋放出釩，有利于溶液浸取釩，從而提高釩的浸取率。經大量工業生產驗證，大型堆積炭化時間在24～48h時，釩的浸取率即可達88.64～94.本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種含釩石煤堆積炭化制備V2O5釩的方法，其特征在于所述方法的具體步驟是：將含釩石煤粉，農作物秸稈粉、濃硫酸及2%(V/V)高氯酸溶液先后進行混合、攪拌，然后將500～1200噸攪拌好的混合物堆積在一個大型池中，密閉放置24～48?h進行自熱炭化反應；將炭化后的渣加水攪拌浸取釩，浸取液調節pH值、用雙氧水氧化低價釩后、按傳統工藝進行樹脂吸附釩、強堿洗脫釩、沉釩焙燒制備出99.5%以上的?V2O5。

【技術特征摘要】
1.一種含釩石煤堆積炭化制備V2O5釩的方法，其特征在于所述方法的具體步驟是：將含釩石煤粉，農作物秸稈粉、濃硫酸及2%(V/V)高氯酸溶液先后進行混合、攪拌，然后將500～1200噸攪拌好的混合物堆積在一個大型池中，密閉放置24～48h進行自熱炭化反應；將炭化后的渣加水攪拌浸取釩，浸取液調節pH值、用雙氧水氧化低價釩后、按傳統工藝進行樹脂吸附釩、強堿洗脫釩、沉釩焙燒制備出99.5%以上的V2O5。2.根據權利要求1所述的一種含釩石煤堆積炭化制備V2O5釩的方法，其特征在于：所述步驟中含釩石煤粉、農作物秸稈粉，兩者混合比例按含釩石煤粉:農作物秸稈粉的質量比為1:（0.01～0.05）進行,攪拌30～60min。3.根據權利要求1所述的一種含釩石煤堆積炭化制備V2O5釩的方法，其特征在于：所述步驟中農作物秸稈粉為玉米秸稈、高粱秸稈中的一種或2種，用秸稈粉碎機加工至150目。4.根據權利要求1所述的一種含釩石煤堆積炭化制備V2O5釩的方法，其特征在于：所述步驟中濃硫酸加入量，按含釩石煤粉與濃硫酸的質量比為1：（0.2～0.35）進行，從硫酸罐中...

【專利技術屬性】
技術研發人員：胡永亮，彭新宇，程先忠，
申請(專利權)人：胡永亮，
類型：發明
國別省市：湖北;42