钒钛磁铁精矿预提钒新工艺研究

发布时间：2020-07-04 22:11

【摘要】：钒钛磁铁矿是一种很重要的含钒资源,世界上已经探明的钒资源储量有98%共生于钒钛磁铁矿中。我国钒钛磁铁矿储量丰富,是主要的提钒原料。钒钛磁铁矿先铁后钒工艺流程作为我国实际生产中唯一被使用到的一种提钒工艺流程,存在着钒总回收率低、污染严重以及资源浪费等弊端。故本论文基于另一种流程-钒钛磁铁矿先提钒工艺流程进行研究。目前已存在、研究较多的钒钛磁铁矿预提钒方法是钠化焙烧-水浸提钒,但由于污染等不足未得到产业化应用。为了满足当前日益严格的环境保护和提高资源有效利用的要求,尽可能做到符合清洁冶金和循环经济的冶金工业发展新模式,本文提出以下两种钒钛磁铁精矿预提钒新工艺:(1)钒钛磁铁精矿无盐焙烧-高温碱浸提钒焙烧时不加任何添加剂,靠空气中的氧气在高温下将低价钒氧化成五价钒的氧化物,浸出过程在反应釜中进行,采用碱性溶液浸出。通过反应吉布斯自由能、体系E-pH图等热力学方面的计算分析,证明了钒钛磁铁精矿无盐焙烧-高温碱浸提钒方法在理论上是可行的。经试验研究表明:钒损失率随焙烧温度的提高呈上升态势;一定焙烧时间内,粉料平铺焙烧后的钒浸出率比球团焙烧后钒浸出率高17%;高压釜浸出率比常压浸出率高约20%;对比分别以100g/L的NaOH、KOH及Na2C03溶液作为浸出介质时的钒浸出率,NaOH更适宜作为浸出剂;钒浸出率随焙烧温度的上升先提高后降低,并在1200℃时达最大值;钒浸出率随焙烧时间的延长先提高后恒定;浸出温度在低于200℃时,钒浸出率变化明显,高于200℃时变化缓慢;钒浸出率随浸出时间的延长先提高后变化缓慢;焙烧料粒度对钒浸出率影响明显,-200目的焙烧料比100-150目焙烧料的钒浸出率高23.5%;浸出液固比对钒浸出率影响不大;钒浸出率随浸出剂浓度的增大先提高后缓慢变化。综合考虑钒的浸出率、试验成本、试验能耗以及试验周期等,得到实验室条件下较适宜的钒钛磁铁精矿无盐焙烧-高温碱浸试验条件:磨至100%-200目的精矿在焙烧温度1200℃、焙烧时间2h、浸出剂为氢氧化钠、焙烧料粒度磨至100%-200目、浸出温度200℃、浸出时间4h、浸出液固比3:1以及浸出剂浓度150g/L的条件下,钒浸出率可达63.6%。(2)钒钛磁铁精矿直接氧压酸浸提钒取消传统的焙烧工序,直接在高压釜中,通过高氧压、高温及酸性浸出介质的浸出条件来实现钒的释放、氧化与浸出。借助热力学计算证明了钒钛磁铁精矿直接氧压酸浸提钒方法是一种切实可行的工艺方法。通过溶液溶氧量的计算发现试验过程所需氧压很高。单因素变量试验表明:氧气压力越大,钒钛磁铁精矿氧化程度越高,钒浸出率越高,氧压增大0.4MPa,钒浸出率提高约10%;浸出温度越高,钒浸出率越高;硫酸浓度越大,钒浸出率越高。与传统提钒工艺相比,本课题提出的钒钛磁铁精矿预提钒新工艺在工艺和节能环保方面更具优点,符合清洁冶金和循环经济的冶金工业发展新模式。
【学位授予单位】：东北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TF841.3
【图文】：

分析图,钒钛磁铁精矿,分析图

物相分析是利用物理化学相分析方法，对物质中各组成成分的存在的状态和价态进逡逑行确定。本试验首先结合Ｘ－射线衍射（ＸＲＤ）分析来研究试验用钒钛磁铁矿中主要的逡逑矿物组成，ＸＲＤ分析结果见图２．１。逡逑７０００邋Ｉ逦逡逑Ａ逦★－邋Ｆｅ３0４逡逑６０００邋＂逦★逦？－邋ＦｅＴｉ0３逡逑５０００邋－逡逑＾邋４０００邋－逡逑ｔ邋３000－逡逑Ｉ逦★逡逑＝２０００邋－逦★逦★火逡逑１０００邋－逦N逦？N丨逦？丨逡逑－１０００邋＊逦■邋１逦■邋１逦■邋１逦＇邋１逦＇邋１逦■邋１逦１邋１逦■逡逑１０逦２０逦３０逦４０逦５０逦６０逦７０逦８０逦９０逡逑２邋９邋（ｄｅｇｒｅｅ）逡逑图２．１钒钛磁铁精矿ＸＲＤ分析图谱逡逑Ｆｉｇ．邋２．１邋Ｘ－ｒａｙ邋ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ邋（ＸＲＤ）邋ｐａｔｔｅｒｎ邋ｏｆ邋ｖａｎａｄｉｕｍ邋ｔｉｔａｎｏｍａｇｎｅｔｉｔｅ邋ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｅ逡逑结合图２．１和化学分析结果，可得出钒钛磁铁精矿中主要存在磁铁矿相、钛铁矿相逡逑以及少量镁铝尖晶石相、硅酸盐相。由于精矿中钒含量很低，单从ＸＲＤ分析图谱中无逡逑法准确得知钒的价态与赋存物相。逡逑图２．２为钒钛磁铁精矿的ＳＥＭ及能谱分析图。从图中可看出，在选定的视野区域逡逑内存在三种不同色相的颗粒。经１、２点能谱分析显示Ｖ主要伴生于Ｆｅ、Ｔｉ氧化物中，逡逑而较黑颗粒３点处能谱分析显示主要为含镁铝硅的复合物，可能为镁铝尖晶石相［４４］。通逡逑过查阅相关文献？９－＃％，自然界中的钒以三价状态稳定固溶于铁氧化物和钛铁矿中，逡逑由于三价钒的离子半径与三价铁的离子半径很接近（Ｒｖ：ｕ邋＝０．６５Ａ逦＝０．６７邋Ａ邋）

曲线,钒钛磁铁精矿

化来确定其可能发生的物理和化学变化，为试验方案的制定以及试验结果的分析起到指逡逑导性作用。逡逑在空气气氛条件下，对钒钛磁铁精矿进行ＴＧ－ＤＳＣ分析，结果如图２．３所示。逡逑ＴＧ邋／％逦ＤＳＣ邋／（ｍＷ／ｍｇ）逡逑１０８＇逦样品重量：１１．３６０ｍｇ逦ｊ放执逡逑ｉｎＲ：逦升温速率：３０Ｋ／ｍｉｎ逦［Ｕ逡逑］逦气氛：空气，５０ｍＬ／ｍｉｎ逡逑１０４邋！逦／逦：逡逑峰值：１１７．８°Ｃ逦Ｊ逡逑１０２；逦／逦质量变化：三逡逑１０ＣＴ逦质量变化：，１．１逦一￣７—°＇５逡逑％丨“逦质量变化：－１．８％逡逑９８邋／逦／逡逑＼逦’逦ｎ邋ｎ逡逑９６］逦＼逦／逦0－°逡逑９”邋起始点：１０３．２°Ｃ逦！逡逑９２邋ｊ逦＼、，逦－０．５逡逑Ｉ逦？逡逑２００逦４００逦６００逦８００逦１０００逦１２００逡逑温度厂Ｃ逡逑图２．３钒钛磁铁精矿的ＴＧ－ＤＳＣ分析逡逑Ｆｉｇ．邋２．３邋ＴＧ－ＤＳＣ邋ａｎａｌｙｓｉｓ邋ｏｆ邋ｖａｎａｄｉｕｍ邋ｔｉｔａｎｏｍａｇｎｅｔｉｔｅ邋ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｅ逡逑从图２．３看出，ＴＧ曲线由两个明显的失重台阶和一个增重台阶。第一个台阶失重逡逑１．１％，其温度范围为室温到２５０°Ｃ，与之对应的ＤＳＣ曲线出现明显的吸热峰，故失重逡逑主要是由于矿物中吸附水的脱出引起的；第二个台阶增重２．２％，其温度范围为２５０？１０００逡逑°Ｃ，与之对应的ＤＳＣ曲线在２５０？６６０°Ｃ区间出现微弱吸热峰，说明这个阶段有两种情逡逑况相互作用

【参考文献】