一種將含釩石煤中的釩進(jìn)行富集及釩富集相調(diào)控的方法
【專利摘要】本發(fā)明具體涉及一種將含釩石煤中的釩進(jìn)行富集并對(duì)釩富集相進(jìn)行調(diào)控的方法。以石煤釩礦為原料，用Fe2O3和碳粉為添加劑；經(jīng)破碎、混合后制成球團(tuán)，焙燒溫度控制在900℃～1100℃，焙燒后在石煤中可獲得組成為Fe、V和O的釩富集相。其特點(diǎn)在于：(1)利用高溫化學(xué)方法可以將釩富集到組成為Fe、V和O的釩富集相中，與常規(guī)物理選礦方法相比，富集效率更高。(2)碳粉的加入量可根據(jù)石煤中的含碳量進(jìn)行調(diào)整，適應(yīng)性好，處理范圍更廣；(3)通過(guò)改變焙燒條件可實(shí)現(xiàn)對(duì)含釩富集相的調(diào)控。本發(fā)明不僅能夠獲得釩含量高、粒度適宜后續(xù)分離的釩富集相，還能夠?qū)︹C富集相進(jìn)行調(diào)控，具有適用范圍廣、富集效率高等優(yōu)點(diǎn)，適于應(yīng)用在含釩石煤中釩預(yù)富集技術(shù)領(lǐng)域。
【專利說(shuō)明】
-種將含飢石煤中的飢進(jìn)行富集及飢富集相調(diào)控的方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于含饑資源中饑的預(yù)富集技術(shù)領(lǐng)域，具體設(shè)及一種將含饑石煤中含量 低、分布散、賦存狀態(tài)復(fù)雜的饑元素進(jìn)行富集，W及對(duì)饑富集相進(jìn)行調(diào)控的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 含饑石煤是我國(guó)的一種重要饑礦資源，現(xiàn)已探明的含饑石煤中的饑占我國(guó)饑總儲(chǔ) 量的87%，故從含饑石煤中提饑是獲取饑資源的重要途徑。然而，含饑石煤中的饑品位低、 分布分散、饑賦存狀態(tài)復(fù)雜，饑含量WV2化計(jì)算僅有1%左右。所W，直接從含饑石煤中浸出 提饑不可避免地存在礦石處理量大、酸堿消耗高、環(huán)境污染大、饑回收率低等問(wèn)題。若對(duì)含 饑石煤中的饑進(jìn)行預(yù)富集分離，獲得品位較高的含饑礦物作為浸出提饑的原料，則上述問(wèn) 題在很大程度可W得到解決。因此，含饑石煤中饑的預(yù)富集分離技術(shù)是其綠色高效利用的 關(guān)鍵。
[0003] 但是，由于含饑石煤中的饑分布分散、饑賦存狀態(tài)復(fù)雜，目前采用的"擦洗-分級(jí)"、 "分級(jí)-浮選"、"重選"或"重-浮聯(lián)合"等物理選礦方法并不能有效地將含饑石煤中的含饑礦 物進(jìn)行富集分離。"高碳石煤中饑的賦存狀態(tài)與優(yōu)先選煤"（吳慧玲，魏巧，樊剛，等.昆明理 工大學(xué)學(xué)報(bào)(理工版），2008,33(6):17-21)的研究結(jié)果表明，常規(guī)的浮現(xiàn)工藝很難實(shí)現(xiàn)碳質(zhì) 與含饑礦物的分離。"一種饑云母礦浮選回收饑的方法"（CN 101985112A)專利技術(shù)采用"分 級(jí)-浮選"的工藝，球磨后的礦漿采用濕法篩分拋掉粗粒級(jí)后，細(xì)粒級(jí)礦物在酸性條件下浮 選。該方法也僅能回收細(xì)粒級(jí)的含饑伊利石部分，對(duì)于粗粒級(jí)的含饑白云母卻不能回收，導(dǎo) 致饑回收率較低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明針對(duì)含饑石煤中的饑難W通過(guò)物理選礦方法進(jìn)行富集的問(wèn)題，提供一種高 溫化學(xué)的方法，W實(shí)現(xiàn)含饑石煤中饑的預(yù)富集，減小饑的分散程度，獲得饑含量高、粒度適 宜后續(xù)分離的饑富集相，并可對(duì)饑富集相進(jìn)行調(diào)控。
[0005] 本發(fā)明提出一種將含饑石煤中的饑進(jìn)行富集、獲得饑富集相的方法，包括W下步 驟：W石煤饑礦為原料，用化2〇3和碳粉為添加劑;上述原料經(jīng)過(guò)破碎、混合后制成球團(tuán)，烘干 后進(jìn)行賠燒，賠燒溫度控制在900°C~llOOr，賠燒后在石煤中可獲得組成為Fe、V和0的饑 富集相。
[0006] 將含饑石煤中的碳作為還原劑，高溫下發(fā)生如下所示的反應(yīng)，從而達(dá)到預(yù)富集饑 的效果;當(dāng)石煤中碳的含量較少時(shí)，則通過(guò)增加碳粉來(lái)達(dá)到富集目的；
[0007] 化2〇3 (S) +C (S) +2V203 (S) = 2FeV2〇4(S) +C0 (g)。
[0008] 所選原料的中的饑含量為0.5%~0.7% ;當(dāng)加入的含饑石煤的質(zhì)量為x(g)時(shí)，加 入的Fe2〇3質(zhì)量為3%x~6%x(g)，加入的碳粉的含量為0.23%x~0.4%x(g)，加入的Fe2〇3 與碳粉的質(zhì)量比為13~15。
[0009] 賠燒溫度控制在900°C~llOCrC范圍內(nèi)，且隨著溫度的升高，F(xiàn)e2V〇4的含量也逐漸 升高，說(shuō)明溫度升高有利于含饑石煤中饑的富集。
[0010] 含饑石煤的主要構(gòu)成物質(zhì)為51〇2、(：、￥2〇3、412〇3，及少量的化的隨旨0。加入。62〇3和 碳粉之后，高溫下可能會(huì)發(fā)生如下所示的反應(yīng)：
[00"]化 2〇3(s)+C(s) = 2FeO(s)+CO(g) (1)
[0012] 化 〇(s)+Si〇2(s)=化 Si〇3(s) (2)
[0013] 化 〇(s)+Al2〇3(s)=化 Al2〇4(s) (3)
[0014] 化 0(S)+V2〇3(S)=化V2〇4(S) (4)
[0015] Fe2〇3(s)+C(s)巧 V203 = 2化 V2〇4(s)+CO(g) (5)
[0016] 通過(guò)查閱相關(guān)的熱力學(xué)數(shù)據(jù)，可計(jì)算出上述各反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)吉布斯自由能變化，結(jié) 果如表1所不。
[0017] 表1反應(yīng)(1)-(5)在不同溫度下的標(biāo)準(zhǔn)吉布斯自由能變化ArG?
[001 引
[0019] 圖1表示的是不同溫度下反應(yīng)(2)-(4)的標(biāo)準(zhǔn)吉布斯自由能變化。從圖中可W看 出，在800~1600K溫度范圍內(nèi)，反應(yīng)(4)的標(biāo)準(zhǔn)吉布斯自由能變化Δ如<0，且Δ如最小。運(yùn) 表明在800~1600K范圍內(nèi)，F(xiàn)eV2化是最容易形成的化合物，其次為化Ah〇4、FeSi〇3。
[0020] 圖2表示的是反應(yīng)(5)的ArG9隨溫度(T)的變化的曲線。由圖2可知，在800~1600K 溫度范圍內(nèi)，A擊9<0。且隨著溫度的升高，反應(yīng)(5)的ArG9不斷減小。運(yùn)表明，在熱力學(xué)上，V 是完全可W富集到饑鐵尖晶石中。
[0021] 上述含饑石煤中預(yù)富集饑的處理工藝中，碳粉的加入量需要根據(jù)石煤饑礦的含碳 量進(jìn)行調(diào)整，對(duì)于不含碳的含饑礦物或者含碳量較少的含饑石煤，可增加碳粉，通過(guò)賠燒從 而達(dá)到預(yù)富集饑的目的。
[0022] 與現(xiàn)有的技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：
[0023] 1.本發(fā)明具有更好的適應(yīng)性，處理范圍更廣。該方法不僅能處理其他提饑工藝中 難W有效處理的高碳含饑石煤礦，而且對(duì)不含碳的含饑礦物或者含碳量較少的含饑石煤也 有明顯的效果。
[0024] 2.與傳統(tǒng)的物理選礦方法相比，本發(fā)明具有更高的富集效率，對(duì)環(huán)境的污染更小， 更符合工業(yè)實(shí)際生產(chǎn)的需要。為高效、低污染、清潔回收饑資源創(chuàng)造了條件，在石煤提饑行 業(yè)具有很好的推廣前景。
[0025] 3.本發(fā)明不僅能夠?qū)囀褐械酿囘M(jìn)行預(yù)富集，還可W通過(guò)改變反應(yīng)條件進(jìn)而 實(shí)現(xiàn)饑富集相的調(diào)控。為后續(xù)工藝中對(duì)饑富集相的分離和提取提供了新的思路和方法。
【附圖說(shuō)明】
[0026] 圖1是反應(yīng)（2)-(4)的ArG9-T關(guān)系圖，說(shuō)明在800~1600K范圍內(nèi)，含饑石煤中 化V2化是最容易形成的化合物，其次為化A12化、FeSi〇3。
[0027] 圖2是反應(yīng)(5)的ArG9-T關(guān)系圖，說(shuō)明在熱力學(xué)上，V是完全可W富集到饑鐵尖晶石 中的。
[0028] 圖3是表示的是對(duì)1373K(ll〇(rC)時(shí)樣品進(jìn)行線掃描的區(qū)域，直線所示的方向?yàn)榫€ 掃描的路徑。
[0029] 圖4是圖3中所示區(qū)域Fe與V元素進(jìn)行線掃描分析的結(jié)果，說(shuō)明樣品中Fe元素和V元 素具有相同的富集行為及趨勢(shì)。
[0030] 圖5是是初始礦樣與137：3即寸樣品的XRD結(jié)果對(duì)比，說(shuō)明賠燒后有新物質(zhì)生成，主要 是反式饑鐵尖晶石(Fe2V〇4)，并含有少量的化Si化。
[0031] 圖6是900°C、1000°C和1100°C時(shí)的XRD結(jié)果的對(duì)比，說(shuō)明隨著溫度的升高，生成物 中反式饑鐵尖晶石(Fe2V〇4)的含量越高。
【具體實(shí)施方式】
[0032] 為了驗(yàn)證本發(fā)明的可行性，下面結(jié)合實(shí)例進(jìn)一步闡述本發(fā)明的內(nèi)容，但本發(fā)明的 內(nèi)容不僅僅局限于下面的實(shí)施例。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)質(zhì)內(nèi)容所做的簡(jiǎn)單修改，均應(yīng)涵蓋在本 發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
[0033] 本實(shí)施例中的原料選擇的是湖北宜昌某地的含饑石煤礦。該礦石中饑的含量約為 0.5%~0.7%，饑主要分布在云母類礦物中，且云母類礦物在礦物中約占20%~30%。礦石 中C的含量為5.75%，其中5.02%?碳酸鹽的形式存在，無(wú)定型碳只占0.73%，并且與礦石 中的石英相緊密共生。由反應(yīng)（5)計(jì)算可知：當(dāng)加入的含饑石煤的質(zhì)量為x(g)時(shí)，加入的 Fe2化質(zhì)量為3%x~6%x(g)，加入的Fe2〇3與碳粉的質(zhì)量比為13~15,即加入的碳粉的含量 為0.23%x~0.4%x(g)。需要注意的是，F(xiàn)e203和碳粉的加入量是根據(jù)含饑石煤中饑的含量 進(jìn)行確定的。
[0034] 原料經(jīng)過(guò)破碎、與Fe2〇3及碳粉混合制成球團(tuán)、烘干后，進(jìn)行賠燒，賠燒溫度分別為 11731((900°(：)、12731((1000°(：)和13731((1100°(：)，般燒時(shí)間為化，由高純氣氣（純度為 99.999%)控制反應(yīng)氣氛。
[0035] 對(duì)1373K(1100°C )溫度下的樣品進(jìn)行SEM-EDS及X畑檢測(cè)，圖3和圖4表示的是背散 射模式下對(duì)樣品中Fe和V含量進(jìn)行線掃描的結(jié)果。由線掃描的結(jié)果可W看出Fe和V的變化趨 勢(shì)幾乎一致，運(yùn)說(shuō)明賠燒過(guò)程中樣品中化元素和V元素具有相同的富集行為及趨勢(shì)，即加入 的化2〇3對(duì)含饑石煤中的饑起到了一定的富集效果。
[0036] 為了鑒定試驗(yàn)后的樣品中是否有饑鐵尖晶石生成，對(duì)實(shí)驗(yàn)后的樣品進(jìn)行了XRD分 析，分析結(jié)果如圖5所示。通過(guò)對(duì)比1173K(90(TC)時(shí)與初始樣品的XRD結(jié)果可W發(fā)現(xiàn):在賠燒 過(guò)程中生成了反式饑鐵尖晶石(Fe2V〇4)及FeSi化，對(duì)照標(biāo)準(zhǔn)卡片對(duì)新生成的物質(zhì)進(jìn)行了標(biāo) 定，發(fā)現(xiàn)新生成的物質(zhì)中主要是反式饑鐵尖晶石(Fe2V〇4)，并含有少量的FeSi化。運(yùn)也表明 加入的化2〇3對(duì)含饑石煤中的饑確實(shí)起到了富集的效果。
[0037] 圖6為不同溫度下的XRD的結(jié)果，通過(guò)對(duì)比可W發(fā)現(xiàn)：隨著溫度的升高，F(xiàn)e2V〇4和 FesSi化的XRD衍射峰強(qiáng)度均有所升高，其中Fe2W)4峰值變高十分明顯，且生成物中仍主要為 Fe2V〇4,并伴有少量Fe2Si〇4。溫度升高有利于化2^)4的生成，即溫度升高有利于含饑石煤中 饑的預(yù)富集。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種將含釩石煤中的釩進(jìn)行富集及對(duì)釩富集相調(diào)控的方法，包括以下步驟：以石煤 釩礦為原料，用Fe2〇3和碳粉為添加劑;上述原料經(jīng)過(guò)破碎、混合后制成球團(tuán)，烘干后進(jìn)行焙 燒，焙燒溫度控制在900°C~1100°C，焙燒后在石煤中可獲得組成為Fe、V和0的釩富集相，即 完成對(duì)含釩石煤中釩的預(yù)富集。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的將含釩石煤中的釩進(jìn)行富集及對(duì)釩富集相調(diào)控的方法，其特 征在于:將含釩石煤中的碳作為還原劑，高溫下發(fā)生如下所示的反應(yīng)，從而達(dá)到預(yù)富集釩的 效果;當(dāng)石煤中碳的含量較少時(shí)，則通過(guò)增加碳粉來(lái)達(dá)到富集目的； Fe2〇3(s)+C(s)+2V2〇3(s) =2FeV2〇4(s)+CO(g)。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的將含釩石煤中的釩進(jìn)行富集及對(duì)釩富集相調(diào)控的方法，其特 征在于:所選原料的中的釩含量為0.5%~0.7%;當(dāng)加入的含釩石煤的質(zhì)量為x(g)時(shí)，加入 的Fe 2〇3質(zhì)量為3%x~6%x(g)，加入的碳粉的含量為0·23%χ~0.4%x(g)，加入的Fe 2〇3與 碳粉的質(zhì)量比為13~15。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的將含釩石煤中的釩進(jìn)行富集及對(duì)釩富集相調(diào)控的方法，其特 征在于:焙燒溫度控制在900°C~1100°C范圍內(nèi)，且隨著溫度的升高，F(xiàn)e 2V〇4的含量也逐漸升 高，說(shuō)明溫度升高有利于含釩石煤中釩的富集。
【文檔編號(hào)】C22B1/02GK106011456SQ201610624463
【公開(kāi)日】2016年10月12日
【申請(qǐng)日】2016年8月2日
【發(fā)明人】閆柏軍, 汪大亞, 吳六順, 王玨, 董元篪
【申請(qǐng)人】北京科技大學(xué)