CN105039746A

CN105039746A - 一种从石煤钒矿中直接提取高纯五氧化二钒的方法

Info

Publication number: CN105039746A
Application number: CN201510538502.4A
Authority: CN
Inventors: 邢学永; 宁顺明; 佘宗华; 万洪强; 刘建忠; 陈文勇; 李肇佳; 王文娟
Original assignee: Changsha Research Institute of Mining and Metallurgy Co Ltd
Current assignee: Changsha Research Institute of Mining and Metallurgy Co Ltd
Priority date: 2015-08-28
Filing date: 2015-08-28
Publication date: 2015-11-11

Abstract

本发明公开了一种从石煤钒矿中直接提取高纯五氧化二钒的方法，包括以下步骤：1）将石煤钒矿石破碎后进行选矿处理，得到钒精矿；2）将钒精矿在低温低酸条件下进行浓酸熟化处理、水浸，得到钒浸出液；3）将钒浸出液经氧化中和处理后用弱碱性阴离子交换树脂进行吸附，然后用烧碱溶液进行解吸，得到钒解吸液；4）将钒解吸液陈化，得到陈化液；5）用可溶性钙盐或/和镁盐对陈化液进行净化，得到净化液；6）在净化液中加入铵盐进行沉钒，得到的沉淀经洗涤、干燥、煅烧得到五氧化二钒产品。本发明的工艺是一个有机的整体，每一步都去除一部分杂质，保证了最终产品五氧化二钒的纯度，使直接从钒矿石中提取高纯五氧化二钒成为可能。

Description

一种从石煤钒矿中直接提取高纯五氧化二钒的方法

技术领域

本发明属于化工冶金技术领域，尤其涉及一种从石煤钒矿中直接提取高纯五氧化二钒的方法。

背景技术

钒是一种高熔点、难熔稀有金属，具有优异的物理性能和化学性能，用途十分广泛，有“工业维生素”之称，五氧化二钒是钒实际生产中最主要的产品形式。钒最初大多应用于钢铁工业，后来由于在钛合金中的优异改良作用，逐渐应用到航空航天领域，近年来，随着科学技术水平的飞跃发展，人类对新材料的要求日益提高，钒在非钢铁领域的应用越来越广泛，其范围涵盖了航空航天、化学、电池、颜料、玻璃、光学、医药等众多领域。在这些领域中使用的五氧化二钒要求杂质含量极低，甚至超过国家优级纯的标准，而我国现有的工业级五氧化二钒和试剂级五氧化二钒都因某些杂质含量偏高或质量指标项目不全不能满足这些领域应用的要求。

传统的高纯五氧化二钒生产方法一般为两步法，即先从含钒资源中将钒转入到溶液沉淀偏钒酸铵，而后再用碱将偏钒酸铵溶解后，使大部分杂质离子水解沉淀，或者加入相应的除杂剂，将杂质进行去除，得到的纯净的钒浓缩液，然后调整pH值，加入铵盐使偏钒酸铵重新沉淀，再将偏钒酸铵煅烧得到高纯五氧化二钒，该方法的缺点是工艺流程长，中间步骤多、原材料单耗增加，生产成本高，即便经过两次沉淀，五氧化二钒纯度都达不到一些高端产品的要求。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种工艺流程短、生产成本低的从石煤钒矿中直接提取高纯五氧化二钒的方法，该方法制备的五氧化二钒产品纯度不低于99.5%，具有很好的产品附加值和企业经济效益。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种从石煤钒矿中直接提取高纯五氧化二钒的方法，包括以下步骤：

1）将石煤钒矿石破碎到所需粒度后进行选矿处理，去掉一部分脉石杂质成分，得到钒精矿；

2）将所述钒精矿在低温低酸条件下进行浓酸熟化处理、水浸，得到钒浸出液；

3）将所述钒浸出液经氧化中和处理后用弱碱性阴离子交换树脂进行吸附，去掉溶液中的绝大部分阳离子杂质和部分阴离子杂质成分，然后用烧碱溶液对吸附后的弱碱性阴离子交换树脂进行解吸，得到钒解吸液；

4）将所述钒解吸液进行陈化，使部分胶体和微量金属杂质充分沉淀，得到陈化液；

5）用可溶性钙盐或/和镁盐对所述陈化液进行深度净化，进一步除去硅、磷、砷等非金属杂质，得到净化液；

6）在所述净化液中加入铵盐进行弱碱性沉钒，将钒与净化液中的微量杂质成分进一步分离，得到的沉淀经洗涤、干燥、煅烧得到五氧化二钒产品。

上述的从石煤钒矿中直接提取高纯五氧化二钒的方法，优选的，所述步骤2）中，钒精矿经低温低酸条件下浓酸熟化处理时，加入浓硫酸的质量占钒精矿质量的8%～16%，熟化过程的温度为室温～100℃，熟化时间为24～72h。

上述的从石煤钒矿中直接提取高纯五氧化二钒的方法，优选的，所述步骤3）中，阴离子交换树脂为D301树脂或D314树脂。

上述的从石煤钒矿中直接提取高纯五氧化二钒的方法，优选的，所述步骤3）中，钒解吸液的pH值为9.0～10.5。

上述的从石煤钒矿中直接提取高纯五氧化二钒的方法，优选的，所述步骤4）中，钒解吸液陈化时间为24～72h。

上述的从石煤钒矿中直接提取高纯五氧化二钒的方法，优选的，所述步骤5）中，可溶性钙盐为氯化钙；可溶性镁盐为氯化镁、硫酸镁中的一种或两种。

上述的从石煤钒矿中直接提取高纯五氧化二钒的方法，优选的，所述步骤6）中，铵盐为氯化铵、硫酸铵、碳酸铵、碳酸氢铵中的一种或多种。

上述的从石煤钒矿中直接提取高纯五氧化二钒的方法，优选的，所述步骤1）中，石煤矿破碎到选矿所需的粒度后，有助于后续的选矿操作，选矿处理为筛分、重选、湿式擦洗筛选中的一种或两种方法处理，抛除部分硬度或粒级较大的脉石杂质成分。

上述的从石煤钒矿中直接提取高纯五氧化二钒的方法，优选的，所述石煤钒矿是指矿石中含钒矿物与非含钒矿物硬度差别较大、或含钒矿物与其它低含量含钒矿物硬度差别较大、或钒在不同粒级矿物间分布差异较大的石煤矿。

上述的从石煤钒矿中直接提取高纯五氧化二钒的方法，优选的，获得的五氧化二钒产品纯度不低于99.5%。

上述的从石煤钒矿中直接提取高纯五氧化二钒的方法中，陈化液不需要进行过滤即可直接进行深度净化，减少了操作程序。

本发明的技术方案中：从生产原料开始，每一个制备工序都十分注重杂质成分的引入与去除，首先通过选矿方法对原矿石进行处理，去掉一部分脉石杂质成分，然后对选矿后的钒精矿采用低温低酸抑杂浸出技术进行处理，尽量控制矿石中杂质成分留在渣中，而不是进入到浸出液中，随后选用具有高效分离性能的弱碱性阴离子交换树脂对浸出液中的钒进行吸附，去除绝大部分阳离子杂质成分和部分阴离子杂质成分，紧接着采用氢氧化钠溶液对负载树脂进行解吸，得到的碱性含钒浓缩液陈化一段时间后，溶液中的胶体杂质和绝大部分金属杂质成分会沉淀析出，陈化液再采用可溶性钙盐或可溶性镁盐进行深度净化，除去硅、磷、砷等非金属杂质成分，净化液直接加入铵盐进行弱碱性沉钒，将钒与净化液中的微量杂质成分进一步分离，沉钒后的滤饼经洗涤、干燥、煅烧得到高纯五氧化二钒产品。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

（1）本发明首先将钒矿石进行选矿处理，得到钒精矿，不仅可以减少冶炼时矿石处理量，节省冶炼成本，更重要的是选矿处理可以去除一部分杂质成分，使钒得到富集。

（2）浸出阶段是杂质元素和主体金属大量溶出的阶段，本发明在浸出阶段采用低温低酸浓酸熟化的方法的对钒精矿进行处理，通过控制熟化温度和熟化酸用量，抑制杂质元素的活化程度，可有效减少矿石中的杂质成分进入到浸出液中。

（3）本发明利用陈化将一部分不稳定的杂质进行沉淀，是一种有效净化除杂技术手段。本发明工艺中将钒解吸液进行陈化，可以去除部分胶体和重金属杂质成分，从而得到高纯五氧化钒产品，同时也为后续深度净化工艺提供方便。

（4）本发明的工艺包括用选矿方法得到钒精矿、低温低酸条件下浓酸熟化法预处理钒矿石得到钒浸出液、弱碱性阴离子交换树脂吸附钒、烧碱溶液解吸钒、钒解吸液陈化、陈化液深度净化、弱碱性铵盐沉钒等，是一个有机的整体，每一步都去除一部分杂质，保证了最终产品五氧化二钒的纯度。

（5）本发明采用一步法生产工艺直接从石煤钒矿提取高纯五氧化二钒产品，相对于传统的石煤提钒工艺和高纯五氧化二钒生产工艺，不仅省略了偏钒酸铵溶解和再沉淀步骤，大大简化了生产流程，减小生产成本。

（6）本发明制备的五氧化二钒产品纯度不低于99.5%，大大提高产品附加值和企业经济效益。

附图说明

图1为本发明的从石煤钒矿中直接提取高纯五氧化二钒的工艺流程图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下文将结合说明书附图和较佳的实施例对本发明作更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体的实施例。

除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本发明的保护范围。

除有特别说明，本发明中用到的各种试剂、原料均为可以从市场上购买的商品或者可以通过公知的方法制得的产品。

实施例1：

一种本发明的从石煤钒矿（本实施例的石煤钒矿为河南某地的石煤型钒矿，V₂O₅含量为1.07%，矿石中主要矿物成分为石英，含量为86.0%，钒主要分布在钒云母中及伊利石中，少量分布在褐铁矿中，含钒矿物与非含钒矿物硬度差别较大）中直接提取高纯五氧化二钒的方法，其工艺流程如图1所示，包括以下步骤：

（1）用反击式破碎机将石煤钒矿石破碎到-50mm后用孔径为20mm的多孔筛进行筛分，对筛分后的样品进行分析，+20mm筛上物占矿物质量的15%，V₂O₅含量为0.4%，筛下物即钒精矿，占矿物质量的85%，V₂O₅含量为1.19%，V₂O₅回收率为94.4%。

（2）将步骤（1）中得到的钒精矿（筛下物）加入占钒精矿质量10%的水混合均匀，再加入占钒精矿质量12%的浓硫酸（浓度为98%）进行充分混合，然后置于60℃下预处理60h，得到熟化料。将熟化料在常温下按液固比为2:1加入水，洗浸2.0h，固液分离后可得到V₂O₅浓度为4.76g/L的钒浸出液。

（3）将钒浸出液经氧化中和处理后用D301树脂进行吸附，去掉溶液中的绝大部分阳离子杂质和部分阴离子杂质成分，然后用120g/L的NaOH溶液进行解吸，解吸时间为90min，可得到V₂O₅浓度为80g/L、pH为9.5的钒解吸液。

（4）将钒解吸液陈化48h，可见到解吸液底部附着一层细小的片状沉淀，得到陈化液。

（5）陈化液不经过滤，直接加入1.2倍理论用量的MgCl₂·6H₂O（理论用量为理论上沉淀磷、硅、砷等杂质的所需量）进行深度净化，净化完成后进行固液分离，得到的净化液pH值约为9.0。

（6）在净化液中按80g/L的量加入氯化铵进行弱碱性沉钒，将钒与净化液中的微量杂质成分进一步分离，沉钒完成后，溶液的pH约为7.5，过滤后，湿滤饼经洗涤、干燥、煅烧可得到V₂O₅含量为99.72%的高纯五氧化二钒产品。

实施例2：

一种本发明的从石煤钒矿（本实施例的石煤钒矿为湖南某地石煤型钒矿，V₂O₅含量为0.80%，该石煤矿属单一的砂页岩，含钒矿物主要为细粒级的伊利云母和部分褐铁矿，结晶较差，二者中钒含量占矿石中钒含量的90%以上，矿石中主要矿物成分如石英、重晶石、方解石等结晶较好，粒度较粗，且钒含量甚微，钒在细粒级和粗粒级载体矿物间含量分布差异明显）中直接提取高纯五氧化二钒的方法，其工艺流程如图1所示，包括以下步骤：

（1）将石煤钒矿石破碎到-2mm后，分别用孔径为1.0mm和0.037mm的多孔筛进行筛分。筛分后+1.0mm粒级产率为28.63%，V₂O₅含量为0.28%，作为一部分尾矿进行抛除；-0.037mm粒级产率为18.25%，V₂O₅含量为2.32%，可得到一次钒精矿；0.037～1.0mm粒级产率为53.12%，V₂O₅含量为0.56%，继续细磨至-0.037mm占60%后，按矿浆浓度60%，擦洗时间15min，搅拌转速450r/min的条件进行擦洗选矿，完成后可得产率为29.05%（按原矿量计）、V₂O₅含量为0.86%的二次钒精矿，以及V₂O₅含量为0.19%、产率为24.07%（按原矿量计）的二次尾矿；将一次钒精矿和二次钒精矿合并，总共可得V₂O₅含量为1.42%，V₂O₅回收率为84.15%，精矿产率为47.3%的钒精矿。

（2）将上述得到的钒精矿加入占钒精矿质量12%的水混合均匀，再加入钒精矿质量15%的浓硫酸（浓度为98%）进行充分混合，然后置于80℃下预处理48h，得到熟化料。将熟化料在常温下按液固比为2:1加入水，洗浸2.0h，固液分离后可得到V₂O₅浓度为6.04g/L的钒浸出液。

（3）将钒浸出液经氧化中和处理后用D314树脂进行吸附，去掉溶液中的绝大部分阳离子杂质和部分阴离子杂质成分，然后用150g/L的NaOH溶液进行解吸，解吸时间为90min，可得到V₂O₅浓度为90g/L、pH为9.8的钒解吸液。

（4）将钒解吸液陈化36h，可见到解吸液底部附着一层细小的片状沉淀，得到陈化液。

（5）陈化液不经过滤，直接加入1.2倍于理论用量的MgCl₂·7H₂O进行深度净化（理论用量为理论上沉淀磷、硅、砷等杂质的所需量），净化完成后进行固液分离，得到的净化液pH值约为9.2。

（6）在净化液中按80g/L的量加入硫酸铵进行弱碱性沉钒，将钒与净化液中的微量杂质成分进一步分离，沉钒完成后，溶液的pH约为7.5，过滤后，湿滤饼经洗涤、干燥、煅烧可得到V₂O₅含量为99.61%的高纯五氧化二钒产品。

Claims

1.一种从石煤钒矿中直接提取高纯五氧化二钒的方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）将石煤钒矿石破碎后进行选矿处理，得到钒精矿；

3）将所述钒浸出液经氧化中和处理后用弱碱性阴离子交换树脂进行吸附，然后用烧碱溶液对吸附后的弱碱性阴离子交换树脂进行解吸，得到钒解吸液；

4）将所述钒解吸液陈化，得到陈化液；

5）用可溶性钙盐或/和镁盐对所述陈化液进行净化，得到净化液；

6）在所述净化液中加入铵盐进行沉钒，得到的沉淀经洗涤、干燥、煅烧得到五氧化二钒产品。

2.如权利要求1所述的从石煤钒矿中直接提取高纯五氧化二钒的方法，其特征在于，所述步骤2）中，钒精矿在低温条件下进行浓酸熟化处理时，加入浓硫酸的质量占钒精矿质量的8%～16%，熟化过程的温度为室温～100℃，熟化时间为24～72h。

3.如权利要求1所述的从石煤钒矿中直接提取高纯五氧化二钒的方法，其特征在于，所述步骤3）中，阴离子交换树脂为D301树脂或D314树脂。

4.如权利要求1所述的从石煤钒矿中直接提取高纯五氧化二钒的方法，其特征在于，所述步骤3）中，钒解吸液的pH值为9.0～10.5。

5.如权利要求1所述的从石煤钒矿中直接提取高纯五氧化二钒的方法，其特征在于，所述步骤4）中，陈化时间为24～72h。

6.如权利要求1所述的从石煤钒矿中直接提取高纯五氧化二钒的方法，其特征在于，所述步骤5）中，可溶性钙盐为氯化钙；可溶性镁盐为氯化镁、硫酸镁中的一种或两种。

7.如权利要求1所述的从石煤钒矿中直接提取高纯五氧化二钒的方法，其特征在于，所述步骤6）中，铵盐为氯化铵、硫酸铵、碳酸铵、碳酸氢铵中的一种或多种。

8.如权利要求1～7任一项所述的从石煤钒矿中直接提取高纯五氧化二钒的方法，其特征在于，所述步骤1）中，选矿处理为筛分、重选、湿式擦洗筛选中的一种或两种方法处理。

9.如权利要求1～7任一项所述的从石煤钒矿中直接提取高纯五氧化二钒的方法，其特征在于，所述石煤钒矿是指矿石中含钒矿物与非含钒矿物硬度差别较大、或含钒矿物与其它低含量含钒矿物硬度差别较大、或钒在不同粒级矿物间分布差异较大的石煤矿。

10.如权利要求1～7任一项所述的从石煤钒矿中直接提取高纯五氧化二钒的方法，其特征在于，获得的五氧化二钒产品纯度不低于99.5%。