一種礦漿電解法從含釩石煤礦中提釩的工藝的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種礦漿電解法從含釩石煤礦中提釩的工藝，屬于釩的濕法冶煉【技術(shù)領(lǐng)域】。本發(fā)明在電解槽內(nèi)，以堿性含釩石煤礦漿為原料，按摩爾比Cl-：V3+＝＝2-3:1，將水溶性氯鹽加入礦漿中，攪拌、在通入含氧氣體的條件下進行電解；電解時，控制槽電壓為4.5-6V，電流密度為10-40A/dm2。通氣電解時，陽極區(qū)產(chǎn)生的氯氣作為浸出釩的氧化劑，陰極區(qū)不斷通入空氣，空氣中的氧氣在陰極區(qū)發(fā)生反應(yīng)生成OH-離子，為釩的浸出提供堿性環(huán)境。同時，可以避免陰極區(qū)發(fā)生析氫反應(yīng)，和陽極區(qū)產(chǎn)生的氯氣發(fā)生爆炸。本發(fā)明釩的浸出率≥90％，電解電流效率≥95％。本發(fā)明具有流程短，效率高、成本低、資源利用率高、環(huán)保、安全等優(yōu)勢，便于產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。
【專利說明】一種礦漿電解法從含釩石煤礦中提釩的工藝
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種礦漿電解法從含釩石煤礦中提釩的工藝，屬于釩的濕法冶煉【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]釩，銀白色金屬，在元素周期表中屬VB族，原子序數(shù)23，原子量50.94，體心立方晶體，常見化合價為+5、+4、+3、+2。釩的熔點很高，常與鈮、鉭、鎢、鑰并稱為難熔金屬。有延展性，質(zhì)堅硬，無磁性。具有耐鹽酸和硫酸的本領(lǐng)，并且在抗氣-鹽-水腐蝕的性能要比大多數(shù)不銹鋼好。于空氣中不被氧化，可溶于氫氟酸、硝酸和王水。
[0003]釩在自然界分布很廣，但分布相當(dāng)分散，無單獨開采的富礦，主要與各種金屬礦、碳質(zhì)礦、磷礦等共生，其中有磁鐵礦、釩鉛礦、釩云母、粘土釩礦等。在開采或加工這些礦石時，釩作為共產(chǎn)品或副產(chǎn)品予以回收。我國生產(chǎn)釩的原料主要是石煤和釩鈦磁鐵礦在冶煉過程中副產(chǎn)的釩渣。
[0004]我國從釩礦資源中提釩主要采用鈉化焙燒-水浸-酸沉釩的工藝流程，V2O5總的回收率低，產(chǎn)業(yè)化程度不高，且焙燒過程中產(chǎn)生大量的氯氣、氯化氫等有害氣體，嚴(yán)重污染環(huán)境。對此，我國積極研發(fā)新的提釩工藝。
[0005]在環(huán)境保護和資源的綜合利用方面，濕法冶金比火法冶金更具有優(yōu)越性，主要是濕法冶金所需能量低，對環(huán)境污染小，特別是針對分離提取復(fù)雜多金屬礦方面，有著廣泛的應(yīng)用前景。傳統(tǒng)的濕法冶金提釩的工藝主要有酸法和堿法直接浸出工藝，但是這兩個工藝浸出提釩工藝藥劑消耗大，成本比較高，且釩的浸出率比較低。尤其是堿法直接浸時，必須要用到價格昂貴的氧化劑，如次氯酸鹽等，由于在這一過程中次氯酸鹽屬于消耗品，導(dǎo)致該工藝的生成成本極高， 從而不利于產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。
[0006]礦漿電解是將礦石浸出和電解沉積結(jié)合在一個裝置中進行，具有流程短，能耗低，金屬分離好，環(huán)境友好等優(yōu)點，所以優(yōu)越性很明顯。目前，礦漿電解法在金、銀、鉛鋅礦方面都取得了重大的突破，但是還沒有應(yīng)用于含釩石煤礦的例子。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種流程短，效率高、成本低、資源利用率高、環(huán)保、安全的從含釩石煤礦中提釩的工藝。
[0008]本發(fā)明一種礦漿電解法從含釩石煤礦中提釩的工藝，在電解槽內(nèi)，以堿性含釩石煤礦漿為原料，按摩爾比Cr:V = 2-3:1，優(yōu)選為2.5-2.8:1，將水溶性氯鹽加入礦漿中，攪拌、在通入含氧氣體的條件下進行電解；電解時控制槽電壓為4.5-6V,優(yōu)選為4.6-5.5V,進一步優(yōu)選為4.8-5.3V，電流密度為10-40A/dm2優(yōu)選為12_30A/dm2進一步優(yōu)選為15-25A/dm2。
[0009]本發(fā)明一種礦漿電解法從含釩石煤礦中提釩的工藝，以細(xì)度為-0.074mm的顆粒占原礦總質(zhì)量的70-80%的含釩石煤礦為原料，按液固質(zhì)量比為3-5:1，將含釩石煤礦加入到水中，得到混合液，然后往混合液中加入分散劑、氫氧化鈉或氫氧化鉀、攪拌均勻，得到所述堿性含釩石煤礦漿；所述分散劑按每升混合液加入3-4mg的比例加入；所述堿性含釩石煤礦衆(zhòng)的pH值為8.5-11.5。所述分散劑選自水玻璃、氟娃酸鈉、六偏磷酸鈉中的一種。攪拌并輔以分散劑水玻璃的作用，使石煤礦顆粒保持懸浮狀態(tài)。
[0010]本發(fā)明一種礦漿電解法從含釩石煤礦中提釩的工藝，所述堿性含釩石煤礦漿的pH值優(yōu)選為9.2-11，進一步優(yōu)選為9.5-10.5。
[0011]本發(fā)明一種礦漿電解法從含釩石煤礦中提釩的工藝，所述含釩石煤礦中，釩的質(zhì)量百分含量大于等于0.5% ;優(yōu)選為0.5% -1.2%。
[0012]本發(fā)明一種礦漿電解法從含釩石煤礦中提釩的工藝，所述水溶性氯鹽選自NaCl、KCl、NH4Cl中的至少一種。優(yōu)選為NaCl。
[0013]本發(fā)明一種礦漿電解法從含釩石煤礦中提釩的工藝，電解所用的陽極為惰性電極。優(yōu)選為石墨電極或鉬電極。考慮到生產(chǎn)成本，進一步將陽極優(yōu)選為石墨電極。
[0014]本發(fā)明一種礦漿電解法從含釩石煤礦中提釩的工藝，電解所用陰極的材質(zhì)無嚴(yán)格要求，優(yōu)選為石墨電極。
[0015]本發(fā)明一種礦漿電解法從含釩石煤礦中提釩的工藝，往陰極區(qū)通入含氧氣體；所述含氧氣體中，氧的體積百分含量為20-30% ;優(yōu)選為空氣。
[0016]本發(fā)明一種礦漿電解法從含釩石煤礦中提釩的工藝，為確保陰極不會產(chǎn)生氫氣發(fā)生爆炸，通入的含氧氣體需過量；以含氧量為21%的空氣為例，每噸含釩石煤礦每小時需通入大于等于200L空氣，優(yōu)選 為200-300L/t。
[0017]本發(fā)明一種礦漿電解法從含釩石煤礦中提釩的工藝電解時，控制礦漿的溫度為60-80°C，優(yōu)選為 65-70°C。
[0018]本發(fā)明一種礦漿電解法從含釩石煤礦中提釩的工藝，按每噸含釩石煤礦電解5-8小時的比例，控制電解時間。
[0019]原理和優(yōu)勢
[0020]本發(fā)明在礦漿中加入水溶性氯鹽，在電解條件下氯離子還原成氯氣，但由于礦漿為堿性體系，使得生成的氯氣會水解成次氯酸鹽，這樣就源源不斷的為從礦漿中浸出釩提供了強氧化環(huán)境，使得石煤釩礦中的釩從低價態(tài)(+3)被氧化為高價態(tài)(+5)。由于高價態(tài)的釩具有較高的溶解度，在堿性環(huán)境下容易以VO3-的形式浸出到溶液中，從而實現(xiàn)釩的浸出。
[0021]在無氧體系下，電解的電極反應(yīng)如下:
[0022]陽極:2C1~2e — Cl2
[0023]陰極:2H20+2e— Η2+20
[0024]而在有氧體系下，由于02/02_離子對的還原電位要低于Η+/Η2，因此，在陰極將優(yōu)先發(fā)生氧氣被還原的反應(yīng)，其反應(yīng)變?yōu)?
[0025]陰極:l/202+H20+2e— 20F
[0026]可以看出，通過通入空氣，有效地避免了在陰極產(chǎn)生氫氣的可能性，這既保證了安全生產(chǎn)，避免了爆炸的產(chǎn)生，又為保持礦漿的堿性環(huán)境提供了氫氧根。
[0027]總之首次將礦漿電解的技術(shù)應(yīng)用在含釩石煤礦中釩的浸出，本發(fā)明在礦漿中加入水溶性氯鹽并在電解時通入空氣，通過各條件參數(shù)的協(xié)同作用，使得含釩石煤礦電解得到vo3_變得高效可行，通過巧妙的設(shè)計，使得整個反應(yīng)除了要通入空氣和施加電壓外，無需補入任何氧化劑以及其他助劑，整個反應(yīng)處于一種自給自足的循環(huán)狀態(tài)，這為連續(xù)化大規(guī)模生產(chǎn)提供了有效的保證。同時浸出V03_所用氧化劑為氯化鈉電解產(chǎn)生，與傳統(tǒng)的氧化劑次氯酸鈉相比，氯化鈉價格低廉，這進一步節(jié)省了浸出所用藥劑成本。本發(fā)明與現(xiàn)有的堿法浸出提V03_技術(shù)相比，流程簡單，可以通過礦漿電電解技術(shù)浸出V03_，其釩浸出率>90%，其電解電流效率> 95%，可有效綜合回收含釩石煤礦中的釩，提高釩資源利用率。并且反應(yīng)溫度低，反應(yīng)速度快，能耗低，環(huán)保、鑰的浸出率高，在技術(shù)方面有明顯的優(yōu)勢。
【具體實施方式】
[0028]實施例1:
[0029]以I噸含V2O5的品位為0.75%，SiO2品位為88.33%的高硅石煤礦為原料；
[0030]將原料磨細(xì)至細(xì)度為-0.074mm的顆粒占原礦總質(zhì)量的75%后，按液固質(zhì)量比為3:1，將含釩石煤礦加入到水中，得到混合液，然后往混合液中加入水玻璃(分散劑)、氫氧化鈉，得到PH值為9.2的堿性含釩石煤礦漿； 所述水玻璃按每升混合液加入3-4mg的比例加入；
[0031]按摩爾比Cl—:V3+= 2:1往堿性含釩石煤礦漿加入氯化鈉，然后往陰極區(qū)通入空氣進行電解，為確保陰極不會產(chǎn)生氫氣發(fā)生爆炸，通入的空氣需過量；在本實施例中每噸含釩石煤礦每小時通入230L空氣，電解時控制槽電壓為5.8V、電流密度為38A/dm2，浸出時間為4小時后測量浸出渣中V2O5的品位，最終得到鑰浸出率為95%。本實施例中，電解浸出時，控制堿性鎳鑰礦漿的溫度為70°C。
[0032]實例2:
[0033]以I噸含V2O5的品位為1.18%，碳含量為15%的高碳石煤礦為原料；
[0034]將原料磨細(xì)至細(xì)度為-0.074mm的顆粒占原礦總質(zhì)量的73%后，按液固質(zhì)量比為4:1，將含釩石煤礦加入到水中，得到混合液，然后往混合液中加入水玻璃(分散劑)、氫氧化鈉，得到PH值為9.8的堿性含釩石煤礦漿；所述水玻璃按每升混合液加入3-4mg的比例加入；
[0035]按摩爾比Cl— =V3+ = 2.5:1往含釩石煤礦漿中加入氯化鈉，然后往陰極區(qū)通入空氣進行電解，為確保陰極不會產(chǎn)生氫氣發(fā)生爆炸，通入的空氣需過量；在本實施例中每噸含釩石煤礦每小時通入270L空氣，電解時控制槽電壓為4.6V、電流密度為18A/dm2，浸出時間為5小時后測量浸出渣中V2O5的品位，最終得到鑰浸出率為93%。本實施例中，電解浸出時，控制堿性鎳鑰礦漿的溫度為80°C。
[0036]實例3:
[0037]以I噸含V2O5的品位為0.67%，鈣含量為4.23%的高鈣低品位石煤礦為原料；
[0038]將原料磨細(xì)至細(xì)度為-0.074mm的顆粒占原礦總質(zhì)量的78%后，按液固質(zhì)量比為5:1，將含釩石煤礦加入到水中，得到混合液，然后往混合液中加入水玻璃(分散劑)、氫氧化鈉，得到PH值為10.5的堿性含釩石煤礦漿；所述水玻璃按每升混合液加入3-4mg的比例加入；
[0039]按摩爾比Cl—:V3+= 3:1往含釩石煤礦漿中加入氯化鈉，然后往陰極區(qū)通入空氣進行電解，為確保陰極不會產(chǎn)生氫氣發(fā)生爆炸，通入的空氣需過量；在本實施例中每噸含釩石煤礦每小時通入290L空氣，電解時控制槽電壓為5.0V、電流密度為23A/dm2，浸出時間為7小時后測量浸出渣中V2O5的品位，最終得到鑰浸出率為90%。本實施例中，電解浸出時，控制堿性鎳鑰礦漿的溫度 為65°C。
【權(quán)利要求】
1.一種礦漿電解法從含釩石煤礦中提釩的工藝，其特征在于:在電解槽內(nèi)，以堿性含釩石煤礦漿為原料，按摩爾比Cr:V3+ == 2-3:1，將水溶性氯鹽加入礦漿中，攪拌、在通入含氧氣體的條件下進行電解；電解時，控制槽電壓為4.5-6V，電流密度為10-40A/dm2。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種礦漿電解法從含釩石煤礦中提釩的工藝，其特征在于:以細(xì)度為-0.074mm的顆粒占原礦總質(zhì)量的70-80%的含釩石煤礦為原料，按液固質(zhì)量比為3-5:1，將含釩石煤礦加入到水中，得到混合液，然后往混合液中加入分散劑、用氫氧化鈉或氫氧化鉀調(diào)PH值至8.5-11.5、攪拌均勻，得到所述堿性含釩石煤礦漿；所述分散劑按每升混合液加入3-4mg的比例加入。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種礦漿電解法從含釩石煤礦中提釩的工藝，其特征在于:所述含釩石煤礦中，釩的質(zhì)量百分含量大于等于0.5%。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種礦漿電解法從含釩石煤礦中提釩的工藝，其特征在于:所述水溶性氯鹽選自NaCl、KCl、NH4Cl中的至少一種。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種礦漿電解法從含釩石煤礦中提釩的工藝，其特征在于:電解所用的陽極為惰性電極。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種礦漿電解法從含釩石煤礦中提釩的工藝，其特征在于:電解所用的陽極為為石墨電極或鉬電極。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種礦漿電解法從含釩石煤礦中提釩的工藝，其特征在于:往陰極區(qū)通入含氧氣體；所述含氧氣體中，氧的體積百分含量為20-30%。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種礦漿電解法從含釩石煤礦中提釩的工藝，其特征在于:所述含氧氣體為空氣。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種礦漿電解法從含釩石煤礦中提釩的工藝，其特征在于:電解時，每噸含釩石煤礦每小時通入大于等于200L空氣。
10.根據(jù)權(quán)利要求1-9任意一項所述的一種礦漿電解法從含釩石煤礦中提釩的工藝，其特征在于:按每噸含釩石煤礦電解5-8小時的比例，控制電解時間；電解時控制礦漿溫度為 60-80。。。
【文檔編號】C22B3/04GK104017988SQ201410254887
【公開日】2014年9月3日 申請日期:2014年6月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月10日
【發(fā)明者】孫偉, 王麗, 胡岳華, 劉佳鵬, 劉潤清 申請人:中南大學(xué)