煤中钒的测定方法

我国石煤资源中已发现的伴生元素多达60多种，其中可形成工业矿床的主要是钒，其次是钼、铀、磷、银等等。石煤钒矿床是一种新的矿床类型，称为黑色页岩型钒矿，它是在边缘海斜坡区形成的，主要含钒矿物是含钒伊利石。但百分之七八十的石煤中钒的品位很低，五氧化二钒含量多在0.8%以下，要进行提钒技术难度极大。攀钢在石煤提钒技术上取得了突破，使钒的总收率平均达到60.70%，远远高于国内同行业通常的40%~50%的指标。

石煤中V2O5品位较低，一般为1.0 %左右。石煤中的钒以V(Ⅲ)为主，有部分Ⅴ(Ⅳ)，很少见Ⅴ(V)。由于V(Ⅲ)的离子半径(74 pm)与Fe(Ⅱ)的离子半径(74 pm)相等，与Fe(Ⅲ)的离子半径(64 pm)也很接近，因此，V(Ⅲ)几乎不生成本身的矿物，而是以类质同象存在于含钒云母、高岭土等铁铝矿物的硅氧四面体结构中。我国从20世纪60年代开始对石煤提钒进行研究，70年代开始工业生产，所使用的工艺均为钠化焙烧(NaCl)-水浸或酸浸工艺。这种工艺存在两个严重缺陷，一是因为焙烧过程生成难以净化处理的Cl2、HCl、SO2 混合气体而造成环境污染，二是钒回收率普遍为45-55%，使50%左右的钒矿资源得不到有效利用而浪费。

为改变和取代钠化焙烧工艺，科技工作者进行了钙法焙烧、空白焙烧、湿法酸浸等新工艺的研究。钙法焙烧虽然解决了大气污染问题，但焙烧过程受矿石种类和性质影响较大，焙烧气氛、时间、温度和钙盐用量等的影响也非常敏感，控制不当，容易形成难溶的硅酸盐，使得部分钒被"硅氧"裹络, 或者矿样中的部分钒与铁、钙等元素生成钒酸铁、钒酸钙等难溶性化合物。空白焙烧主要是想解决石煤脱碳和低价钒的氧化问题，但焙烧设备还是传统的立窑、平窑和沸腾炉，不仅生产规模有限，而且焙烧过程并没有改变含钒矿物的晶体结构，不能有效提高钒的回收率。湿法酸浸工艺不需焙烧，石煤矿石可以湿磨，适合大规模生产，因此成为石煤提钒研究的重点。湿法酸浸提钒工艺的基础理论研究也有一些进展。石煤酸浸提钒工艺已在陕西、湖南等地得到较大规模的生产应用。

然而，酸浸提钒工艺还存在一些需要解决的问题。一是为得到较高V2O5浸出率，不得不消耗大量H2SO4，生产中H2SO4用量一般为矿石质量的25~40%，V2O5浸出率一般在65%~75%左右，超过80%的很少，V2O5回收率一般不超过70%;二是酸性浸出液的净化除杂、Fe(III)还原和pH值调整等工序需要消耗大量药剂，特别是氨水，从而导致氨氮废水的产生及处理问题。

含钒石煤和含钒粘土酸浸提钒要解决的关键问题，是在提高V2O5浸出率和回收率的前提下，如何降低消耗和避免环境污染，发展方向是开发低消耗低成本的清洁生产工艺。

杨教授等经过多年努力开发成功石煤提钒环保工艺。新工艺采用"浓酸二段熟化催化循环"技术对含钒石煤进行科学处理，V2O5转化率≥90%，浸出率≥90%，总回收率≥82.5%。新工艺彻底告别传统的钠化焙烧工艺，生产流程中不产生有害废气，废水经过净化处理后循环利用，提钒尾渣可用作建筑材料，从而实现了石煤提钒的清洁环保、节能减排和资源的循环利用。新工艺科研成果、扩大试验成果和工业化生产试验成果先后通过政府组织的专家鉴定，专家鉴定意见是:所采用的提钒技术原理正确，形成的工艺技术路线稳定，首次提出的二段熟化技术具有创新性，技术成果达到国内领先水平，这项新工艺已经在湖南保靖县建厂投产。

经过近10年的艰苦探索和反复试验，在理论上和工艺上解决了含钒石煤和含钒粘土酸浸提钒的技术难题。开发的酸浸提钒新工艺，关键技术与创新点在于成功开发出二种酸浸提钒专用添加剂SMTV01和SMTV02，使含钒石煤和含钒粘土酸浸提钒效率明显提高，可使V2O5浸出率稳定达到90%以上，V2O5回收率稳定达到80%以上，而H2SO4用量和氨水用量可大幅度降低，并明显改善液固分离状况，滤渣含水率下降10%左右。