[发明专利]一种利用氯化挥发从含钒页岩中提取V2O5的方法

说明书

技术领域

本发明属于提取V₂O₅技术领域。具体涉及一种利用氯化挥发从含钒页岩中提取V₂O₅的方法。

背景技术

钒是一种重要的稀有金属元素，广泛应用于钢铁、有色冶金、化工等行业。我国的含钒资源主要是钒钛磁铁矿和含钒页岩，含钒页岩作为我国独特的一种含钒资源，十分丰富，其中所储藏的钒量占我国钒总储量的87%。含钒页岩中的钒大多以三价和四价为主，以类质同象的形式取代三价铝赋存于云母类矿物晶格里，只有少部分在矿层表面的含钒页岩，经过风化淋滤氧化作用后，其中的钒以四价和五价为主，这部分风化后的页岩中的钒主要以吸附态的形式存在。从含钒页岩中提钒的工艺主要分为两大类，即火法-湿法联合提钒工艺和纯湿法提钒工艺。

火法-湿法联合提钒工艺主要有：钠化焙烧水浸提钒工艺、空白焙烧酸浸提钒工艺、空白焙烧碱浸提钒工艺和钙盐焙烧碳酸盐浸出工艺。这些工艺的基本思路都是将含钒页岩中的低价钒转化为高价钒，将不溶性钒转化为可溶性钒，然后再将焙烧样中的钒通过浸出的方法加以提取。这些工艺目前都存在不同程度的缺点，如钠化焙烧产生废气污染严重、废气处理成本高、焙烧温度和焙烧气氛条件要求苛刻，从而造成环境污染，而且钒回收率也难以保证。空白焙烧酸浸和钙盐焙烧酸浸酸耗量大，且对于未风化淋滤的含钒页岩处理效果不佳，钒的回收率低（王明玉等. 石煤提钒浸出过程研究现状与展望[J]. 稀有金属,2010，34：91~94）。必须采用高浓度的酸才能有效破坏含钒云母类矿物的晶格结构，将造成生产成本过高/对浸出设备材质要求高和固液分离困难等问题。

纯湿法提钒工艺，指的是含钒含钒页岩不经过焙烧处理直接进行酸浸，该工艺只对特定的风化后的含钒页岩有较好的处理效果。而对于未风化的含钒页岩要想取得较高的回收率必须在高温高压和有CaF₂、NaF、HF、H₂SiF₆等助浸剂条件下进行酸浸，如“从含钒碳质页岩中清洁提钒的方法”（CN 101285132A ），只有这样才能有效破坏含钒矿物晶体结构，使大量的钒从晶格中释放出来。高温高压和含氟助浸剂不仅对浸出设备要求很高，同时还造成生产成本过高，从而限制了该工艺在工业上的广泛应用。

由于我国不同地区含钒页岩原矿性质差异很大，目前还没有一种普遍的能处理不同类型含钒页岩原矿的技术。我国大部分的含钒页岩是属于未风化的云母型含钒页岩，钒在云母晶格中十分稳定。对该类未风化的云母型含钒页岩直接酸浸和空白焙烧酸浸处理效果都不佳，而采用钠化焙烧又必须加入大量的含氯化钠的添加剂，既不经济也不环保。因此，对从未风化的云母型的含钒页岩中提钒目前尚未有即经济环保又高效的办法。

发明内容

本发明旨在克服现有含钒页岩提钒技术存在的问题，目的是提供一种成本低廉、操作简单、工艺适应性强、对含钒页岩原矿要求低和钒的回收率较高的利用氯化挥发从含钒页岩中提取V₂O₅的方法。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：步骤如下：

(1)先将含钒页岩原矿破碎至3mm以下，在650~700°C条件下脱碳40~60min，脱碳至碳质含量为所述含钒页岩原矿2wt%以下，得到脱碳页岩，再将脱碳页岩磨至粒度小于0.178mm；

(2)在干燥氯气和空气的混合气体气氛中，或在干燥氯气和氮气的混合气体气氛中，将粒度为小于0.178mm的脱碳页岩经30~60min升温至800~1000°C，在800~1000°C条件下氯化焙烧40~90min；

(3)将氯化焙烧过程中产生的氯化挥发物进行一段冷凝和二段冷凝，得到含钒氯化物；

(4)将二段冷凝得到的含钒氯化物溶于水中或溶于稀酸溶液（pH=4~6）中，直至水溶液中或稀酸溶液中的钒浓度达到0.8~1.4g/L，得到富钒溶液；

(5)将步骤(4)得到的富钒溶液的pH值调至4~5，再按n_V∶n_NH4+＝1∶（2~8）向富钒溶液中加入NH₄Cl或(NH₄)₂SO₄进行铵盐沉钒，调节富钒溶液的pH=1.9~2.3，在85~100°C的条件下保温40~60min，得到多聚钒酸铵沉淀；然后将多聚钒酸铵沉淀过滤后烘干，在480~560°C条件下于空气气氛中煅烧35~50min，得到V₂O₅产品。