邊 穎 張一敏 趙云良 劉 濤 陳鐵軍

(武漢理工大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院)

石煤是釩的重要載體礦物。在我國，釩在石煤中的儲(chǔ)量僅次于在釩鈦磁鐵礦中的儲(chǔ)量。目前，我國大部分石煤提釩企業(yè)均采用濕法冶金提釩工藝生產(chǎn)V2O5產(chǎn)品［1］。由于石煤釩品位較低、化學(xué)成分復(fù)雜、釩賦存狀態(tài)多樣，因而石煤酸浸提釩普遍存在耗酸量大、釩浸出率低、環(huán)保和成本壓力大等問題，嚴(yán)重制約著石煤提釩工業(yè)的發(fā)展。

我國石煤提釩企業(yè)普遍規(guī)模較大，若能在酸浸提釩前實(shí)現(xiàn)預(yù)先拋尾，提高酸浸石煤釩品位，將有助于降低酸耗和生產(chǎn)成本、減輕環(huán)保壓力、促進(jìn)石煤提釩工業(yè)的發(fā)展。目前，我國提釩科技工作者正積極研究在濕法酸浸提釩前通過物理選礦方法實(shí)現(xiàn)石煤中V2O5的富集，報(bào)道較多的是浮選工藝預(yù)富集。該工藝一方面對(duì)礦石可選性有較高要求;另一方面拋尾量較大、浮選富集比較高，但V2O5回收率普遍不高，較少超過75%;再者，精礦中殘余的浮選藥劑可能對(duì)后續(xù)濕法提釩萃取過程中有機(jī)相產(chǎn)生影響［2-5］。鑒于此，本試驗(yàn)對(duì)脫碳石煤進(jìn)行了搖床重選預(yù)富集研究。

1 物料性質(zhì)

1.1 石煤性質(zhì)

試驗(yàn)用石煤取自湖北某地石煤礦，主要化學(xué)成分分析結(jié)果見表1，主要礦物成分見表2。

表1 石煤主要化學(xué)成分分析結(jié)果 %

表2 石煤主要礦物成分 %

從表1、表2可以看出，石煤中V2O5含量為0.71%，主要耗酸礦物有鐵礦物和方解石等，濕法提釩中若能減少這部分耗酸礦物的含量，將可有效降低酸耗;石煤中碳含量達(dá)13.44%，具有一定的熱值，對(duì)該石煤進(jìn)行焙燒脫碳既有利于磨礦和磨礦產(chǎn)品的濕法浸釩，同時(shí)也是釩富集的過程。

該石煤的Leica DMLP圖相分析結(jié)果可以看出，云母片粒度細(xì)微，大多數(shù)長寬僅為5μm左右，最大者也只有38μm;石英、黃鐵礦、方解石分布普遍，泥質(zhì)較分散。

電子探針分析結(jié)果表明，石煤中釩主要賦存在各種云母類礦物中，主要云母類礦物有白云母、黑云母和伊利石等。白云母中V2O5含量為2.12%～3.48%，黑云母中為1.06%～1.31%，伊利石中為2.25%～4.13%。有關(guān)研究表明［1］，此類釩是以類質(zhì)同象形式置換六次配位數(shù)的三價(jià)鋁而存在于云母晶格中。

1.2 脫碳石煤性質(zhì)

實(shí)驗(yàn)室石煤脫碳在馬弗爐中進(jìn)行，給料粒度為3～0 mm，脫碳時(shí)間為1 h，脫碳溫度為700℃。脫碳產(chǎn)品(以下稱脫碳石煤)主要化學(xué)成分分析結(jié)果見表3，SEM照片見圖1。

表3 脫碳石煤主要化學(xué)成分分析結(jié)果 %

圖1 脫碳石煤SEM圖譜

從表3可以看出，石煤經(jīng)過脫碳處理，V2O5品位從0.71%提高到了0.82%。

從圖1可以看出，脫碳石煤中云母集合體和細(xì)小的云母為片狀，而石英、方解石、赤鐵礦等脈石礦物呈團(tuán)塊狀。

2 試驗(yàn)設(shè)備與磨選原理

對(duì)脫碳石煤進(jìn)行磨礦—搖床預(yù)選試驗(yàn)，磨礦采用XMB－70三輥四筒棒磨機(jī)，搖床預(yù)選采用RK/LY－1100×500變頻搖床。

根據(jù)石英等脈石礦物和云母類礦物的結(jié)構(gòu)構(gòu)造特點(diǎn)，采用棒磨機(jī)磨礦時(shí)，塊狀脈石顆粒粉碎、泥化難度較大;由于云母片具有較高的撓性、彈性和耐磨性［6-7］，因而云母集合體在眾多脈石顆粒的共同磨剝下解離為片狀云母。

磨礦產(chǎn)品在搖床床面上松散、分層過程中，粒度細(xì)微的云母片與微細(xì)粒泥狀礦物受水流和床面運(yùn)動(dòng)的影響而浮于床面礦漿表層，粒度粗大的脈石礦物則沉入床面礦漿下層。在床面做往復(fù)運(yùn)動(dòng)過程中，底層的重礦物受床面摩擦力作用向重產(chǎn)物端移動(dòng)，成為尾礦;上層的輕礦物受床面摩擦力較小，甚至不直接產(chǎn)生摩擦力，因而在水流作用下向輕礦物端移動(dòng)，成為精礦［6-7］。

3 試驗(yàn)結(jié)果與分析

3.1 磨礦細(xì)度試驗(yàn)

磨礦細(xì)度試驗(yàn)采用1次搖床粗選流程，給礦速度為12 kg/h，給礦濃度為20%，搖床橫向傾角為0.65°、沖次為350次/min、沖程為16 mm，沖洗水量為200 L/h，試驗(yàn)結(jié)果見圖2。

圖2 磨礦細(xì)度對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響

從圖2可以看出，隨著磨礦細(xì)度的提高，粗精礦V2O5品位呈下降趨勢，回收率呈上升趨勢。綜合考慮，確定磨礦細(xì)度為－0.074 mm占63%。

3.2 搖床橫向傾角試驗(yàn)

搖床橫向傾角試驗(yàn)采用1次粗選流程，磨礦細(xì)度為－0.074 mm占63%，給礦速度為12 kg/h，給礦濃度為20%，搖床沖次為350次/min、沖程為16 mm，沖洗水量為200 L/h，試驗(yàn)結(jié)果見圖3。

圖3 搖床橫向傾角對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響

從圖5可以看出，隨著搖床橫向傾角的增大，粗精礦V2O5品位呈顯著下降趨勢，回收率呈上升趨勢。綜合考慮，確定搖床適宜的橫向傾角為0.65°。

3.3 搖床沖次試驗(yàn)

搖床沖次試驗(yàn)采用1次粗選流程，磨礦細(xì)度為－0.074 mm占63%，給礦速度為12 kg/h，給礦濃度為20%，搖床橫向傾角為0.65°、沖程為16 mm，沖洗水量為200 L/h，試驗(yàn)結(jié)果見圖4。

圖4 搖床沖次對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響

從圖4可以看出，隨著搖床沖次的增加，粗精礦V2O5品位呈先慢后快的下降趨勢，回收率變化不顯著。綜合考慮，確定搖床沖次為350次/min。

3.4 沖洗水量試驗(yàn)

搖床沖洗水量試驗(yàn)采用1次粗選流程，磨礦細(xì)度為－0.074 mm占63%，給礦速度為12 kg/h，給礦濃度為20%，搖床橫向傾角為0.65°、沖次為350次/min、沖程為16 mm，試驗(yàn)結(jié)果見圖5。

圖5 沖洗水量對(duì)搖床粗選的影響結(jié)果

從圖5可以看出，隨著沖洗水量的增大，粗精礦V2O5品位呈先上升后下降的趨勢，回收率呈上升趨勢。綜合考慮，確定沖洗水量為400 L/h。對(duì)應(yīng)的粗精礦V2O5品位為1.01%、回收率為82.39%。

3.5 流程試驗(yàn)及產(chǎn)品分析

按條件試驗(yàn)選定的工藝參數(shù)，對(duì)脫碳石煤進(jìn)行了流程試驗(yàn)，試驗(yàn)流程及結(jié)果見圖6。

圖6 脫碳石煤搖床重選試驗(yàn)流程及結(jié)果

從圖6可以看出，某脫碳石煤在磨礦細(xì)度為－0.074 mm占63%的情況下，采用1粗1掃搖床重選流程處理，可拋出產(chǎn)率為12.99%、V2O5品位為0.21%的尾礦，金屬損失率僅為3.33%。

流程試驗(yàn)精、尾礦主要化學(xué)成分分析結(jié)果表明，精、尾礦Fe2O3的含量分別為4.73%和10.98%，CaO的含量分別為7.06%和9.02%。這兩種耗酸成分在尾礦中均有所富集，因此，搖床重選拋尾不僅提高了酸浸給礦的V2O5品位、降低了酸浸給礦量，而且降低了酸浸給礦中耗酸礦物的含量，從而可顯著降低酸耗和生產(chǎn)成本。

4 結(jié)論

(1)湖北某石煤中釩主要是以類質(zhì)同象的形式賦存在云母類礦物中，云母類礦物多為片狀結(jié)構(gòu)，而脈石礦物的磨礦產(chǎn)品則為大小不等的粒狀，礦物形狀上的差異為搖床分選提供了可能。

(2)石煤焙燒脫碳既可疏松石煤，便于磨礦和浸出，又可提高V2O5的品位。

(3)該脫碳石煤在磨礦細(xì)度為－0.074 mm占63%的情況下，按試驗(yàn)確定的工藝技術(shù)參數(shù)，采用1粗1掃搖床重選流程處理，可拋出產(chǎn)率為12.99%、V2O5品位為0.21%的尾礦，金屬損失率僅為3.33%。

(4)搖床重選拋尾不僅提高了酸浸給礦V2O5的品位、降低了酸浸給礦量，而且降低了酸浸給礦中耗酸礦物的含量，從而可顯著降低酸耗和生產(chǎn)成本。

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