现阶段,我国石煤提钒工业存在设备简陋、钒回收率低、资源利用率低、生产成本高、环境污染严重等一系列难题。本文针对广西上林石煤的特点,对比分析现有的石煤提钒工艺,提出石煤灰渣二次焙烧酸浸提钒工艺：含钒灰渣新型复合添加剂二次焙烧—稀硫酸浸出—离子交换—铵法沉钒,该工艺大幅降低了提钒酸耗量,同时也取得了较高的钒回收率。移动床二次焙烧是该工艺中决定钒回收率的关键环节。本文着重通过大量试验分析、机理研究和移动床中试试验对其进行了深入系统的研究。本文首先根据上林石煤灰渣的晶体结构以及钒在其中的赋存特点,提出新型复合添加剂(NaCl-CaF2-CaCO3)二次焙烧石煤灰渣提钒的思路,对新型复合添加剂作用下石煤灰渣二次焙烧的最佳温度条件和气氛要求进行了研究。在此基础上结合XRD(X射线衍射分析)、SEM(扫描电镜分析)、EDX(能谱分析)等表征方法,对NaCl-CaF2-CaCO3在焙烧过程中的作用机理进行探讨分析,阐明了新型复合添加剂对钒转化的作用机理。其次在确定含钒灰渣二次焙烧所需温度工况的基础上,着重将石煤自燃作为二次焙烧供热方式进行深入研究。针对石煤燃烧过程中有机质以及碳质的氧化作用对钒氧化的影响,以氧化焙烧体系为研究对象,根据掺石煤生料的多重氧化过程,提出分段氧化的技术方案：在前期升温阶段降低升温速率让大部分燃料氧化燃烧；在后期保温阶段主要以钒的氧化转化为主,剩余的小部分燃料继续燃烧维持高温。在不同的终温、升温速率、焙烧气氛下对掺石煤生料进行二次焙烧试验,通过钒转化率结果配合后续的XRD晶相结构分析、气体析出特性分析以及SEM表面形态分析,得到了掺石煤生料二次焙烧的最佳工况,验证了以石煤为燃料进行二次焙烧提钒的可行性。然后利用TG-FTIR(热重-红外联用分析)、DSC(差热分析)等方法对掺石煤生料的燃烧过程以及生料中石煤的燃烧特性作了相应的探索和研究,以期为掺石煤生料在工业上的应用作准备。最后根据前期二次焙烧试验研究的结果,采用自行设计的新型提钒焙烧移动床进行二次焙烧提钒试验,考察了炉内温度、高温停留时间、炉内氧化性气氛对钒转化率的影响。鉴于钒的转化对温度条件和焙烧气氛的要求,将移动床设为五个温度带,通过Gasmeter气体分析仪实时监测烟气成分(HCl、HF、CO2、CO)。试验结果表明,移动床二次焙烧熟料的钒转化率可达84.68%,同时能有效减少气体污染物的排放。这说明利用移动床进行提钒焙烧试验是可行的,该焙烧工艺技术指标先进、工艺简单、环境友好,对于以类质同相形式存在于石煤中的钒的提取冶炼,提供了重要的借鉴作用,在工程上具有很高的应用价值。
