钒是重要的战略资源，广泛应用于航空航天、核工业、钢铁、石油化工、电子、能源等工业领域^[1-2]。石煤钒矿是我国重要的钒矿资源之一，其五氧化二钒的含量达1.18亿t，占世界钒总储量的一半左右^[3]。因此，从石煤钒矿中提取钒是钒资源开发利用的重要研究方向，受到相关科研工作者的关注^[4]。

田宗平等^[5-6]在湖南某石煤钒矿石工艺矿物学研究的基础上，对该矿石进行了浸出试验，获得了V₂O₅浸出率78%以上的指标。闫平科^[7]等采用浓硫酸加温熟化—热水浸钒工艺对某V₂O₅含量1.2%的石煤钒矿进行了提钒试验，在适宜工艺条件下钒的浸出率为76.10%。黄献宝等^[8]对V₂O₅含量0.72%的湖北某石煤钒矿进行了焙烧—酸浸试验，并考察了焙烧方式对提钒的影响，认为采用流态化焙烧可提高V₂O₅的浸出率。黄俊和赵杰等^[9-10]对石煤钒矿的焙烧物料采用加压酸浸和加助剂酸浸的方式提高V₂O₅的浸出率，均获得了较理想的指标。

陕西某石煤钒矿石V₂O₅含量仅为0.51%，没有达到工业品位，尚未得到利用。为了给该类矿石日后开发利用提供技术参考，本文采用焙烧—酸浸工艺对其进行了提钒试验，详细考察了焙烧和浸出工艺参数对V₂O₅浸出率的影响。

1 试验原料及方法 1.1 试验原料

试验用石煤钒矿石取自陕西，矿石经颚式破碎机粗碎、对辊破碎机细碎，制得-2 mm的矿样备用。矿石的化学多元素分析结果如表 1所示。可见，矿石中V₂O₅含量为0.51%；主要杂质成分为SiO₂，其含量达90.75%；其余杂质含量均较低。

在镜下观察了矿石的矿物组成，结果如表 2所示。由表 2可以看出，矿石中主要矿物为石英，其含量达87.9%；其次，含有部分碳质泥质物质、钒磁铁矿、白云母及石榴石；矿石中绿泥石含量极低，仅为0.1%。

对矿石中钒物相进行分析，结果如表 3所示。由表 3可知，矿石中含钒矿物分别有铁矿物、云母和石榴石等，且不同物相中钒的分布率相对均匀。

1.2 试验方法

试验原料性质分析显示，云母中钒的分布率达到43.73%，这部分钒难以被H₂SO₄直接浸出，需先通过焙烧等方式破坏云母的晶格结构^[3]。因此，本文采用焙烧—酸浸工艺对其进行试验研究。

先将矿样磨细至不同细度后取200 g装入陶瓷坩埚中。待焙烧用箱式电阻炉的炉膛温度升至设定温度时，将坩埚放入炉膛内，到指定时间取出坩埚冷却。取100 g焙烧物料，以H₂SO₄作为浸出剂，在不同浸出温度、浸出时间、药剂用量及液固比条件下进行浸出试验。考察焙烧和浸出条件对V₂O₅浸出率的影响。

2 结果与讨论 2.1 焙烧试验

固定浸出温度80 ℃、浸出时间1.5 h、H₂SO₄用量12%和液固比2 GA6FA 1的浸出条件，考察了焙烧入料粒度、焙烧温度和焙烧时间对V₂O₅浸出率的影响。

2.1.1 入料粒度

在焙烧温度850 ℃、焙烧时间1 h条件下，考察了入料粒度对V₂O₅浸出率的影响，结果如图 1所示。

由图 1可以看出，随着入料粒度由-0.074 mm粒级含量占40.60%增加至63.80%，V₂O₅浸出率由51.35%升高至63.76%；进一步增加入料细度，V₂O₅浸出率并无明显变化。表明，增加物料细度进而增大物料的比表面积，有利于物料焙烧及浸出反应的充分进行。考虑到粒度过细会加大后续的过滤难度，故确定适宜的入料粒度为-0.074 mm粒级含量占63.80%。

2.1.2 焙烧温度

在入料粒度-0.074 mm粒级含量占63.80%、焙烧时间1 h的条件下，考察了焙烧温度对V₂O₅浸出率的影响，结果如图 2所示。

由图 2可知，升高焙烧温度有利于提高V₂O₅浸出率。焙烧温度由700 ℃升高至800 ℃，V₂O₅浸出率由50.82%增加至64.15%；继续升高焙烧温度，V₂O₅浸出率变化不大。可见，在一定范围内升高焙烧温度有利于破坏云母的晶格结构，进而提高V₂O₅的浸出率。为减少能耗，确定适宜的焙烧温度为800 ℃。

2.1.3 焙烧时间

固定入料粒度-0.074 mm粒级含量占63.80%、焙烧温度800 ℃，焙烧时间对V₂O₅浸出率的影响如图 3所示。

由图 3可见，延长焙烧时间同样可提高V₂O₅浸出率。焙烧时间由1 h延长至2 h，V₂O₅浸出率由64.15%增加至69.52%；进一步延长焙烧时间，V₂O₅浸出率变化不大。可见，延长焙烧时间可以使云母晶格结构破坏的更加充分，有利于V₂O₅的浸出。确定适宜的焙烧时间为2 h。

2.2 浸出试验

在入料粒度-0.074 mm粒级含量占63.80%、焙烧温度800 ℃、焙烧时间2 h下制得焙烧产品，考察浸出条件对V₂O₅浸出率的影响。

2.2.1 浸出温度

固定浸出时间1.5 h、H₂SO₄用量12%、液固比2:1，浸出温度对V₂O₅浸出率的影响如图 4所示。

由图 4可以看出，升高浸出温度可在一定程度上提高V₂O₅浸出率。浸出温度由50℃升高至70℃，V₂O₅浸出率由65.76%增加至69.93%；继续升高浸出温度，V₂O₅浸出率变化不大，甚至略有降低。这可能是因为，浸出过程中有CaSO₄生成，浸出温度过高会导致CaSO₄溶解度降低，这部分CaSO₄附着在含钒矿物表面时不利于V₂O₅的浸出^[7]。据此，确定适宜的浸出温度为70 ℃。

2.2.2 H₂SO₄用量

在浸出温度70 ℃、浸出时间1.5 h、液固比2 GA6FA 1条件下，考察了H₂SO₄用量对V₂O₅浸出率的影响，结果如图 5所示。

由图 5可见，随着H₂SO₄用量由6%增加至12%，V₂O₅浸出率由62.64%提高至69.93%；继续增加H₂SO₄用量，V₂O₅浸出率提高并不明显。这是因为，增加酸用量有利用含钒矿物与酸接触、反应，进而提高V₂O₅浸出率。综合考虑，确定适宜的H₂SO₄用量为12%。

2.2.3 液固比

在浸出温度70 ℃、浸出时间1.5 h、H₂SO₄用量12%条件下，考察了液固比对V₂O₅浸出率的影响，结果如图 6所示。

由图 6可以看出，整体而言，液固比对V₂O₅浸出率影响不显著，其中液固比为2 GA6FA 1时，V₂O₅浸出率相对较高。此外，液固比过大会降低溶液中V₂O₅的浓度，确定适宜的液固比为2 GA6FA 1。

2.2.4 浸出时间

在浸出温度70 ℃、H₂SO₄用量12%、液固比2 GA6FA 1条件下，考察了浸出时间对V₂O₅浸出率的影响，结果如图 7所示。

由图 7可见，随着浸出时间由1 h延长至2 h，V₂O₅浸出率由65.45%升高至70.81%；继续延长浸出时间，V₂O₅浸出率变化不大。可见，适当延长浸出时间是含钒矿物中V₂O₅得到最大程度浸出的保证。据此，确定适宜的浸出时间为2 h。

上述试验结果显示，该石煤钒矿石中V₂O₅浸出率为70.81%，浸出率略有偏低，其原因可能为以下两个方面：(1)矿石中V₂O₅含量低，增加了含钒矿物与浸出剂的接触难度；(2)石榴石为岛状硅酸盐矿物，其中钒的分布律达到30.39%，且以类质同象的形式稳定存在于岛状硅酸盐矿物中。即便经过焙烧，岛状硅酸盐矿物的晶格也难以破坏，这部分钒不易被硫酸浸出^[11]。

3 结论

(1) 某石煤钒矿石V₂O₅含量为0.51%，矿石中含钒矿物主要有铁矿物、云母、电气石和石榴石等。

(2) 入料粒度、焙烧温度、焙烧时间等焙烧条件明显影响V₂O₅的浸出率；浸出温度、H₂SO₄用量、浸出时间等浸出条件对V₂O₅浸出率影响显著，液固比对V₂O₅浸出率影响相对较小。

(3) 在入料粒度-0.074 mm粒级含量占63.80%、焙烧温度800 ℃、焙烧时间2 h的焙烧条件及浸出温度70 ℃、H₂SO₄用量12%、液固比2 GA6FA 1、浸出时间为2 h的浸出条件下，V₂O₅的浸出率可达到70.81%。