钒是生产合金钢和超合金的主要元素,是重要的战略物资。我国是钒资源大国,其中石煤是我国获取钒的一个重要途径。传统石煤钠化焙烧提钒工艺不仅钒回收率低,而且造成了严重的环境污染和资源浪费。本文针对安徽池州地区石煤研究了两条无污染焙烧提钒工艺:一是石煤钙化焙烧-硫酸浸取-净化-离子交换-沉钒-焙烧制五氧化二钒;二是石煤空白焙烧-NaOH溶液浸取-净化-离子交换-沉钒-焙烧制五氧化二钒。利用X-射线衍射法对焙烧、浸取前后的石煤进行了测试,对石煤提钒碱浸过程动力学进行了研究,对五氧化二钒整个生产过程进行了经济效益估算和环保分析。论文获得的主要结果如下:(1)石煤钙化焙烧-硫酸浸取的最佳工艺条件为:焙烧温度1000℃、焙烧时间2h、CaCO3添加量8%、浸出温度30~50℃、浸出时间为30min、H2SO4溶液浓度5~7%、浸出液固比2:1、矿石粒径小于100μm,在此条件下五氧化二钒浸出率可以达到65%以上,最终回收率大于60%。(2)石煤空白焙烧-NaOH溶液浸取的最佳工艺条件为:焙烧温度800℃、焙烧时间2h、NaOH溶液浸出反应温度90~100℃、反应时间为3~3.5h、NaOH溶液浓度2~2.5mol·L-1、液固比对浸出效果影响不大(取3:1较为合适)、搅拌速率大于500r/min、矿石粒径小于100μm,在此条件下五氧化二钒浸出率可以达到85%以上,最终回收率大于80%。(3)X-射线衍射分析结果表明,焙烧后石煤中钒云母结构几乎全部被破坏。(4)石煤空白焙烧NaOH溶液浸出过程动力学研究结果表明:该过程符合收缩未反应芯模型,浸出动力学方程可用1-(1-X(V2O5))1/3=kt描述,浸出反应的表观活化能为58.5kJ·mol-1,浸出过程受化学反应控制。(5)对石煤提钒工艺进行了生产设备的选型、经济效益的估算、环保状况的分析。从钒浸出率和经济效益来看,空白焙烧-碱浸工艺要优于钙化焙烧-酸浸工艺;从环保方面来看,两种工艺过程中基本无三废污染,为清洁生产工艺。