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含釩炭質(zhì)頁巖提釩廢渣資源化利用研究進展

文檔作者：陳文祥文檔來源：貴州省地質(zhì)礦產(chǎn)中心實驗室		點擊數(shù)：	更新時間： 2024年06月06日
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第30卷第4期(總第120期)
2011年12月
濕法冶金
Hydrometallurgy of China
V01．30 No．4(Sum．120)
Dec．2011
含釩炭質(zhì)頁巖提釩廢渣資源化利用研究進展
陳文祥
(貴州省地質(zhì)礦產(chǎn)中心實驗室貴州省貴金屬礦產(chǎn)資源綜合利用工程技術研究中心，
貴州貴陽550004)
摘要：介紹了利用含釩炭質(zhì)頁巖提釩尾渣生產(chǎn)水泥、墻體磚、微晶玻璃、陶粒、瓷磚、保溫材料、橡膠填料以及路
面基層材料等各種材料的資源化利用研究現(xiàn)狀。提出了在含釩炭質(zhì)貞巖提釩尾渣資源化利用研究時，應首先
考慮提取尾渣中有價成分，充分考慮尾渣的物質(zhì)組成，優(yōu)先選擇能夠大量利用尾渣的產(chǎn)品方案，重點注意尾渣
放射性核素對資源化利用產(chǎn)品的影響，以及對尾渣浸出毒性物質(zhì)的穩(wěn)定化處理。
關鍵詞：石煤釩礦}提釩尾渣；綜合利用
中圖分類號；X756 文獻標志碼：A 文章編號：1009—2617(2011)04—0268-04
含釩炭質(zhì)頁巖是釩的重要資源之一。含釩炭
質(zhì)頁巖中，V。0。含量低，平均品位0．8％，提取釩
后尾渣的量非常大。V：O?？偦厥章拾?0％估算，
每生產(chǎn)1 t V。0。，約產(chǎn)出156 t尾渣。目前，國內(nèi)
V。O。年產(chǎn)量6～7萬t，其中含釩炭質(zhì)頁巖按1萬
t計算，則產(chǎn)出156萬t提釩尾渣。大量尾渣擠占
農(nóng)田，破壞生態(tài)，污染環(huán)境，嚴重制約提釩工業(yè)的
發(fā)展，因此，含釩炭質(zhì)頁巖提釩尾渣的資源化得到
了廣泛研究。本文總結了提釩尾渣資源化利用研
究狀況，提出了研究方向及應注意的問題。
1 利用提釩尾渣制備各種材料
1．1 利用提釩尾渣生產(chǎn)水泥
含釩炭質(zhì)頁巖提釩尾渣一般為高硅、鋁廢渣，
可作為生產(chǎn)水泥的原料。生產(chǎn)水泥時，渣用量大，
可大量消耗廢渣。
王高法‘1 3研究了利用石煤沸騰焙燒提釩渣作
水泥混合材，發(fā)現(xiàn)石煤渣有較好的助磨作用，而且
效果顯著。水泥磨可大幅度增產(chǎn)和節(jié)電，同時還
能提高出磨水泥的穩(wěn)定性，縮短生產(chǎn)周期，是水泥
磨節(jié)電的一種新途徑。
戴文燦[2]將廣西上林釩礦廠炭質(zhì)頁巖釩礦焙
燒提釩尾渣用作水泥摻合料研制環(huán)保水泥，當熟
料、廢渣、石膏和鋼渣質(zhì)量分數(shù)分別占65％～76％、
5％～15％、4％和5％～12％時，生產(chǎn)出的生態(tài)水泥
的各項性能均優(yōu)于425號普通硅酸鹽水泥。但這
種方法廢渣摻入量太低，無法大規(guī)模利用廢渣。
戴文燦等[31研究了利用焙燒提釩尾渣以等量
法取代水泥制備混凝土。廢渣的加入能改善混凝
土的流動性、可泵性，增加混凝土的坍落度、擴展
度。超細石煤廢渣能與水泥形成二級微觀填充體
系，提高混凝土的密實度，并能明顯增強混凝土的
耐久性和耐腐蝕性。但由于尾渣摻入量少于
20％，所以消耗尾渣的量有限。一
“一種以鉛鋅尾礦與石煤提釩渣或石煤為主
要原料制備水泥熟料的方法”發(fā)明專利[43表明：將
生料按鉛鋅尾礦70％～75％、石煤提釩渣12％～
18％(或石煤15％～20％)、氧化鋁0～2％、鐵粉
O～2％、螢石0～1％(質(zhì)量分數(shù))混合后粉磨至
180目，然后送人回轉(zhuǎn)窯中加入煤8％～12％，以
煤為燃料于1 360～1 450℃下進行燒成反應，之
后驟冷得水泥熟料。該法原料價廉易得，消耗量
大，熟料和相應水泥的強度高，可有效降低水泥生
產(chǎn)成本。
“石煤堿浸提釩的堿浸渣用作水泥填料的處
理方法”發(fā)明專利¨3則是將石煤空白焙燒堿浸漿
液過濾，濾液提釩，濾渣酸化后過濾，濾液再提釩，
酸化渣用作水泥填料。工藝簡便適用，有一定效
收稿日期：201I-08—02
基金項目：貴州省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局地質(zhì)科研項目(編號：黔地礦科(2009)26號)。
作者簡介：陳文祥(1966一)，男，漢族，貴州畢節(jié)人，碩士，高級工程師，主要從事化學選礦與濕法冶金研究工作．
萬方數(shù)據(jù)
第30卷第4期陳文祥：含釩炭質(zhì)頁巖提釩廢渣資源化利用研究進展·269·
益，既解決了廢渣污染環(huán)境的問題，又提高了釩的
提取率和石煤的綜合利用效益。
施正倫等[63根據(jù)提釩廢渣的物化特性，設計
出一套配料方案，研究了提釩廢渣的摻量對水泥
性能的影響。結果表明，提釩廢渣為活性混合材，
在摻量為25％～40％時可單獨用作水泥混合材，
且不論單摻還是和水泥廠石煤渣對摻，水泥各項
性能指標均符合GBl75—2007《通用硅酸鹽水
泥》中復合硅酸鹽水泥的要求，其強度均滿足32．5
強度等級水泥要求。
1．2 利用提釩尾渣生產(chǎn)墻體磚
生產(chǎn)墻體磚是工業(yè)廢渣的利用方向之一。
2000年，岳陽市新開新型建材廠完成了“新型建
材釩渣磚”的研究【7]。新型建材釩渣磚(灰砂磚)
是用釩渣、石灰、少量添加劑經(jīng)攪拌、消化、壓制成
型，再經(jīng)蒸汽養(yǎng)護或太陽能養(yǎng)護而成的建筑用磚，
其規(guī)格為24 cm×11．5 cm×5．3 cm，自然容重
1 700 l 800 kg／m3，抗壓強度7．5,--．20 MPa，抗凍
強度損失<20％，干燥收縮<0．6 mm／m，放射性比
活度<1。這種方法具有良好的社會效益、環(huán)保效
益、經(jīng)濟效益，開創(chuàng)了國內(nèi)合理利用釩渣之先例。
時亮等[83對石煤渣燒制普通建筑用磚進行了
探索性試驗研究，得到了制磚的可行性工藝參數(shù)：
黏土摻量10％，成坯加水量28％，燒結溫度1 100
℃，保溫時間4 h，最大粒徑≤0．5 mm占70％以
上且最大粒徑不大于2 mm。所得燒結磚的吸水
率和飽和系數(shù)均達到非嚴重風化區(qū)的黏土磚和粉
煤灰磚的要求，抗壓強度達到MUIO標準，干燥
敏感系數(shù)與線收縮系數(shù)也滿足要求。
1．3 利用提釩尾渣生產(chǎn)微晶玻璃
微晶玻璃是將加有晶核劑的特定組合的玻璃
在受控條件(一定溫度)下進行晶化熱處理，使成
為具有微晶體和玻璃相均勻分布的復合材料。
施其祥[9]利用釩礦渣為主要原料，鋁礬土、石
灰石、白云石等為輔助原料，加入一定量晶核劑和
著色劑，研制出黑色主晶相為透輝石的礦渣微晶
玻璃。這種制品具有優(yōu)良的化學穩(wěn)定性，可用作
高級建筑裝飾材料和防腐、耐磨材料。
謝飛[1們以貴州息烽地區(qū)鎳鉬釩礦渣為主要
原料，制備出以硅灰石為主晶相的礦渣微晶玻璃
原料。該方法礦渣利用率高，在75％以上；制備
出的微晶玻璃材料晶體顯微結構較好，晶體自形
程度高。鎳鉬釩礦渣的物化性能優(yōu)于天然石材。
微晶玻璃裝飾板是21世紀很有發(fā)展前景的
新型裝飾材料，雖然目前在國內(nèi)的應用還不是很
廣泛，但其發(fā)展勢頭良好，是未來提釩尾渣資源化
利用的重要方向之一。
1．4 利用提釩尾渣生產(chǎn)陶粒
陶粒是采用粉煤灰、黏土、頁巖等材料作為原
料，在一定條件下燒結制成的陶質(zhì)顆粒。陶粒具
有密度小、質(zhì)輕，保溫、隔熱，耐火性能優(yōu)異，抗震
性能好，吸水率低，抗凍性能和耐久性能好，抗?jié)B
性好，抗堿集料反應能力優(yōu)異，適應性強等優(yōu)點，
廣泛應用于建材、園藝、食品飲料、耐火保溫材料、
化工、石油等部門。
時亮【8j以提釩浸出渣為主要原料，配加黏土、
六偏磷酸鈉和有機鈉鹽，按優(yōu)(石煤渣)：
仇(黏土)：m(黏結劑(十二醇硫酸鈉))：m(六偏
磷酸鈉)=77：15：3：5配方，加入40％～43％
的水，控制成球顆粒直徑小于2．5 cm，在105℃
下干燥至恒重，控制焙燒溫度1 220℃，焙燒時間
14 rain，燒制出的陶粒產(chǎn)品密度為776 kg／m3，筒
壓強度為2．1 MPa，吸水率為7．5％，其質(zhì)量達到
國標GB／T17431--1998優(yōu)等品標準。
用提釩尾渣生產(chǎn)陶粒，渣消耗量大。這種方
法有望成為大量利用提釩尾渣的主要方法之一。
1．5 利用提釩尾渣生產(chǎn)瓷磚
我國是釩生產(chǎn)大國，每年產(chǎn)出的釩礦尾渣數(shù)
量巨大。用提釩尾渣作瓷磚坯料已研究了多年。
將釩礦尾渣與其他陶瓷原料計算配比，加工后再
進行壓制成形或擠壓成形制成磚坯，經(jīng)過高溫燒
成后即成為黑胎瓷磚產(chǎn)品L111。用釩礦尾渣生產(chǎn)
的瓷磚燒結性能好，色澤純正，質(zhì)地堅硬耐磨，在
使用性能與外觀上可與黑色天然花崗巖相比肩。
目前，有些瓷磚廠已開始利用釩礦尾渣開發(fā)研制
陶瓷墻地磚產(chǎn)品。
1．6 利用提釩尾渣生產(chǎn)保溫材料
劉小波等[1z]以石煤廢渣為主要原料，摻入可
燃造孔物、黏結劑、外加劑等材料，加水混煉陳化，
再壓制成半成品，經(jīng)1 000℃左右的高溫燒制工
業(yè)窯爐保溫材料。研究得到的配方為：石煤渣
40％～60％，可燃造孔物30％～40％，黏結劑
12％～20％，外加劑0．10％～0．20％。采用該法
制備的保溫材料具有耐壓強、導熱率低等特點，產(chǎn)
品保溫性能好；但該法對石煤廢渣的處理量不大，
難以大量利用石煤廢渣。
萬方數(shù)據(jù)
·270· 濕法冶金2011年12月
1．7 利用提釩尾渣制備橡膠填料
李曉湘等n叫以鈦酸酯偶聯(lián)劑為表面處理劑，
對石煤渣進行表面改性處理制得橡膠填料。這種
橡膠填料具有補強作用，可完全替代碳酸鈣、碳酸
鎂或陶土；用其替代部分炭黑，可以減少炭黑用
量，降低橡膠成本。
徐敏康等【14J研究了用石煤渣制備橡膠塑料
填料。石煤沸騰爐灰渣經(jīng)物化處理后用于制備橡
膠塑料填充料，可等量或部分取代炭黑、白炭黑、
輕質(zhì)碳酸鈣等常規(guī)填料；制備的填料具有無雜質(zhì)、
高浸潤性、在膠料中分散性好、工藝性能優(yōu)良、易
于混煉、吃粉速度快等特點；m(水)≤1．5％，325
目篩余≤1％，吸油值0．3～0．4 mL／g，吸碘值
14．39 mL／g，pH為8．0～10．0，密度為2．4～
2．6，沉實體積0．9～1．1 mL／g；基本性能與半補
強炭黑和通用炭黑相當，能改善制品性能，大幅度
降低橡膠制品成本；可廣泛應用于橡膠、電纜和塑
料等行業(yè)，其經(jīng)濟、社會、環(huán)保效益顯著。
1．8 提釩尾渣用于路面基層材料
習應祥等[1朝根據(jù)湖南岳陽市新開塘鄉(xiāng)工業(yè)
釩礦冶煉廢渣的物理性質(zhì)、化學成分及活性，按
m(水泥)：研(石灰)；m(土)：仇(釩礦渣)=5：
5：20：80比例混合，厚度25 cm，分2層鋪筑，用
于瀝青路面的底基層；按優(yōu)(水泥)：m(釩礦渣)
：優(yōu)(礦石)=7；70：30比例配合，厚度15 cm，
用于瀝青路面基層；按m(水泥)：m(釩礦渣)=
7：100比例混合，厚度20 CITI，用于水泥混凝土路
面基層。配料中加入30％以上廢渣可顯著提高
壓實效果。這種工業(yè)廢渣用作路面基層材料可以
節(jié)省工程費用，改善生態(tài)環(huán)境，具有良好的經(jīng)濟效
益和社會效益。
孟慶余等[1們測試了湖北省崇陽縣焙燒提釩
廢渣的理化性能，針對低等級公路的底基層和基
層材料的強度要求研究了釩渣基層的強度發(fā)展特
點。結果表明：水泥石灰土穩(wěn)定釩渣可用作路面
基層材料，其中水泥的加入明顯提高釩渣基層材
料的早期強度；當釩渣用量為60％時，摻入3％的
水泥即可達到基層材料的強度要求?！?
路面基層材料可大量使用提釩尾渣。
2 提釩尾渣資源化利用應注意的問題
2．1 放射性
提釩尾渣數(shù)量大，成分較為復雜，用其制備各
種材料，尾渣中含有的天然原生放射性核素應加
以注意。高益群等n們曾對石煤渣建材房屋內(nèi)氡
濃度進行了調(diào)查，含釩炭質(zhì)頁巖經(jīng)焙燒提釩后，大
部分礦物質(zhì)溶入尾渣，其放射性比活度提高近一
個數(shù)量級L1引。不同建筑材料成品放射性監(jiān)測結
果表明：煤渣磚導致的7照射量率最高，達本底的
1．2～3．0倍；濕法提釩尾渣中放射性比活度雖有
所降低，但其中的天然原生放射性核素不容忽
視‘1引。
2．2 穩(wěn)定化處理
含釩炭質(zhì)頁巖在提釩過程中，原來為不溶性
的釩轉(zhuǎn)化為水溶性釩，而尾渣洗滌往往難以完全
洗凈。制備產(chǎn)品時，要充分考慮利用石灰等與提
釩尾渣相混合進行穩(wěn)定化處理，使渣中水溶性釩
轉(zhuǎn)化為釩酸鈣等不溶型物質(zhì)而降低毒性，確保制
品安全[z0。。
3 關于提釩尾渣資源化的思考
含釩炭質(zhì)頁巖提釩尾渣的主要成分為SiO：、
AlzOs、Fe。0。、CaO、MgO等，是制備建筑材料等
多種產(chǎn)品的優(yōu)質(zhì)原料。但各地提釩尾渣的特點不
同，在研究制備相關產(chǎn)品時，需要充分考慮。
1)提釩尾渣中有價成分含量較高時，應首先
考慮提取其中有價成分，再對終渣進行資源化處
理；
2)含釩炭質(zhì)頁巖提釩尾渣成分復雜，所以首
先要充分考慮尾渣的物質(zhì)組成，這是尾渣資源化
的重要基礎；
3)由于尾渣數(shù)量巨大，需要優(yōu)先選擇能夠大
量利用尾渣的方案，并充分考慮釩礦山附近相關
輔助資源配置情況，以創(chuàng)造更大的環(huán)境效益；
4)含釩炭質(zhì)頁巖提釩尾渣天然放射性核素含
量較高，需要充分考慮放射性核素的限量對資源
化產(chǎn)品的影響，并充分考慮尾礦放射性核素的變
化情況；
5)含釩炭質(zhì)頁巖浸出提釩過程產(chǎn)生的水溶性
物質(zhì)不易洗滌干凈，制備產(chǎn)品時，應充分考慮浸出
毒性物質(zhì)的穩(wěn)定化處理，確保制品安全。
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Progress on Recycling Utilization in Tailings of Distilled
Navajoite of Carbon Shale
CHEN Wen-xiang
(Guizhou Q哪盯Laboratory of Geological&amp;amp;Mineral Resource。Guizhou Engineering Research Center Tor
Comprehensive Utilization of Precious Metals Mineral Resources，Guiyang 550004，China)
Abstract：Research status on comprehensive utilization of extracted vanadium trailings of navajoite of
carbon shale manufactures all kinds of material such as cement，wall brick，microcrystalline glass，ceramsite
。ceramic tile，fillerofrubber and pavement base materials etc are introduced．It iS put forward
that we should take into account to extract the valuable element in the trailings firstly，consider its
material constituent adequately，give preference to select the products scheme of making use of the
lots of trailings，pay high attention to the effects of its radioactive nuclide to the comprehensive utili—
zation products and stabilizing treatment to its leaching—out toxicity material．
Key words：stone coal shale；extracted vanadium tailings；comprehensive utilization
萬方數(shù)據(jù)

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