年处理49.5万t含钒石煤综合回收利用开发项目可行性研究报告.doc

含钒石煤（49.5万T/A）综合利用项目

可行性研究报告

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目 录

1 概述 5
1.1 项目基本情况 5
1.2 项目建设依据 7
1.3 已有工作基础 7
2 资源与市场分析 8
2.1 钒、石煤的性质和用途 8
2.1.1 钒的性质和用途 8
2.1.2 石煤的性质和用途 10
2.2 含钒资源概况 11
2.2.1 国内外资源简述 11
2.2.2 常山含钒石煤资源概况 13
2.3 钒的市场需求 14
2.3.1 钒需求的历史与现状 14
2.3.2 钒的需求远景预测 15
3 国内外钒业发展概况 17
3.1 国内外钒工业概况 17
3.2 提钒技术路线 18
3.2.1 钒钛磁铁矿提钒 18
3.2.2 工业废料提钒 19
3.2.3 石煤提钒 19
4 产品方案及生产规模 21
4.1 产品方案 21
4.2 生产规模 21
4.3 工作制度 22
5 工艺技术方案 22
5.1 工艺技术方案的选择 22
5.2 工艺流程和物料平衡 23
5.2.1 原则工艺流程 23
5.2.2 伴生硫综合回收工艺 24
5.2.3 湿法提钒工艺 25
5.2.4 主要技术指标 27
5.2.5 物料平衡 27
5.3 消耗定额 29
5.4 主要工艺设备计算选择 30
5.4.1 破碎设备的选择 30
5.4.2 磨矿设备的选择 33
5.4.3 浮选设备的选择 34
5.4.4 浸出设备的选择 35
5.4.5 萃取设备的选择 36
6 环境保护 37
6.1 项目污染物排放 37
6.1.1 液体废弃物 37
6.1.2 固体废弃物 38
6.1.3 气体废弃物 38
6.1.4 噪声 39
6.2 设计中采用的环保措施 39
6.2.1 废水处理措施 39
6.2.2 废渣处理措施 40
6.2.3 废气处理措施 41
6.2.4 噪声处理措施 42
6.2.5 “三废”处理主要设备 42
6.2.6 拟执行的“三废”排放标准 42
7 工厂组织和劳动定员 44
7.1 工厂组织机构 44
7.2 劳动定员 44
8 投资估算 46
8.1 设备及安装 46
8.2 建构筑物 47
8.3 项目总投资估算 48
9 技术经济分析 49
10 结论 51

1 概述
1.1 项目基本情况
⑴ 项目名称
年处理49.5万t含钒石煤综合回收利用开发
⑵ 项目建设单位
建设单位：浙江豪美钒业有限公司 。总负责人：。
该公司系专为建设本项目成立（已完成工商预核准登记），拟为浙江三美化工股份有限公司全资子公司。
浙江三美化工股份有限公司注册地为浙江省武义县胡处工业区，法人代表胡荣达。公司创办于1992年，原以莹石采选加工为主，1999年公司依托本地得天独厚的莹石资源优势，采用国内先进的工艺技术装备，凭借成熟的现代企业管理制度和企业经营理念进军氟化工生产领域，成为一家集莹石采、选和氟化工综合性生产开发的现代化企业。公司2001年通过ISO9000质量管理体系认证，2004年通过ISO14001环境管理体系认证，并相继获得“浙江省清洁生产认证企业”、“浙江省安全生产标准化达标企业”称号； 连年被评为“浙江省纳税大户”、“浙江省信用AAA级企业”、“浙江省守合同重信用单位”、“金华市百佳守银行信用单位”。目前公司年产AHF（无水氟化氢）70000余t，HCFC-22（二氟一氯甲烷）200余t，HCFC-141b（二氯一氟乙烷）35000余t，HCFC-141b（二氯一氟乙烷）50000余t，HCFC-142b(一氯二氟乙烷)5000余t，HFC-152a(二氟乙烷)5000余t，HFC-32（二氟甲烷）5000余t、工业氢氟酸8000余t、氟硼酸2000余t、试剂氢氟酸1000余t、试剂氟化氢铵和氟化铵1500余t、试剂氟硼酸600余t、工业氟化盐8000余t、混合制冷剂R406a 5000余t及各种ODS（消耗臭氧层物质）替代品，并正在致力于高技术含量、高附加值氟化工产品的开发。公司现已成为我国重要的氟化工生产基地之一，产品得到了中外客户的广泛信赖。
⑶ 项目拟建地点
项目建设地点位于常山县芳村镇工业园区。
⑷ 项目拟建内容和目标
首期以钒和石煤为主产品，对含V2O5（五氧化二钒）≥1.0%的石煤矿进行“钒—石煤—硫”综合回收利用开发。首期总投资不低于3亿元，总装机容量3833.8kw以上，年总销售收入4.25亿元，年增值税6173.98万元，年所得税4872.45万元。
二期（在首期建成并达产后）对钒进行深加工开发，包括三氧化钒、钒铁、氮化钒等系列产品生产。还可依据自有资源引进、消化世界先进技术进行钒电池等钒的高、新科技产品开发。此外，对石煤、硫精矿等产品也可考虑发电、发展建材、制取硫酸等深度开发，以资源为依托、技术为动力、市场为导向，尽可能拓展产业链，将企业做大做优做强。
项目建设的最终目标是建设一个产权清晰、权责明确、管理科学、环境优雅，经济、社会效益俱佳，具有良好企业文化和现代企业形象的高新技术产业群。力争为推动常山县区域经济的可持续发展做出较大的贡献。
1.2 项目建设依据
石煤开采是常山县传统产业之一。据常山县志记载，早在明万历年间常山就有使用石煤烧制石灰的生产活动，“芳村一带用石煤作生活燃料，至今已有二百多年历史”。然而常山石煤长期以来始终处于初级开采利用阶段，因其发热量小经济价值不高，简单无序的开采对矿区自然环境的破坏也较严重，为保护资源和环境，近年来省国土资源管理部门对石煤的低级开采利用进行了限制。
常山石煤中伴生有多种有用金属，其中部分区段钒的含量已具工业开采价值。钒是钢铁工业等许多领域重要的添加剂，有“现代工业味精”之称。我国是钒的消费大国之一，同时也是对钒的需求潜力最大的国家，钒的市场前景良好。2005年以来国家发改委《产业结构调整指导目录》一直将“低热值燃料（含煤矸石）及煤矿伴生资源开发利用及设备制造”列为鼓励类建设项目，因此开展对常山含钒石煤的综合利用完全符合国家产业政策，同时可高起点恢复常山的传统产业，使常山的优势资源在振兴本县经济方面发挥应有的作用。
1.3 已有工作基础
含钒石煤的综合开发利用属于资源依赖和技术依赖型产业。从1971年开始，地质部门就在常山的东鲁和芳村石煤矿区开展了地质勘查工作并探明了储量，证明常山石煤资源储量较大且普遍含钒，部分区段存在富钒石煤，其中原本对石煤有害的硫（黄铁矿）也有综合利用价值。因此资源有可靠的保证。
石煤提钒技术早在上世纪70年代我国就已研究成功，随着技术的不断进步，早期的对环境有严重污染的“钠化焙烧-浸出”提钒技术目前已被新的“非钠化焙烧-浸出”或“全湿法直接浸出”工艺取代。新工艺不仅技术上取得了突破，且环境友好，经济效益更佳。根据70年代采用老工艺对常山石煤进行的提钒试验，常山含钒石煤具有较好的浸出提钒效果，这为采用新工艺对该矿进行综合利用的可行性提供了较高的参考价值。

2 资源与市场分析
2.1 钒、石煤的性质和用途
2.1.1 钒的性质和用途
⑴ 钒的性质
钒（Vanadium），化学符号V，元素周期表中序数为23，原子量50.9414。化合价有+5、+4、+3、+2，可以阳离子状态存在，也可以阴离子状态存在，最稳定的是五价钒的化合物。钒与氧有很高的亲和力，能形成从+2～+5价的各种化合物，其中最重要的是五氧化二钒。钒在地壳中的丰度约为0.02%，高于铜、锌、镍、铬等，因此，钒在自然界的分布很广。钒很难形成独立的矿床，常与其它金属或非金属矿物伴生产出。目前已知钒的矿物有60余种，其中大多数为次生氧化矿物，工业意义不大。钒的主要矿物形态有钒钛磁铁矿、钒钾铀矿、钒铅矿、绿硫钒矿、钒云母等。
钒金属是一种高熔点金属，呈银白色略带蓝色，密度5.96g/cm3，熔点1890±10℃，沸点3380℃，具有延展性，无磁性；含有氧、氮、氢时则变脆、硬。钒在较高的温度下与原子量较小的非金属形成稳定的化合物；在低温下有良好的耐腐蚀性；易溶于浓硫酸、浓硝酸和氢氟酸中。金属钒为体心立方晶格，能与多种金属形成合金。钒进入合金后可增强合金的强度，降低热膨胀系数。
⑵ 钒的用途
直接作商品用途的金属钒较少，工业上钒的使用形态主要是五氧化二钒（V2O5）和钒铁（FeV）。
全球约85～90%的钒用于钢铁工业，由于钒钢具有强度大，韧性、耐磨性及耐蚀性好等特点被广泛应用于输油(气)管道、建筑、桥梁、钢轨和压力容器等工程建设中。在结构钢中加入0.1%的钒，可提高强度10～20%，减轻结构重量15～25%，降低成本8～10%。高强度的含钒钢可减轻金属结构重量40～50%，成本则比普通结构钢低15～30%。钒在钢铁工业的消费量中，碳素钢占38%；高强度低合金钢占20%；合金钢占19%；工具钢和不锈钢占10%。
　　钒和钛组成的重要金属合金Ti-6A1-4V，可用于飞机发动机、宇航船舱骨架、导弹和军舰的水翼与引进器、蒸汽涡轮机叶片、火箭发动机壳等。此外，钒合金还应用于磁性材料、硬质合金、超导材料及核反应堆材料等。
钒在电池中的应用是以钒的氧化物作为电池的电极材料，如V2O5和V6O13（十三氧六钒）用作锂电池的正极。钒电池概念首次提出于1985年，是一种新型能源存储技术，优点是可在常温下安全使用，制造成本低。与目前市场上常见的铅酸电池、镍氢电池等相比，具有功率可达兆瓦级、使用寿命长达20年、支持频繁大电流充放电等明显技术优势。
在化学工业中应用的钒制品主要有V2O5（98～99.99%），NH4VO3（偏钒酸铵）、NaVO3（偏钒酸钠）及KVO3（偏钒酸钾）等，分别应用于催化剂、陶瓷着色剂、显影剂、干燥剂及生产高纯氧化钒或钒铁。
　　除了以上的应用领域外，钒还在玻璃、陶瓷、医学等方面有比较广泛的用途。
2.1.2 石煤的性质和用途
石煤是一种含碳少、发热值低的劣质无烟煤，又是一种低品位多金属共生矿。生成于古老地层中，由菌藻类生物遗体在浅海、泻湖、海湾条件下经腐泥化作用和煤化作用转变而成。石煤大多具有高灰、高硫、低发热量和硬度较大的特征。按灰分和发热量，石煤可分为一般石煤和优质石煤。一般石煤的灰分为40～90%，发热量在16.7MJ/kg以下；优质石煤的灰分为20～40%，发热量为16.7～27.1MJ/kg。石煤类型的划分有多种，按结构、构造，石煤可分为块状石煤、粒状石煤、鳞片状石煤和粉状石煤。按所含矿物杂质的主次，石煤可分为硅质石煤和钙质石煤。
含碳量较高的优质石煤呈黑色，具有半亮光泽，杂质少，相对密度1.7～2.2。含碳量较少的石煤，呈偏灰色，色泽暗淡，夹杂有较多的黄铁矿、石英和磷、钙质结核，相对密度2.2～2.8。
热值偏高的石煤，在改进燃烧技术后，可用作火力发电的燃料。在我国南方缺煤地区石煤常用作民用燃料。此外，石煤还可用于烧制水泥、制造化肥，甚至生产煤气；灰渣可以制作碳化砖等。
在我国石煤矿床中已发现的伴生元素多达60多种，其中可形成工业矿床的主要是钒，其次是钼、铀、磷、硫、银等。随着提取冶金技术的发展，对于含V2O5达0.8%以上的石煤，可提取V2O5，低于该含量的钒及其它伴生有用元素，因提取成本高暂无法利用。
石煤中的有害元素S（硫）赋存形态主要是黄铁矿，石煤用作燃料时，黄铁矿在高温下分解释放出大量SO2（二氧化硫）气体，会造成严重大气污染。当石煤中的含硫量达到足以将黄铁矿作为一种副产品回收，或在石煤提钒作业中同时将黄铁矿选出，则有可能实现石煤脱硫。黄铁矿是工业上制取硫酸的原料，制取硫酸后的烧渣还可以用作钢铁冶炼原料。
2.2 含钒资源概况
2.2.1 国内外资源简述
全球98%的工业钒产自钒钛磁铁矿。世界钒资源（钒钛磁铁矿）储量约15980万t，其中南非占46%，独联体占23.6%，美国占13.1%，中国占11.6%，其它国家总和不足6%。除钒钛磁铁矿外，其它含钒资源主要是磷岩矿、含铀砂岩和粉砂岩矿等，此外，铝土矿、含碳质原油、煤、油页岩及沥青砂等矿物中都含有少量的钒。由于技术原因，过去人们对石煤含钒资源的认识并不充分。
我国钒（钒钛磁铁矿）资源非常丰富，是全球钒资源储量大国。主要分布于全国10多个省市（区），但大部分集中在四川，占全国总量的62.2%，其次是河北、湖南和甘肃等省。四川攀西地区蕴藏着丰富的钒钛磁铁矿资源，其中钒的资源量按V2O5计达1570 万t，列国内第一位。
石煤含钒矿床是近十年来受到重视的新的成矿类型，称为黑色页岩型钒矿，主要含钒矿物是含钒伊利石。石煤广泛分布于我国南秦岭区的川北、陕南、鄂西北、豫西南和江南隆起周围的浙江、江西、湖北、湖南、广西、贵州等省的寒武纪～志留纪地层中，其中以南秦岭区储量最为丰富。美国、前苏联和欧洲各国的早古生代或更老的地层中，也发现有类似的石煤，但多未构成工业矿床。据国家原煤炭部有关资料统计，我国石煤中钒的总资源储量为我国钒钛磁铁矿中钒总量的７倍。全国探明含钒石煤资源储量达6l8.8亿t，其V2O5品位多在0.1～0.5%，总钒量达1.18亿t，占我国V2O5总储量的87%，超过世界其他国家和地区钒的总储量，其中在现阶段有工业开采价值（V2O5含量0.8%以上）的达800万t，约占石煤总钒量的7%。我国有经济价值的含钒石煤资源量巨大，具有中国特色的石煤提钒已成为我国钒业发展的一个重要方面并受到越来越多的重视。有效回收石煤中的钒是石煤综合开发利用的重要途径。
2.2.2 常山含钒石煤资源概况
常山含钒石煤主要分布于芳村和东鲁，储量较大。早在1976年和1981年，煤田地质部门就分别对东鲁和芳村进行过地质详查和普查工作，探明东鲁石煤资源总储量（B+C+D）20234.89万t，其中伴生V2O5资源量100.65万t，黄铁矿资源量269.33万t；探明芳村石煤资源总储量（B+C+D）4396.66万t，伴生V2O5资源量92.39万t，黄铁矿资源量181.19万t。
根据上述地质报告，东鲁石煤的灰分为74.22～94.14%，发热量为4.87～7.13MJ/kg，其中含V2O5 0.62%，含S 1.43～2.68%。芳村石煤的灰分为70.89～76.18%，发热量为6.40～6.54MJ/kg，其中含V2O5 0.4～0.58%，含S 2.65～2.68%。两处石煤均为一般石煤，发热量不高（但部分块段最高超过16 MJ/kg）,平均含硫量较高，含钒量偏低。
常山石煤中平均含钒量虽然不高，但资源总量达到193.04万t，局部块段有富集，如芳村矿区A煤层中V2O5品位最高达2.13%，B煤层中V2O5品位最高达1.40%。由于原地质工作均以石煤为主要勘查对象，对钒等伴生矿产未进行系统的地质调查，报告中有关钒储量和品位的描述不够详细。按估测，常山含钒石煤中V2O5含量在0.80%以上的五氧化二钒资源量不低于10万t，其中达1.00%以上的五氧化二钒富矿资源量在3～4万t。在地质工作以后的二十多年中，常山石煤经历了一定规模的开采，但主要富钒石煤损失不大，其保有储量仍在3万t以上。因此，在目前技术条件下，对常山含钒石煤部分区段进行石煤－钒－硫综合利用开发，具有较可靠的资源保证。
以芳村矿区B煤层为代表，石煤灰分成分分析结果见表2-1。由此可见，原矿中的铁、钙、镁等含量偏高，是影响酸浸提钒的不利因素。但富钒石煤原矿的化学组成在原地质报告中未作说明，尚需在以后工作中进一步检测。

表2-1 芳村矿区B煤层石煤灰分成分分析结果
含量值
SiO2
Al2O3
Fe2O3
CaO
MgO
TiO2
SO3
K2O
Na2O
最高(%)
85.52
12.48
7.94
5.22
2.83
0.63
4.05
4.45
0.18
最低(%)
64.64
3.72
4.39
1.09
0.46
0.15
0.10
1.44
0.06
平均(%)
73.58
6.95
5.67
3.04
1.63
0.39
2.04
3.02
0.11

2.3 钒的市场需求
石煤开采是常山的传统产业之一，其市场需求形势在此不作赘述。钒是决定常山石煤综合利用开发的关键，因此本《项目简介》仅对钒的市场状况作一概述。
2.3.1 钒需求的历史与现状
从1991年到1997年，世界钒的消费量由2万t/a增加到3.8万t/a，至2005年，这一数字达到7万t/a，2008年超过9万t/a，表明了良好的需求发展。主要动因来自钢铁产量增加和钢铁技术进步导致的对高强度低合金钢的需求增加。
由于钒在钢铁中的消费量占钒总消费量的90%，近30年来，世界钒需求量随着钢产量的增加以每年4～6%的速度增长。国际上通常用钒消耗强度表示钢铁业钒的应用水平。钒消耗强度按每生产1000t钢所消耗钒的kg数表示。从20世纪80年代到1998年，世界平均钒消耗强度由30kg/1000t上升至50kg/1000t，增加了67%，并且仍在进一步增加。中国同期钒消耗强度仅为20～25kg/1000t，其差距显而易见。为了提高产品档次，以前用量不多的中国等亚洲市场增加了钒消费量。2006年上半年我国含钒特殊钢产量同比增长了22.5%，远超过钢产量的增长幅度。进入2003年后，钒对改变钢铁产品特性、提升产品档次的作用逐步被国内大多数钢铁企业所认同，从而拉动了对钒产品的需求，价格不断上升。最近的历史上，中国从1980年开始由一个钒的进口国，变成钒的出口大国，而2005年之后又由钒产品净出口国转变为净进口国。为了限制钒产品的出口，2007年7月1日起，我国取消了五氧化二钒的5%的出口退税率。目前中国对钒的需求量已超过4万t/a，钒产品的供需缺口达2万t/a。由此可见，在过去的30年中我国钒工业的发展相对滞后于钢铁等主要钒应用产业的发展。
2.3.2 钒的需求远景预测
未来不断发展的世界钢铁业对钒的需求仍然是钒消费量增长的主要动力。我国是世界第一产钢大国，但钢铁工业的钒消耗强度明显落后于世界先进水平。以钢筋为例，我国目前仍在大量使用Ⅱ级钢筋，Ⅲ级钢筋所占比例仅为10%左右，国际通用的钢筋是460MPa的Ⅲ级钢筋，而欧洲已经在使用500MPa的高强度钢筋。因此，我国钒钢的生产和应用比例呈逐年增加趋势。2002年建设部颁布新的《混凝土结构设计规范》正式把HRB400（新Ⅲ级）螺纹钢筋列为混凝土结构的主导钢筋。国家发改委《产业结构调整指导目录（2005年）》将高强度钢、400MPa以上螺纹钢筋产品列为鼓励发展类别。按照建设部、中钢协的钢铁产品结构调整规划，2005年后新Ⅲ级螺纹钢筋产量要逐步达到螺纹钢筋总量的50%以上，因此近几年我国钢铁工业钒消耗强度已增加到30～35kg/1000t，并正在加速向50kg/1000t的世界先进水平靠拢。这意味着仅满足钢铁工业的消耗一项，钒产品每年新增消费量就在30%以上，市场发展前景十分广阔。预计2010年以前国内在钢铁工业的钒消费量可达2～3万t，折合五氧化二钒3.57～5.35万t。
此外，钒在非钢铁领域的应用，特别是钒电池、钒铝合金、氧化钒薄膜等已引起了业界广泛的重视，它蕴藏着巨大的市场潜力。据英国Roskill公司估计，世界非钢领域对钒的需求在近10年内可提供1万t/a（V2O5）的市场空间。
钒电池（VRB）是当今世界上规模最大、技术最先进、最接近产业化的高效可逆燃料电池，具有功率大、容量大、效率高、成本低、寿命长、绿色环保等一系列独特优点，在风力发电、光伏发电、电网调峰、分布电站、军用蓄电、交通市政、通讯基站、UPS电源等广阔领域有着极好的应用前景。目前在日本、加拿大、美国、澳大利亚、西欧等国家和地区已开始取代容量小、寿命短、污染大的铅酸电池，其中日本电池用V2O5的消费量已超过5000t/a。我国的攀钢、承钢等目前也正在研究钒在蓄电池中的应用。
据统计，2008年世界钒电池市场需求量为30.75GW（吉瓦）,其中中国需求量为18.95GW。预计到2010年和2020年，世界钒电池市场需求量将达到53.75GW和362.5GW，其中中国需求量将达到26.38GW和81.5GW。随着钒电池技术的迅猛发展，在钒电池引领的一场重大的新能源产业革命的同时，钒的需求量将得到大幅提升。

3 国内外钒业发展概况
3.1 国内外钒工业概况
世界三大产钒国为南非、中国和俄罗斯，本世纪初其所产钒量占世界总产量份额分别为45.5%、29.5%、22.7%，其他国家仅占2.3%。排名前三位的生产厂商分别是：南非第二大钢铁公司Highveld公司，中国攀钢集团和瑞士矿业巨头XstrataAG公司（钒矿位于南非），三家的钒产量合计超过世界总量的55%。
中国钒工业起步于上世纪50年代。1958年恢复并扩建锦州铁合金厂提钒车间，以承德大庙含钒铁精矿为提钒原料；1960年以后国内陆续有其它以钒钛磁铁矿为原料的提钒厂建成投产；1972年攀枝花钢铁公司雾化提钒车间建成投产。1994年承德钢铁公司钒钛公司成立。90年代及以后湖南、陕西、湖北、江西等省建成一些以石煤为原料的提钒企业。从上世纪80年代开始，中国成为世界主要产钒国家之一。
我国的钒工业处于世界领先水平。攀钢集团和河北钢铁集团（承钢）是我国目前二个最大的钒生产商，按V2O5产量计，攀钢和承钢钒制品产能分别为2万t/a和1万t/a左右。近年来承钢的钒制品生产规模不断扩大，因具有资源量庞大的潜在优势，其未来的产能目标是占国内产量的50%以上，全球产能的20%左右，成为全国乃至全世界最大的钒钛制品基地。
除钒钛磁铁矿外，我国对单一钒矿和其他铁矿、石煤矿、磷矿中的钒资源开发利用规模较小，原因是原矿品位低，生产成本高，污染严重，其利用受到市场价格或环保的制约。但石煤提钒近年来开始明显增加。
3.2 提钒技术路线
3.2.1 钒钛磁铁矿提钒
以攀钢为代表的国内外大型钒企均从钒钛磁铁矿中提取钒产品，技术工艺也基本相同。钒钛磁铁矿原矿经选矿得到的含钒铁精矿送入烧结、炼铁工序，得到含钒铁水，铁水经氧化、成渣，形成了含V2O5达10～25%的钒渣，此时的钒回收率为46～55%；钒渣经焙烧、浸出和沉钒等过程获得多钒酸铵；多钒酸铵再经焙烧、还原等过程得到V2O5或V2O3，此时可进一步采用电铝热法还原V2O5或V2O3来生产钒铁。世界上50～60%的钒初级产品均采用这种工艺生产。
从钒钛磁铁矿中提取钒的另一条路线，是用焙烧—浸出工艺对V2O5含量达1.8%的富钒矿石进行直接处理生产出钒酸盐或钒的氧化物。该工艺为南非和澳大利亚等国采用，其产量约占世界同类钒产品产量的25～30%。
3.2.2 工业废料提钒
利用工业废料提钒是回收各种含钒的电厂飞尘、废催化剂以及其它残渣中的钒，其工艺也是通过焙烧—浸出生成钒酸盐或钒的氧化物。在回收废催化剂中钒的同时，通常还对钴、钼和镍进行综合回收。采用这一路线生产出的钒产品约占世界产钒量的15～20%，主要分布在日本和北美。随着环保法规变得愈加严格，从各种含钒工业废料中回收钒正日益受到各国政府的重视。
3.2.3 石煤提钒
石煤提钒为我国独有，近20年中得到较大发展，但产能相对钒钛磁铁矿仍十分有限。
1912年美国首次公布“钠盐焙烧—水浸”法回收钒的专利。上世纪60年代我国采用此技术开展了直接从含钒石煤中提取钒的研究，先后完成了小试和半工业生产试验，得到纯度73～83%的V2O5产品，钒总回收率44%。由于工艺及设备复杂，技术要求高、指标差，动力能耗大，无经济效益，难以实现产业化。
70年代初，通过试验室、半工业和工业试验，我国研究出石煤自热钠化焙烧的平窑焙烧工艺，首次实现了建厂生产。到70年代末，石煤“加盐氧化钠化焙烧—水浸—水解沉钒—粗钒精制—精钒”的传统工艺初步形成，并被广泛采用。在氧化焙烧过程中，低价钒转化为5价，与碱金属的氧化物作用形成能溶于水的偏钒酸钠盐（NaVO3），经沉淀析出后再焙烧、还原得到V2O5。由于钒回收率低（一般不超过50%）、成本偏高、焙烧烟气（含有大量氯气、氯化氢气体）及沉钒废水对环境的污染严重等，该工艺后来受到限制或被取缔。
上世纪末，代替食盐的非钠化焙烧和全湿法直接浸出提钒工艺在我国得到发展，不仅改善了技术指标，环境污染程度也大大降低。无盐焙烧工艺是在高温下通过空气中的氧直接将3价钒氧化为酸可溶的5价，然后采用稀硫酸浸出，浸出液经净化沉淀出红钒，再将其溶解于烧碱水溶液中，用铵盐沉淀法制得偏钒酸铵，最后经煅烧制得含量大于99%、总回收率47～50%的V2O5。用氧化钙或碳酸钙代替食盐的非钠化焙烧工艺也称钙化焙烧工艺，石煤经焙烧后用稀硫酸浸出，浸出液经净化、萃取与反萃取、沉钒、脱铵等过程，得到含量为99%的V2O5，总回收率超过65%。生产实践证明，非钠化焙烧工艺在技术上可行，工艺参数容易操作控制，指标稳定，生产成本低，在石煤提钒生产中具有一定的推广价值。全湿法直接浸出提钒工艺是采用硫酸加氧化剂对石煤直接浸出，浸夜经萃取、反萃使V2O5富集，然后用铵盐沉淀，热解脱铵，最后制得纯度为98%的V2O5，钒的浸出率接近80%，总回收率达到75%。该工艺摒弃了焙烧作业，彻底解决了焙烧烟气对环境的污染问题，进入新世纪以来在我国陕西、河南、湖南等许多地区已得到普遍应用，创造了较好的经济、社会效益，成为石煤提钒生产的一条重要技术路线。
钠化焙烧工艺的主要优点是钒的浸出采用常温水浸，因而设备无须防腐，一般不会造成环境水系的污染，流程较简单；主要缺点是技术指标低，产生的大气污染严重且几乎无法治理。非钠化焙烧和全湿法工艺技术指标较好，无大气污染；但钒的浸出需用酸浸，其中全湿法工艺在浸出过程中还需加热，因此，在设备防腐方面有较高的要求，流程较复杂，设备较多，其污水组成相对前者也要复杂的多（但完全可以处理和控制，处理后可返回再用或达标排放）；此外，对于原矿中存在较多碳酸盐成分的石煤，会因酸的消耗量大和增加浸出液的净化设施而增加提钒成本，甚至因不宜采用酸浸而无法使用。故含钒石煤原矿的组成是影响非钠化焙烧工艺尤其是全湿法直接浸出工艺的关键因素。

4 产品方案及生产规模
4.1 产品方案
建设项目（首期）产品方案见表4-1。

表4-1 产品方案
序号
产品名称
主要成分
技术规格
备注
1
粉状五氧化二钒
V2O5
冶金级，V2O5含量≥98.00%
主产品
2
精制石煤粉
C
发热量≥7MJ/kg，全S含量≤0.70%
主产品
3
硫精矿（黄铁矿）
FeS2
标S含量≥35%
副产品

4.2 生产规模
建设项目的原矿处理量和产品产能见表4-2。

表4-2 原矿处理量和产品产能
序号
指标名称
单位
指标
备 注
1
原矿年处理量
万t/a
49.5
日处理量原矿量1500t
2
五氧化二钒年产量
t/a
3775.2

3
石煤年产量
万t/a
44.55

4
硫精矿年产量
万t/a
2.61

5
首期服务年限
年
10
初步确定

4.3 工作制度
建设项目的工作制度见表4-3。

表4-3 工作制度
车间名称
性质
年工作日
日工作班
班工作时
设备作业率（%）
破碎
间断
306
3
6
62.88
脱硫
连续
330
3
8
90.41
提钒
连续
330
3
8
90.41
环保
连续
330
3
8
90.41
机修
连续
330
3
8
90.41
化验
连续
330
3
8
90.41

5 工艺技术方案
5.1 工艺技术方案的选择
从含钒矿石中提钒的方法有二种，即湿法（直接法）和火法（间接法）。一般只是从含钒铁矿石中提钒时才用火法，即在高炉炼铁时钒被还原到铁水中，在下一步吹炼时富集于渣相，然后再对渣进行湿法提钒。从含钒石煤等矿石中提钒主要采用的是湿法。
传统的湿法工艺流程是：原矿－破碎－磨矿－混料－造球－加钠盐氧化焙烧－水浸或酸浸－萃取－沉淀－脱氨－五氧化二钒，属于半湿法工艺。因钠盐焙烧时产生大量含氯气体对环境污染严重，现已被取缔，取而代之的是加钙焙烧等非钠化焙烧。钙化焙烧温度一般为800～1000℃，焙烧时石煤中炭质被大量燃尽且挥发份及有害物质硫、磷等大量逸出，石煤作为燃料矿物已无再用价值，其大气污染程度也较严重，故焙烧不适用于常山石煤的提钒。
早在上世纪七十年代，浙江省化工研究所曾对常山东鲁Ⅱ线含钒石煤采用传统的钠化焙烧工艺进行过提钒试验，原矿含V2O5 0.53%，浸出率76.28%，初步证明常山含钒石煤具有较好的可浸性，这为该矿采用湿法提钒技术的可行性提供了基本依据。
近年来发展的含钒石煤全湿法直接浸出工艺，较传统湿法提钒技术取得了较大突破，避免了焙烧造成的石煤热值损失和大量有害气体的产生，同时提钒技术指标也得到很大提高，环境污染程度可以得到有效控制。伴生的黄铁矿（硫）通过增加浮选装置还可以作为副产品回收，变害为益。因此，对常山含钒石煤综合利用的技术方案应选择全湿法直接浸出工艺。
5.2 工艺流程和物料平衡
5.2.1 原则工艺流程
常山含钒石煤综合利用原则工艺流程见图5-1。矿山采出的石煤原矿（块度≤500mm）经破碎、磨矿达到适于脱硫浮选的粒级（-200目占65%）后，首先用浮选去除石煤中90%的黄铁矿（硫），再用全湿法直接浸出工艺提取五氧化二钒（V2O5回收率约75%）。脱硫过程可获得含标S 35%的硫精矿副产品，湿法提钒产出含V2O5达98%的五氧化二钒产品（粉钒或片钒）和精制石煤粉。生产过程“三废”污染可以控制，其中生产废水经处理后全部返回再用。

石煤原矿
破碎－磨矿

浮选脱硫

湿法提钒

精制石煤

硫精矿

五氧化二钒

废水处理

新水或回水

图5-1 含钒石煤综合利用原则工艺流程图

5.2.2 伴生硫综合回收工艺
伴生硫是影响石煤质量的有害杂质，单独浮选脱硫因增加成本而得不偿失，但结合湿法提钒则因大部分生产过程（破碎、磨矿）与后者共用从而使脱硫生产变得经济可行。伴生硫综合回收的浮选工艺流程见图5-2。根据地质资料，常山石煤中伴生硫主要以黄铁矿的形式存在，黄铁矿是一种可浮性较好的金属硫化矿，易采用常规浮选法选出，流程结构简单，为一次粗选一次扫选二次精选，硫入选品位2%，浮选回收率≥90%。硫浮选过程对石煤及其伴生钒均无不利影响，因此除硫后的石煤矿浆经浓缩后可直接进入后续湿法提钒作业，而浓缩溢流水则直接返回再用。脱硫过程基本无“三废”排放。

三段开路破碎

磨 矿
分 级

黄铁矿粗选

尾矿浓缩

黄铁矿精选Ⅰ

图5-2 伴生硫综合回收工艺流程图
回水池

铁粉
清水池

铁粉
黄铁矿扫选

黄铁矿精选Ⅱ

石煤原矿
硫精矿过滤

脱硫石煤矿浆

硫精矿

5.2.3 湿法提钒工艺
常山含钒石煤湿法提钒工艺流程见图5-3。脱硫浮选后的石煤矿回水池

铁粉
脱硫石煤矿浆
浓 缩
蒸汽
常压浸出
氧化剂、浸出剂

铁粉
固液分离
洗涤、过滤

铁粉
浸出液净化搅拌
沉淀剂
精制石煤粉

铁粉
固液分离
洗涤、过滤
沉淀物（排放）
浸出液还原
还原剂
萃原液pH调整
5级逆流萃取
4级逆流反萃
萃取剂再生
钒液氧化
氧化剂
反萃剂
pH调整剂
萃取剂槽

铁粉
铵化沉钒
沉钒剂
固液分离
洗涤、过滤
干燥、焙烧脱氨
五氧化二钒
废水处理

氨吸收
沉淀物（排放）
清水池

铁粉
图5-3 湿法提钒工艺流程图

浆浓度约为30%，将其浓缩至50%，此浓度下可直接加入氧化剂和浸出剂在一定温度（蒸汽加热至95℃）下对钒进行常压浸出，浸出完毕进行固液分离（洗涤、过滤），分离出的滤饼即为精制石煤粉产品；含钒浸出液经进一步沉淀净化可分离出其中大部分杂质成为萃原液，萃原液含V2O5≤5g/l，对其进行还原和调整pH值预处理后，经多级萃取－反萃得到高浓度（含V2O5≥100g/l）钒液，对此钒液在一定温度（90～95℃）下作氧化和铵化处理，即可沉淀出红钒（多钒酸铵）；红钒经脱水后再通过脱氨焙烧即制成五氧化二钒产品。生产过程中萃取剂完全循环使用。
5.2.4 主要技术指标
建设项目主要生产技术指标见表5-1。

表5-1 常山含钒石煤综合利用主要技术指标
名 称
产率
（%）
品位（%）
回收率（%）
V2O5
S
V2O5
S
原矿
100.00
1.00
2.00
100.00
100.00
硫精矿
5.27

35.00

92.00
精制石煤
90.00
0.25
0.17

钒产品(五氧化二钒)
0.92
98.30

75.00

5.2.5 物料平衡
⑴ 固体物料平衡
固体物料平衡计算根据生产过程分为二部分。伴生硫浮选生产过程固体物料质量平衡计算结果见表5-2，因黄铁矿不含V2O5，故对V2O5

表5-2 伴生硫浮选固体物料平衡表
作业
名称
编号
产物名称
矿石量
（t/d）
产率
（%）
S品位
（%）
S量
（t/d）
S分布率
（%）
全流程
1
原矿
1500.00
100.00
2.00
30.00
100.00
2
硫精矿
79.05
5.27
35.00
27.60
92.00
3
尾矿
1420.95
94.73
0.17
2.40
8.00
粗选
4
粗选原矿
1764.00
117.60
1.87
33.00
110.00
5
粗选精矿
294.00
19.60
10.00
29.40
98.00
6
粗选尾矿
1470.00
98.00
0.24
3.60
12.00
扫选
7
扫选原矿
1470.00
98.00
0.24
3.60
12.00
8
扫选精矿
49.05
3.27
2.45
1.20
4.00
9
扫选尾矿
1420.95
94.73
0.17
2.40
8.00
精选Ⅰ
10
精选Ⅰ原矿
334.95
22.33
9