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石煤提钒之火法工艺(钙化焙烧)

2013-1-18

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关键词:石煤提钒 钙化焙烧 清洁 湿法提钒 工业化 五氧化二钒 火法 提钒工艺

    经历2010年的钒系市场的震荡徘徊,笔者认为在未来的一年时间内,钒系产品市场表现不会特别给力。尽管“十二五”规划已经提出要扩大特种钢生产,但还需要一段时间的过渡期,2011年的市场仍存在许多的挑战。在技术层面上来说,2012年《钒工业污染物排放标准》的执行,对于提钒技术有了更高的要求,行业在一段时间内还会进行新一轮的洗牌。

笔者长期从事钒行业技术工作,对于行业有一定的认识。本篇文章侧重于石煤提钒火法工艺的探讨,阐述新时期火法工艺的某些观点。笔者本着同行业真诚交流的态度,希望同行指正并共同进步。

1 四问石煤提钒

1.1 什么是清洁提钒工艺?

清洁工艺也称无废工艺或少废工艺。指采用先进的生产工艺和设备,包括使用有毒有害原料的替代品,实现废物循环利用,来提高原材料能源的利用率及产品收率,使得在生产过程中不产生或尽****可能少产生废物。

在实际生产过程中,实现清洁提钒工艺还需要得到相应的工业化配置,实现清洁生产指标。如废水循环率80%以上工业废渣的处理等等。

依据笔者的理解,清洁提钒工艺不应该只是工艺路线的选择,项目做好初步设计,工艺设计流程上做好工业三废的处理,在生产实际上做出国内同行业的先进水平,才是清洁提钒工艺的真正体现。

1.2什么是火法提钒的发展方向?

目前我国存在石煤提钒行业的省份,对新建企业大多采取禁止采用加盐(含低盐)焙烧提钒技术的产业政策,比如河南、湖北、重庆、陕西、新疆、贵州等。

由于不能有效解决加盐焙烧提钒技术的环境污染弊端,废水中无机盐含量高,废水循环利用率低,生产过程产生大量外排废水,在企业的周边区域造成严重的环境纠纷!尤其随着《钒工业污染物排放标准》的即将实施,加盐焙烧提钒技术遇到了技术上无法逾越的难题。

九十年代初,湖南省煤炭研究所联合有关企业研究开发无盐焙烧提钒技术(不添加任何添加剂),目前该技术仅在湖南省怀化市的个别企业采用,矿石中钒的总收率在3845%之间,经过技术改进,收率有所提高。该技术对矿石有很强的选择性,而且收率低,不具备工业化推广价值。

用于焙烧过程的多元复合焙烧添加剂,只是对工艺过程的一种配方式改进,且均有一定的局限性,不属于火法提钒新工艺新技术的范畴。

钙化焙烧是以钙化物为添加剂,由于该技术无需加入钠盐,彻底消除了钠化焙烧带来的含氯化氢和氯气的废气污染问题,废水循环利用率达90%以上,有效解决了生产废水中无机盐含量高的问题。该工艺在贵州、河南、新疆、重庆等省市获得环保部门的项目批复,被认定为清洁提钒技术。在火法提钒领域,钙化焙烧已呈现出一枝独秀的局面,被认为是火法提钒未来的发展方向。

1.3什么是钙化焙烧?

钙化焙烧提钒工艺指的是含钒矿物添加石灰或石灰石,根据矿物的高温反应研究结果,含钒页岩(石煤)中的钒焙烧后,低价钒氧化为高价钒,石煤中的钒主要以硅钒酸钙和钙钛氧化物的形式存在。

该矿物的化学性质不稳定,在弱的酸性介质中能迅速溶解。偏钒酸钙类化合物在弱酸性环境下易于溶解进入液体,从而实现矿物中钒的分离提取。

钙化焙烧技术是在焙烧时加入一定量钙剂,焙烧时不仅没有HClCl2等有毒有害气体产生,钙剂还可固定含钒炭质页岩中的硫,进一步减少废气的污染。

1.4为什么钙化焙烧是成熟的工业化技术?

1.4.1 钙化焙烧工业化现状

钙化焙烧对于流程设计要求较高,对设备自动化程度有着一定的要求,前期投资高于传统的钠化焙烧工艺。

笔者在接触项目咨询的过程中,不少投资方对于火法提钒的传统钠化焙烧趋之若鹜,沉迷于其技术的成熟性,投资少,见效快。其经济性也被不断的放大,在此郑重申明:此路不通,无视环保,必自食恶果!同行业应自律,坚决抵制并打击非法炼钒厂。

在环保意识日益增强的今天,钙化焙烧的清洁性得到了充分体现,优势明显。在近些年来,大型火法提钒厂基本选用该工艺。

1.4.2石煤钙化焙烧低酸浸出提钒技术的研究过程和成果

1.4.2.1研究过程

笔者团队97年开始从事石煤提钒技术的系统研究。

对石煤提钒技术做了大量的基础研究,提出了钙化焙烧低酸浸出技术路线,取得了很好的研究结果,九十年代末,转浸率平均在7075%。

2000年,在湘西某厂进行了钙化焙烧的中试,焙烧转浸率76%。

此后,对后续过程做了进一步研究,技术逐步完善,并最终实现了工业化。

钙化焙烧低酸浸出离子交换提钒技术花费了科研人员十多年的时间,屡次进入工厂实验和中试,目前已在多个省数家企业规模化工业应用,技术成熟,具备工业化推广的条件。

1.4.2.2石煤钙化焙烧低酸浸出提钒技术特点

用钙盐(石灰、石灰石)替代食盐,完全消除了钠法焙烧技术的含HClCl2等有毒有害气体的废气污染问题。

对焙烧炉的选型和设计做了显著的技术革新,焙烧过程实现机械化,温度控制精度±10,生产效率高,劳动卫生条件好。

由笔者团队主持研发的步进式钒矿焙烧炉已经成功的在河南某厂运行两年多,日处理矿石300吨,是全国同行业****工业化规模运行的新型环保型钒矿焙烧炉;新建的一条日处理600吨矿石的焙烧炉目前处于试运行中。

(目前的焙烧设备大多选用平窑。平窑虽具有设备投资少的优点,但缺点明显,主要表现在床层温度难以控制、劳动强度大、卫生条件差、烟气无组织排放问题严重,由于床层温度难以控制,焙烧过程的转化率偏低,目前在一些省市已经禁止采用。)

焙烧料为低酸浸出(配酸浓度12%,硫酸),生产成本低、液体含杂质较少,利于工艺水循环利用。100吨矿石耗用硫酸4吨左右。

浸出渣采用机械过滤和洗涤,提高了收率,减少了矿渣在堆存过程中造成的地表水和地下水污染。

采用浸出液除杂新技术,产品质量可以稳定达到国标要求,并有效降低了废水中污染性物质的浓度。

强化废水处理和循环过程,废水循环利用率高,废水实现零排放或达标排放。研发的废水处理和回用工艺及技术,在多个省、市环保局通过专家评审,属于全国同行业领先。

2钙化焙烧的认识误区

2.1等同于钠化焙烧

在火法提钒领域,非法小钒厂禁而不绝,涌现的大批非法小钒冶炼厂,均采用加盐焙烧提钒技术,投资少、上马快、缺乏环保设施,造成一系列环保事件,给石煤提钒行业造成了严重的社会负面影响。在石煤钒矿产区,在社会上引起了谈钒色变

此外,部分学者为了宣传湿法提钒工艺,将钙化焙烧直接等同于钠化焙烧,如:加盐焙烧、钙化焙烧等火法工艺会产生氯气、氯化氢等污染气体。此类介绍是极不负责任的,也是没有任何科学道理的,钙化焙烧也会有氯气产生这样的评断根本就是不科学的。根据物料平衡大家都知道,物质不会凭空产生,也不会凭空消失,这样的文字不该是做技术的专业人员写出来的。

钙化焙烧在贵州、河南、新疆、重庆等多个省市获得环保部门的项目批复,被认定为清洁提钒技术,与传统提钒技术有着本质的区别。

2.2矿石选择性强

钙化焙烧在国内认同度不高,部分学者对此有一定的偏见,是行业内常见的现象。在部分资料文献也经常指出钙化焙烧对矿石选择性强,不适合工业化推广。

根据笔者对行业的了解,这些观点均引用于上世纪的资料文献,其实,钙化焙烧通过长期的工业化发展,技术瓶颈得到不断的突破,现已成为成熟的石煤提钒工业化技术。

在钙化焙烧提钒技术工业化推广的过程中,笔者亲历项目运作过程,接触了多个省份地区的矿石,实践证明,钙化焙烧适合国内大部分矿石提取,因此,该工艺对矿石选择性强的观点应在本世纪划上句号。

2.3火法即是污染

在石煤钒矿产区,非法炼钒热潮在社会上引起了谈钒色变。这种影响是巨大的,需要石煤提钒行业多年的努力,才能扭转行业的社会形象。部分学者甚至提出了火法提钒即是污染的行业观点,是缺乏科学依据和事实依据的。

钙化焙烧提钒技术与传统火法提钒工艺有着本质的区别,属于清洁提钒工艺。钙化焙烧技术优点如上述介绍,与现有的湿法提钒工艺相比,也有着明显的优势。湿法提钒用酸通常较高,超过20%,因此造成高成本和后续的设备腐蚀;铝、铁及重金属同时被转入溶液,和萃取过程带入的有机物一起,使废水成分复杂,要达到循环使用零排放或者部分达标排放,废水处理的过程复杂,处理成本和固定投资相应增高。

同时,酸性尾渣的过滤也存在困难,带式真空过滤机洗涤效率有待提高,浓密机对应的尾渣坝又是个难题,同时湿法提钒过程的尾渣后续利用难度很大;最后,湿法提钒过程中石煤的热值也得不到有效利用。

3 石煤提钒工艺

提钒工艺的选择一直是行业内争议较大的一个现实问题。科学的说,面对复杂多变的含钒原料,从来都不存在放之四海皆可行的提钒工艺,应针对各地石煤特性的不同,通过系统的选冶试验,选用适宜的提钒工艺。

在确定提钒工艺的时候,还需考虑政策因素。对于水污染特别敏感的区域,采用湿法提钒工艺和钠法焙烧提钒工艺,因为废水量特别大,虽可以配套相应的废水处理装置,但仍要特别慎重;对于空气污染特别敏感的区域,采用火法焙烧提钒工艺就应特别慎重。

在生产成本上,矿石品位、提取情况、原料区域价格等都是必须考虑的因素。另外石煤提钒技术市场比较混乱,各项技术标新立异,一些企业投资数千万元却无法产出产品,或技术经济指标低下。

一项技术是否成熟可靠,作为企业应重点考察该技术是否已经成功的应用于工业实践中了,一项技术的经济性怎样,应该由相关技术方拿出完整的单耗表作为判断的依据。

笔者个人认为,目前石煤提钒企业普遍忽视工厂设计,一些企业是边设计边施工建起来的,建设过程中一再追加投资,还有些企业根本就未进行设计,结果装置运行起来以后,设备不配套,达不了产也达不了标,装置一试运行,就不停的面临技改,严重影响企业的经济效益。

篇幅虽长,很多方面,在此也难以做出表述,望见谅。

后记:钒行业虽小,但其生产过程属于典型的化工冶金技术,具有很强的技术性,企业千万不可轻视工业技术的整体性、复杂性。行业不够成熟,整体水平不高都是行业发展的制约,钒企业需要一定的科学性才能可持续发展。

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石煤提钒的瓶颈与发展 石煤提钒企业与提钒工艺


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