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含钒炭质页岩提钒废渣资源化利用研究进展

文档作者：陈文祥文档来源：贵州省地质矿产中心实验室		点击数：	更新时间： 2024年06月06日
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第30卷第4期(总第120期)
2011年12月
湿法冶金
Hydrometallurgy of China
V01．30 No．4(Sum．120)
Dec．2011
含钒炭质页岩提钒废渣资源化利用研究进展
陈文祥
(贵州省地质矿产中心实验室贵州省贵金属矿产资源综合利用工程技术研究中心，
贵州贵阳550004)
摘要：介绍了利用含钒炭质页岩提钒尾渣生产水泥、墙体砖、微晶玻璃、陶粒、瓷砖、保温材料、橡胶填料以及路
面基层材料等各种材料的资源化利用研究现状。提出了在含钒炭质贞岩提钒尾渣资源化利用研究时，应首先
考虑提取尾渣中有价成分，充分考虑尾渣的物质组成，优先选择能够大量利用尾渣的产品方案，重点注意尾渣
放射性核素对资源化利用产品的影响，以及对尾渣浸出毒性物质的稳定化处理。
关键词：石煤钒矿}提钒尾渣；综合利用
中图分类号；X756 文献标志码：A 文章编号：1009—2617(2011)04—0268-04
含钒炭质页岩是钒的重要资源之一。含钒炭
质页岩中，V。0。含量低，平均品位0．8％，提取钒
后尾渣的量非常大。V：O。总回收率按80％估算，
每生产1 t V。0。，约产出156 t尾渣。目前，国内
V。O。年产量6～7万t，其中含钒炭质页岩按1万
t计算，则产出156万t提钒尾渣。大量尾渣挤占
农田，破坏生态，污染环境，严重制约提钒工业的
发展，因此，含钒炭质页岩提钒尾渣的资源化得到
了广泛研究。本文总结了提钒尾渣资源化利用研
究状况，提出了研究方向及应注意的问题。
1 利用提钒尾渣制备各种材料
1．1 利用提钒尾渣生产水泥
含钒炭质页岩提钒尾渣一般为高硅、铝废渣，
可作为生产水泥的原料。生产水泥时，渣用量大，
可大量消耗废渣。
王高法‘1 3研究了利用石煤沸腾焙烧提钒渣作
水泥混合材，发现石煤渣有较好的助磨作用，而且
效果显著。水泥磨可大幅度增产和节电，同时还
能提高出磨水泥的稳定性，缩短生产周期，是水泥
磨节电的一种新途径。
戴文灿[2]将广西上林钒矿厂炭质页岩钒矿焙
烧提钒尾渣用作水泥掺合料研制环保水泥，当熟
料、废渣、石膏和钢渣质量分数分别占65％～76％、
5％～15％、4％和5％～12％时，生产出的生态水泥
的各项性能均优于425号普通硅酸盐水泥。但这
种方法废渣掺入量太低，无法大规模利用废渣。
戴文灿等[31研究了利用焙烧提钒尾渣以等量
法取代水泥制备混凝土。废渣的加入能改善混凝
土的流动性、可泵性，增加混凝土的坍落度、扩展
度。超细石煤废渣能与水泥形成二级微观填充体
系，提高混凝土的密实度，并能明显增强混凝土的
耐久性和耐腐蚀性。但由于尾渣掺入量少于
20％，所以消耗尾渣的量有限。一
“一种以铅锌尾矿与石煤提钒渣或石煤为主
要原料制备水泥熟料的方法”发明专利[43表明：将
生料按铅锌尾矿70％～75％、石煤提钒渣12％～
18％(或石煤15％～20％)、氧化铝0～2％、铁粉
O～2％、萤石0～1％(质量分数)混合后粉磨至
180目，然后送人回转窑中加入煤8％～12％，以
煤为燃料于1 360～1 450℃下进行烧成反应，之
后骤冷得水泥熟料。该法原料价廉易得，消耗量
大，熟料和相应水泥的强度高，可有效降低水泥生
产成本。
“石煤碱浸提钒的碱浸渣用作水泥填料的处
理方法”发明专利¨3则是将石煤空白焙烧碱浸浆
液过滤，滤液提钒，滤渣酸化后过滤，滤液再提钒，
酸化渣用作水泥填料。工艺简便适用，有一定效
收稿日期：201I-08—02
基金项目：贵州省地质矿产勘查开发局地质科研项目(编号：黔地矿科(2009)26号)。
作者简介：陈文祥(1966一)，男，汉族，贵州毕节人，硕士，高级工程师，主要从事化学选矿与湿法冶金研究工作．
万方数据
第30卷第4期陈文祥：含钒炭质页岩提钒废渣资源化利用研究进展·269·
益，既解决了废渣污染环境的问题，又提高了钒的
提取率和石煤的综合利用效益。
施正伦等[63根据提钒废渣的物化特性，设计
出一套配料方案，研究了提钒废渣的掺量对水泥
性能的影响。结果表明，提钒废渣为活性混合材，
在掺量为25％～40％时可单独用作水泥混合材，
且不论单掺还是和水泥厂石煤渣对掺，水泥各项
性能指标均符合GBl75—2007《通用硅酸盐水
泥》中复合硅酸盐水泥的要求，其强度均满足32．5
强度等级水泥要求。
1．2 利用提钒尾渣生产墙体砖
生产墙体砖是工业废渣的利用方向之一。
2000年，岳阳市新开新型建材厂完成了“新型建
材钒渣砖”的研究【7]。新型建材钒渣砖(灰砂砖)
是用钒渣、石灰、少量添加剂经搅拌、消化、压制成
型，再经蒸汽养护或太阳能养护而成的建筑用砖，
其规格为24 cm×11．5 cm×5．3 cm，自然容重
1 700 l 800 kg／m3，抗压强度7．5,--．20 MPa，抗冻
强度损失<20％，干燥收缩<0．6 mm／m，放射性比
活度<1。这种方法具有良好的社会效益、环保效
益、经济效益，开创了国内合理利用钒渣之先例。
时亮等[83对石煤渣烧制普通建筑用砖进行了
探索性试验研究，得到了制砖的可行性工艺参数：
黏土掺量10％，成坯加水量28％，烧结温度1 100
℃，保温时间4 h，最大粒径≤0．5 mm占70％以
上且最大粒径不大于2 mm。所得烧结砖的吸水
率和饱和系数均达到非严重风化区的黏土砖和粉
煤灰砖的要求，抗压强度达到MUIO标准，干燥
敏感系数与线收缩系数也满足要求。
1．3 利用提钒尾渣生产微晶玻璃
微晶玻璃是将加有晶核剂的特定组合的玻璃
在受控条件(一定温度)下进行晶化热处理，使成
为具有微晶体和玻璃相均匀分布的复合材料。
施其祥[9]利用钒矿渣为主要原料，铝矾土、石
灰石、白云石等为辅助原料，加入一定量晶核剂和
着色剂，研制出黑色主晶相为透辉石的矿渣微晶
玻璃。这种制品具有优良的化学稳定性，可用作
高级建筑装饰材料和防腐、耐磨材料。
谢飞[1们以贵州息烽地区镍钼钒矿渣为主要
原料，制备出以硅灰石为主晶相的矿渣微晶玻璃
原料。该方法矿渣利用率高，在75％以上；制备
出的微晶玻璃材料晶体显微结构较好，晶体自形
程度高。镍钼钒矿渣的物化性能优于天然石材。
微晶玻璃装饰板是21世纪很有发展前景的
新型装饰材料，虽然目前在国内的应用还不是很
广泛，但其发展势头良好，是未来提钒尾渣资源化
利用的重要方向之一。
1．4 利用提钒尾渣生产陶粒
陶粒是采用粉煤灰、黏土、页岩等材料作为原
料，在一定条件下烧结制成的陶质颗粒。陶粒具
有密度小、质轻，保温、隔热，耐火性能优异，抗震
性能好，吸水率低，抗冻性能和耐久性能好，抗渗
性好，抗碱集料反应能力优异，适应性强等优点，
广泛应用于建材、园艺、食品饮料、耐火保温材料、
化工、石油等部门。
时亮【8j以提钒浸出渣为主要原料，配加黏土、
六偏磷酸钠和有机钠盐，按优(石煤渣)：
仇(黏土)：m(黏结剂(十二醇硫酸钠))：m(六偏
磷酸钠)=77：15：3：5配方，加入40％～43％
的水，控制成球颗粒直径小于2．5 cm，在105℃
下干燥至恒重，控制焙烧温度1 220℃，焙烧时间
14 rain，烧制出的陶粒产品密度为776 kg／m3，筒
压强度为2．1 MPa，吸水率为7．5％，其质量达到
国标GB／T17431--1998优等品标准。
用提钒尾渣生产陶粒，渣消耗量大。这种方
法有望成为大量利用提钒尾渣的主要方法之一。
1．5 利用提钒尾渣生产瓷砖
我国是钒生产大国，每年产出的钒矿尾渣数
量巨大。用提钒尾渣作瓷砖坯料已研究了多年。
将钒矿尾渣与其他陶瓷原料计算配比，加工后再
进行压制成形或挤压成形制成砖坯，经过高温烧
成后即成为黑胎瓷砖产品L111。用钒矿尾渣生产
的瓷砖烧结性能好，色泽纯正，质地坚硬耐磨，在
使用性能与外观上可与黑色天然花岗岩相比肩。
目前，有些瓷砖厂已开始利用钒矿尾渣开发研制
陶瓷墙地砖产品。
1．6 利用提钒尾渣生产保温材料
刘小波等[1z]以石煤废渣为主要原料，掺入可
燃造孔物、黏结剂、外加剂等材料，加水混炼陈化，
再压制成半成品，经1 000℃左右的高温烧制工
业窑炉保温材料。研究得到的配方为：石煤渣
40％～60％，可燃造孔物30％～40％，黏结剂
12％～20％，外加剂0．10％～0．20％。采用该法
制备的保温材料具有耐压强、导热率低等特点，产
品保温性能好；但该法对石煤废渣的处理量不大，
难以大量利用石煤废渣。
万方数据
·270· 湿法冶金2011年12月
1．7 利用提钒尾渣制备橡胶填料
李晓湘等n叫以钛酸酯偶联剂为表面处理剂，
对石煤渣进行表面改性处理制得橡胶填料。这种
橡胶填料具有补强作用，可完全替代碳酸钙、碳酸
镁或陶土；用其替代部分炭黑，可以减少炭黑用
量，降低橡胶成本。
徐敏康等【14J研究了用石煤渣制备橡胶塑料
填料。石煤沸腾炉灰渣经物化处理后用于制备橡
胶塑料填充料，可等量或部分取代炭黑、白炭黑、
轻质碳酸钙等常规填料；制备的填料具有无杂质、
高浸润性、在胶料中分散性好、工艺性能优良、易
于混炼、吃粉速度快等特点；m(水)≤1．5％，325
目筛余≤1％，吸油值0．3～0．4 mL／g，吸碘值
14．39 mL／g，pH为8．0～10．0，密度为2．4～
2．6，沉实体积0．9～1．1 mL／g；基本性能与半补
强炭黑和通用炭黑相当，能改善制品性能，大幅度
降低橡胶制品成本；可广泛应用于橡胶、电缆和塑
料等必威体育官方网站
，其经济、社会、环保效益显著。
1．8 提钒尾渣用于路面基层材料
习应祥等[1朝根据湖南岳阳市新开塘乡工业
钒矿冶炼废渣的物理性质、化学成分及活性，按
m(水泥)：研(石灰)；m(土)：仇(钒矿渣)=5：
5：20：80比例混合，厚度25 cm，分2层铺筑，用
于沥青路面的底基层；按优(水泥)：m(钒矿渣)
：优(矿石)=7；70：30比例配合，厚度15 cm，
用于沥青路面基层；按m(水泥)：m(钒矿渣)=
7：100比例混合，厚度20 CITI，用于水泥混凝土路
面基层。配料中加入30％以上废渣可显著提高
压实效果。这种工业废渣用作路面基层材料可以
节省工程费用，改善生态环境，具有良好的经济效
益和社会效益。
孟庆余等[1们测试了湖北省崇阳县焙烧提钒
废渣的理化性能，针对低等级公路的底基层和基
层材料的强度要求研究了钒渣基层的强度发展特
点。结果表明：水泥石灰土稳定钒渣可用作路面
基层材料，其中水泥的加入明显提高钒渣基层材
料的早期强度；当钒渣用量为60％时，掺入3％的
水泥即可达到基层材料的强度要求。‘
路面基层材料可大量使用提钒尾渣。
2 提钒尾渣资源化利用应注意的问题
2．1 放射性
提钒尾渣数量大，成分较为复杂，用其制备各
种材料，尾渣中含有的天然原生放射性核素应加
以注意。高益群等n们曾对石煤渣建材房屋内氡
浓度进行了调查，含钒炭质页岩经焙烧提钒后，大
部分矿物质溶入尾渣，其放射性比活度提高近一
个数量级L1引。不同建筑材料成品放射性监测结
果表明：煤渣砖导致的7照射量率最高，达本底的
1．2～3．0倍；湿法提钒尾渣中放射性比活度虽有
所降低，但其中的天然原生放射性核素不容忽
视‘1引。
2．2 稳定化处理
含钒炭质页岩在提钒过程中，原来为不溶性
的钒转化为水溶性钒，而尾渣洗涤往往难以完全
洗净。制备产品时，要充分考虑利用石灰等与提
钒尾渣相混合进行稳定化处理，使渣中水溶性钒
转化为钒酸钙等不溶型物质而降低毒性，确保制
品安全[z0。。
3 关于提钒尾渣资源化的思考
含钒炭质页岩提钒尾渣的主要成分为SiO：、
AlzOs、Fe。0。、CaO、MgO等，是制备建筑材料等
多种产品的优质原料。但各地提钒尾渣的特点不
同，在研究制备相关产品时，需要充分考虑。
1)提钒尾渣中有价成分含量较高时，应首先
考虑提取其中有价成分，再对终渣进行资源化处
理；
2)含钒炭质页岩提钒尾渣成分复杂，所以首
先要充分考虑尾渣的物质组成，这是尾渣资源化
的重要基础；
3)由于尾渣数量巨大，需要优先选择能够大
量利用尾渣的方案，并充分考虑钒矿山附近相关
辅助资源配置情况，以创造更大的环境效益；
4)含钒炭质页岩提钒尾渣天然放射性核素含
量较高，需要充分考虑放射性核素的限量对资源
化产品的影响，并充分考虑尾矿放射性核素的变
化情况；
5)含钒炭质页岩浸出提钒过程产生的水溶性
物质不易洗涤干净，制备产品时，应充分考虑浸出
毒性物质的稳定化处理，确保制品安全。
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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
万方数据

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