石煤氧化浸出法提钒工艺,属于全湿法工艺,在浸出过程中加入氧化剂作为助浸剂,能大幅改善钒的浸出效果,实现高效清洁生产的目的。浸出操作是石煤提钒工艺中的关键环节,直接影响到产品的的回收率和对环境污染的控制。对石煤钒矿氧化浸出动力学进行详细的研究,可为选择清洁、高效、廉价、来源广泛的氧化剂以及合理的高效浸出措施奠定理论基础,对改进实际操作、提高生产率具有重要的意义。针对以上问题,本文以湘西地区的石煤钒矿为原料,研究了石煤钒矿氧化浸出过程的动力学机理,主要包括三部分内容:1、单一价态含钒石煤矿样的制备:通过分析石煤原矿中钒的价态分布及焙烧过程中钒的价态变化情况,选取古丈石煤原矿制备+3价态含钒石煤矿样,保靖石煤原矿制备+4、+5价态含钒石煤矿样。根据石煤中钒的存在形式及溶解性,采用硫酸溶液直接浸出法制备+3价态含钒石煤矿样,焙烧-碱浸法制备+4价态含钒石煤矿样,两段焙烧法制备+5价态含钒石煤矿样,通过单因素实验研究和分析,控制合适的浸出条件和焙烧条件,可制备得到各单一价态钒含量大于98%的含钒石煤矿样。2、氧化浸出实验研究:针对单一价态含钒石煤矿样和石煤原矿,筛选出合适的助浸氧化剂,考察了氧化剂用量、液固比、硫酸浓度、浸出温度及浸出时间等因素对钒浸出率的影响,并设计正交实验优化条件,实验获得了最佳的浸出条件,其中硫酸浓度和浸出温度是影响钒浸出率的主要因素。3、钒浸出过程动力学机理研究:在优化浸出条件的基础上,采用核收缩模型研究单一价态含钒石煤矿样和石煤原矿氧化浸出过程的动力学机理。+3价态含钒石煤矿样氧化浸出过程受固膜扩散控制,表观活化能为63.22 kJ/mol,表观反应级数为1.303。+4价态含钒石煤矿样,在35~60℃条件下,浸出过程受化学反应控制,表观活化能为32.32 kJ/mol;在65~95℃条件下,浸出过程受固膜扩散控制,表观活化能为49.04 kJ/mol。在实验用硫酸浓度范围内,表观反应级数为1.018,当硫酸浓度大于30%时,浸出过程由化学反应控制转化为固膜扩散控制。+5价态含钒石煤矿样直接浸出过程受化学反应控制,表观活化能为28.28 kJ/mol,表观反应级数为1.015。古丈、保靖石煤原矿中钒的赋存状态相似,其氧化浸出过程均受够膜扩散控制,由于两者钒价态的分布有较大的不同,其氧化浸出反应表观活化能及表观反应级数的大小有所差异。古丈、保靖石煤原矿氧化浸出反应表观活化能分别为64.81 kJ/mol、58.68 kJ/mol,表观反应级数分别为1.414、1.326。石煤钒矿氧化浸出动力学过程与钒的价态分布密切相关:V(Ⅲ)较难浸出,V(Ⅳ)次之,V(Ⅴ)最易浸出,将低价钒氧化为易浸出的高价钒,可有效提高钒浸出率。通过分析石煤钒矿中钒价态的分布,可对钒浸出过程的动力学机理进行预测,并推断出影响钒浸出效果的关键因素,由此便能初步选择该石煤钒矿的提钒工艺。