本发明涉及含钒页岩的分解提取，具体地，本发明涉及一种焙烧提取含钒页岩中钒元素的方法。
背景技术：
稀有金属钒是一种重要的战略资源，素有“金属维生素”之称，在钢铁冶金行业作为添加剂能够有效改善合金的韧性弹性、强度、耐磨性等，有着广泛的应用；此外，钒在玻璃、陶瓷工业中可用作着色剂；在硫酸和石油化工生产中，可用做催化剂。近些年来，随着经济的发展及科技的进步，市场对钒产品的需求量逐年增加。
我国的钒资源丰富，主要以钒钛磁铁矿和含钒页岩的形式存在。其中，含钒页岩中五氧化二钒品位在0.5wt％以上的储量为7797.5万吨，是我国钒钛磁铁矿中钒储量的6.7倍，属于我国一种特有资源。我国是钒资源大国，更是钒需求大国。如何从我国储量丰富的含钒页岩中高效提取钒资源，一直是稀有金属冶金领域的研究热点。
含钒页岩中钒的赋存状态大多以三价为主，该价态下的钒较难溶于水或酸，常采用焙烧的方法将其氧化成可溶的四价或五价钒。总体来说，对这些资源典型提钒方法主要有以下几种：
1.钠化焙烧-酸(水)浸工艺。该工艺利用氯化钠的熔融分解产生的氯气和Na2O，将低价态的钒氧化成五价钒，并与Na2O结合形成易溶于水的NaVO3，NaCl的加入量为矿石的10％～20％，焙烧温度在780～850℃，焙烧时间2～3h。煅烧完后对物料进行水浸，通过加酸调节pH至1～1.5时沉红钒。煅烧后即可得到精制五氧化二钒。该流程对设备要求不高，技术简单。但是，工艺流程中产生了大量的有害气体，对环境污染较大，且钒的回收率仅有～50％，目前该法已被淘汰。
2.空白(氧化)焙烧-酸(水)浸工艺。空白焙烧是指不添加任何盐的焙烧工艺，相较于钠化焙烧能够减少环境污染。不过，该方法的焙烧温度控制较为敏感，温度过高会使石煤中的低熔点物料烧结并包裹其中的钒，不利于钒的浸出；温度低又不能破坏类质同象中包裹钒的晶体结构。该法对于处理以吸附态存在的钒效果较好。整体而言，该法钒的回收率也不高
3.钙化焙烧-碱浸工艺。钙化焙烧是将石灰或石灰石按一定比例添加到钒矿 中混料，再进行焙烧，使矿中的钒氧化成不溶于水但能溶于碳酸盐溶液的钒酸钙，有利于钒的浸出。不过，该法对焙烧原料有一定的选择性，而且该法存在转化率偏低，成本偏高的问题，不适合大批量生产。
4.复合添加剂焙烧-酸(水)浸工艺。该法主要是加入钠盐和钙盐组成的复合添加剂进行焙烧。研究表明该法的钒的浸出率能够达到70％以上，能够减少有害气体的排放，缺点仍然是钒的浸出率不高。
值得注意的是，前述的焙烧工艺都不同程度的存在着焙烧温度高，钒浸出率低(<80％)等问题。因此，寻求一种较为经济合理且高效提取含钒页岩中钒资源的方法势在必行。
技术实现要素：
针对现有含钒页岩焙烧提钒工艺技术的不足，本发明提供一种焙烧提取含钒页岩中钒元素的方法。该法既可以高效的提取含钒页岩中的钒元素，又可以有效的降低焙烧温度。所需原料浓硫酸、硫酸盐来源广泛且成本低，实验易于操作，而且对设备要求低，对环境友好，满足绿色冶金对清洁生产的要求。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种焙烧提取含钒页岩中钒元素的方法，包括以下步骤：
1)研碎、配料：将含钒页岩磨碎，至粒度为-200目～-400目，并按含钒页岩：浓硫酸：硫酸盐＝1：0.1～4：0.1～4的质量比配料；
2)焙烧：将步骤1)中的配料混合均匀，在200～400℃下焙烧0.5～5h，得到焙烧好的物料；
3)酸浸、过滤：将步骤2)中焙烧好的物料在30～100℃下进行硫酸溶液浸出，硫酸溶液浓度为0～20wt％，浸出时间为0.5～4h；过滤得到含有钒元素的滤液。
进一步地，所述步骤1)中的含钒页岩、浓硫酸、硫酸盐的质量比为1：0.1～1：0.1～1。
进一步地，所述步骤1)中的硫酸盐为硫酸钠，硫酸钾，硫酸铵，硫酸镁中的一种或几种。
进一步地，所述步骤2)中的焙烧为在200～300℃下焙烧1～3h。
进一步地，所述的步骤3)中进行硫酸溶液浸出时，硫酸溶液的浓度为0～10wt％，固液比(g/mL)为1:4～1:5，温度为50～90℃，浸取时间为0.5～2h。
本发明方法中影响钒元素浸出率的关键参数有含钒页岩：浓硫酸：硫酸盐质量比、焙烧温度、焙烧时间、酸浸浓度，酸浸温度，酸浸时间及固液比等。 如焙烧温度过高，浓硫酸会部分蒸发，从而减少参加反应的硫酸量，不利于反应的有效进行。硫酸盐的添加能够强化浓硫酸对矿石内部结构的破坏分解作用，由一种或几种化学性质相似的硫酸盐添加到反应体系中，能显著提高钒的浸出率。另外发现，含钒页岩：浓硫酸：硫酸盐质量比、焙烧温度和焙烧时间在参数限定范围内变化时对钒浸出率有着先增大后略微降低的影响；控制酸浸浓度，酸浸温度，酸浸时间及固液比都能起到增大钒元素浸出率的作用。
本发明的有益效果在于：本发明提供了一种焙烧提取含钒页岩中钒元素的方法，实现了对含钒页岩中钒元素的高效浸出，钒的浸出率在85％以上，极大提高了资源的利用率。工艺过程反应温度低，相比较传统方法而言显著降低了能耗；流程简单，操作简便；原料成本低且对环境无污染，具有巨大的环境效益和经济效益，可满足当前绿色冶金对清洁化生产的要求。
附图说明
图1为本发明的焙烧提取含钒页岩中钒资源的工艺流程图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例详细介绍本发明。但以下的实施例仅限于解释本发明，本发明的保护范围应包括权利要求的全部内容，不仅仅限于本实施例。
实施例1
工艺流程如图1所示，将湖北地区某含钒页岩(主要化学成分如表1所示)100g磨碎至粒度为-200目～-400目，与浓硫酸(含量98％)10g、硫酸铵10g进行配料并混合均匀，放入马弗炉中进行焙烧，控制焙烧温度为200℃，焙烧时间为1h。焙烧完后将得到的物料加入到硫酸溶液(浓度～10wt％)中，固液比(g/mL)为1:5，在90℃下搅拌2h后进行过滤，得到含有钒元素的滤液。将得到的滤液分别移至容量瓶中进行定容，并对其中钒元素的含量进行检测，此外还需要对滤渣中的钒元素进行检测。
经计算，钒的浸出率为85.7％。
表1.湖北地区某含钒页岩成分，wt％
实施例2
工艺流程如图1所示，将湖北地区某含钒页岩(主要化学成分如表1所示)100g磨碎至粒度为-200目～-400目，与浓硫酸(含量98％)40g、硫酸镁40g进行配料并混合均匀，放入马弗炉中进行焙烧，控制焙烧温度为250℃，焙烧时间为1.5h。焙烧完后将得到的物料加入到硫酸溶液(浓度～8wt％)中，固液比(g/mL)为1:5，在70℃下搅拌1.5h后进行过滤，得到含有钒元素的滤液。将得到的滤液分别移至容量瓶中进行定容，并对其中钒元素的含量进行检测。此外还需要对滤渣中的钒元素进行检测。
经计算，钒的浸出率为87.8％。
实施例3
工艺流程如图1所示，将湖北地区某含钒页岩(主要化学成分如表1所示)100g磨碎至粒度为-200目～-400目，与浓硫酸(含量98％)70g、硫酸钾70g进行配料并混合均匀，放入马弗炉中进行焙烧，控制焙烧温度为300℃，焙烧时间为2h。焙烧完后将得到的物料加入到硫酸溶液(浓度～5wt％)中，固液比(g/mL)为1:4，在60℃下搅拌1h后进行过滤，得到含有钒元素的滤液。将得到的滤液分别移至容量瓶中进行定容，并对其中钒元素的含量进行检测。此外还需要对滤渣中的钒元素进行检测。
经计算，钒的浸出率为92.1％。
实施例4
工艺流程如图1所示，将湖北地区某含钒页岩(主要化学成分如表1所示)100g磨碎至粒度为-200目～-400目，与浓硫酸(含量98％)100g、硫酸钠100g进行配料并混合均匀，放入马弗炉中进行焙烧，控制焙烧温度为300℃，焙烧时间为3h。焙烧完后将得到的物料加入到硫酸溶液(浓度～1wt％)中，固液比(g/mL)为1:4，在50℃下搅拌0.5h后进行过滤，得到含有钒元素的滤液。将得到的滤液分别移至容量瓶中进行定容，并对其中钒元素的含量进行检测。此外还需要对滤渣中的钒元素进行检测。
经计算，钒的浸出率为93.4％。
实施例5
工艺流程如图1所示，将湖北地区某含钒页岩(主要化学成分如表1所示)100g磨碎至粒度为-200目～-400目，与浓硫酸(含量98％)100g、硫酸钠50g、硫酸铵50g进行配料并混合均匀，放入马弗炉中进行焙烧，控制焙烧温度为300 ℃，焙烧时间为3h。焙烧完后将得到的物料加入到硫酸溶液(浓度～1wt％)中，固液比(g/mL)为1:4，在50℃下搅拌0.5h后进行过滤，得到含有钒元素的滤液。将得到的滤液分别移至容量瓶中进行定容，并对其中钒元素的含量进行检测。此外还需要对滤渣中的钒元素进行检测。
经计算，钒的浸出率为94.8％。
实施例6
工艺流程如图1所示，将江西地区某含钒页岩(主要化学成分如表2所示)100g磨碎至粒度为-200目～-400目，与浓硫酸(含量98％)30g、硫酸铵30g进行配料并混合均匀，放入马弗炉中进行焙烧，控制焙烧温度为200℃，焙烧时间为1.5h。焙烧完后将得到的物料加入到硫酸溶液(浓度～10wt％)中，固液比(g/mL)为1:5，在90℃下搅拌2h后进行过滤，得到含有钒元素的滤液。将得到的滤液分别移至容量瓶中进行定容，并对其中钒元素的含量进行检测。此外还需要对滤渣中的钒元素进行检测。
经计算，钒的浸出率为86.1％。
表2.江西地区某含钒页岩成分，wt％
实施例7
工艺流程如图1所示，将江西地区某含钒页岩(主要化学成分如表2所示)100g磨碎至粒度为-200目～-400目，与浓硫酸(含量98％)50g、硫酸镁50g进行配料并混合均匀，放入马弗炉中进行焙烧，控制焙烧温度为250℃，焙烧时间为1.5h。焙烧完后将得到的物料加入到硫酸溶液(浓度～6wt％)中，固液比(g/mL)为1:5，在80℃下搅拌1h后进行过滤，得到含有钒元素的滤液。将得到的滤液分别移至容量瓶中进行定容，并对其中钒元素的含量进行检测。此外还需要对滤渣中的钒元素进行检测。
经计算，钒的浸出率为88.7％。
实施例8
工艺流程如图1所示，将江西地区某含钒页岩(主要化学成分如表2所示)100g磨碎至粒度为-200目～-400目，与浓硫酸(含量98％)80g、硫酸钾80g进行配料并混合均匀，放入马弗炉中进行焙烧，控制焙烧温度为300℃，焙烧时间为2.5h。焙烧完后将得到的物料加入到硫酸溶液(浓度～3wt％)中，固液比(g/mL)为1:4，在60℃下搅拌1h后进行过滤，得到含有钒元素的滤液。将得到的滤液分别移至容量瓶中进行定容，并对其中钒元素的含量进行检测。此外还需要对滤渣中的钒元素进行检测。
经计算，钒的浸出率为93.1％。
实施例9
工艺流程如图1所示，将江西地区某含钒页岩(主要化学成分如表2所示)100g磨碎至粒度为-200目～-400目，与浓硫酸(含量98％)90g、硫酸钠90g进行配料并混合均匀，放入马弗炉中进行焙烧，控制焙烧温度为300℃，焙烧时间为3h。焙烧完后将得到的物料加入到硫酸溶液(浓度～1wt％)中，固液比(g/mL)为1:4，在50℃下搅拌0.5h后进行过滤，得到含有钒元素的滤液。将得到的滤液分别移至容量瓶中进行定容，并对其中钒元素的含量进行检测。此外还需要对滤渣中的钒元素进行检测。
经计算，钒的浸出率为95.2％。
实施例10
工艺流程如图1所示，将江西地区某含钒页岩(主要化学成分如表2所示)100g磨碎至粒度为-200目～-400目，与浓硫酸(含量98％)90g、硫酸钾60g、硫酸镁30g进行配料并混合均匀，放入马弗炉中进行焙烧，控制焙烧温度为300℃，焙烧时间为2h。焙烧完后将得到的物料加入到硫酸溶液(浓度～1wt％)中，固液比(g/mL)为1:5，在50℃下搅拌0.5h后进行过滤，得到含有钒元素的滤液。将得到的滤液分别移至容量瓶中进行定容，并对其中钒元素的含量进行检测。此外还需要对滤渣中的钒元素进行检测。
经计算，钒的浸出率为91.3％。
综上所述，本发明提出的焙烧提取含钒页岩中钒元素的方法，实现了对含钒页岩中钒元素的高效浸出，钒的浸出率均在85％以上，极大提高了资源的利用率，工艺工程操作简单，具有巨大的环境效益和经济效益，满足当前绿色冶金对清洁化生产的要求。
本发明未详细阐述部分属于本领域技术人员的公知技术。