本发明属于石煤提钒技术领域。具体涉及一种废塑料与石煤混合焙烧提高钒浸出率的方法。
背景技术：
石煤是一种含碳质的页岩，主要特性为灰份高、密度大、发热量低和结构致密，属于低品位含钒资源。我国石煤蕴藏量极为丰富，从石煤中提钒是我国开发利用钒资源的一个重要方向。我国石煤中的钒绝大部分存在于伊利石类矿物中，钒以V()的形式取代Al()，以类质同象的形式存在于铝硅酸盐的晶格中。要从石煤中提取出钒，首先要破坏云母类矿物的晶格使其中的钒释放出来，最后提供合理的浸取条件使钒从固体形态转移到溶液中，与残渣分离。
传统的石煤提钒工艺主要有钠化焙烧浸出和直接酸浸提钒两种工艺（张剑等，石煤提钒的现状与研究，河南化工，2010第27卷:27-30）。钠化焙烧工艺存在钒浸出率低、会产生大量氯化氢和氯气，对环境造成严重污染等缺点；直接酸浸提钒工艺则存在浸出时间长、酸耗量高、废水排放量大等不足。
近年来，科技人员提出了运用氯化挥发焙烧的方法来提取石煤中的钒，该工艺避免了浸出、净化富集等步骤且钒回收率较高，胡杨甲等（胡杨甲，张一敏，陈铁军，包申旭，刘涛，黄晶. Vanadium emission during roasting of vanadium-bearing stone coal in chlorine. Mineral Engineering30(2012)95-98）采用纯Cl2对湖北某地石煤进行氯化焙烧富集，在1000℃的温度下焙烧1h，钒的挥发率达到了90%。但使用纯Cl2作为氯化剂成本高昂，且对设备要求过高。
综上所述，对这类云母型含钒石煤，采用直接酸浸和空白焙烧酸浸处理，浸出率不高且能耗大；而采用钠化焙烧则会加入大量工业食盐，不仅提高成本且污染环境；采用氯化冶金的方法会消耗大量昂贵的氯气且对设备有苛刻的要求。
塑料主要由石油炼制产品制备而来，塑料消费的快速增长加剧了石油等不可再生资源的短缺与人们生产生活需求之间的矛盾。另一方面，塑料的大量消费也同时带来了大量的塑料制品废弃物，由于塑料难以自然降解，并且在处理过程中容易产生各种有毒有害物质，所以塑料废弃物的处置问题也日益严重。
技术实现要素：
本发明旨克服现有技术缺陷，目的是提供一种成本低、能减少环境污染、废弃物资源化利用和浸出率高的废塑料与石煤混合焙烧提高钒浸出率的方法。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案的具体步骤是：
第一步，先将含钒石煤破碎至粒度小于3mm，然后将破碎后的含钒石煤研磨至粒径小于74μm占70wt%以上，得到含钒石煤矿粉。
第二步，按所述含钒石煤矿粉∶废塑料粉料的质量比为1∶(0.3~0.6)，向所述含钒石煤矿粉中加入废塑料粉料，混合均匀，得到混合料。
第三步，将所述混合料置入气氛炉中，所述气氛炉的出口管道与装有氢氧化钙溶液的尾气瓶相通，然后在混合气氛和650~800℃条件下焙烧40~80min，得到焙砂；然后打开进口管道通入空气或氧气30~80min，将生成的油类和碳质燃烧脱除；待气氛炉冷却至室温，取出焙砂。
第四步，将所述焙砂放入搅拌浸出槽中，按固液比为1∶(1.5~3)Kg/L，向所述搅拌浸出槽中加入体积浓度为8~20%的硫酸，然后在90~98℃条件下浸出3~6h，固液分离，得到含钒浸出液。
所述废塑料粉料为PVC和含氯塑料中的一种以上。
所述混合气氛为空气和氮气的混合物；其中：空气的体积浓度为5~30%，氮气的体积浓度为70~95%。
由于采用上述技术方案，本发明与现有技术相比具有以下积极效果：
1、本发明将废塑料和石煤混合后置于无氧环境中焙烧，通过热裂解的方式处理废弃的PVC，且利用PVC的裂解产物HCl有效地破坏了矿物的晶格结构，使钒的浸出率可达80~92%，与空白焙烧相比浸出率提高了7~13%。
2、本发明通过废塑料的热裂解产物在通入空气后进行二次燃烧，充分利用了废塑料的热值，显著地改善了焙烧制度且有效地脱除了原矿中的碳。
3、本发明将废塑料加入石煤中一起热解不仅有效地处理了废塑料、减少废塑料对环境的污染、且使之资源化、成本低和工业应用前景显著。
因此，本发明具有成本低、能减少环境污染、废塑料资源化利用和浸出率高的特点。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步描述，并非对其保护范围的限制。
本具体实施方式中：所述混合气氛为空气和氮气的混合物；其中：空气的体积浓度为5~30%，氮气的体积浓度为70~95%。实施例中不再赘述。
实施例1
一种废塑料与石煤混合焙烧提高钒浸出率的方法。本实施例所述方法的具体步骤是：
第一步，先将含钒石煤破碎至粒度小于3mm，然后将破碎后的含钒石煤研磨至粒径小于74μm占70wt%以上，得到含钒石煤矿粉。
第二步，按所述含钒石煤矿粉∶废塑料粉料的质量比为1∶(0.3~0.4)，向所述含钒石煤矿粉中加入废塑料粉料，混合均匀，得到混合料。
第三步，将所述混合料置入气氛炉中，所述气氛炉的出口管道与装有氢氧化钙溶液的尾气瓶相通，然后在混合气氛和650~700℃条件下焙烧40~80min，得到焙砂；然后打开进口管道通入空气或氧气30~80min，将生成的油类和碳质燃烧脱除；待气氛炉冷却至室温，取出焙砂。
第四步，将所述焙砂放入搅拌浸出槽中，按固液比为1∶(1.5~2.0)Kg/L，向所述搅拌浸出槽中加入体积浓度为8~12%的硫酸，然后在90~98℃条件下浸出3~6h，固液分离，得到含钒浸出液。
所述废塑料粉料为PVC。
所述气氛炉的气氛为无氧环境。
本实施例钒的浸出率可达80~86%，与空白焙烧相比浸出率提高了7~11%。
实施例2
一种废塑料与石煤混合焙烧提高钒浸出率的方法。本实施例所述方法的具体步骤是：
第一步，先将含钒石煤破碎至粒度小于3mm，然后将破碎后的含钒石煤研磨至粒径小于74μm占70wt%以上，得到含钒石煤矿粉。
第二步，按所述含钒石煤矿粉∶废塑料粉料的质量比为1∶(0.4~0.5)，向所述含钒石煤矿粉中加入废塑料粉料，混合均匀，得到混合料。
第三步，将所述混合料置入气氛炉中，所述气氛炉的出口管道与装有氢氧化钙溶液的尾气瓶相通，然后在混合气氛和700~750℃条件下焙烧40~80min，得到焙砂；然后打开进口管道通入空气或氧气30~80min，将生成的油类和碳质燃烧脱除；待气氛炉冷却至室温，取出焙砂。
第四步，将所述焙砂放入搅拌浸出槽中，按固液比为1∶(2.0~2.5)Kg/L，向所述搅拌浸出槽中加入体积浓度为12~16%的硫酸，然后在90~98℃条件下浸出3~6h，固液分离，得到含钒浸出液。
所述废塑料粉料为含氯塑料。
所述气氛炉的气氛为无氧环境。
本实施例钒的浸出率可达84~90%，与空白焙烧相比浸出率提高了8~12%。
实施例3
一种废塑料与石煤混合焙烧提高钒浸出率的方法。本实施例所述方法的具体步骤是：
第一步，先将含钒石煤破碎至粒度小于3mm，然后将破碎后的含钒石煤研磨至粒径小于74μm占70wt%以上，得到含钒石煤矿粉。
第二步，按所述含钒石煤矿粉∶废塑料粉料的质量比为1∶(0.5~0.6)，向所述含钒石煤矿粉中加入废塑料粉料，混合均匀，得到混合料。
第三步，将所述混合料置入气氛炉中，所述气氛炉的出口管道与装有氢氧化钙溶液的尾气瓶相通，然后在混合气氛和750~800℃条件下焙烧40~80min，得到焙砂；然后打开进口管道通入空气或氧气30~80min，将生成的油类和碳质燃烧脱除；待气氛炉冷却至室温，取出焙砂。
第四步，将所述焙砂放入搅拌浸出槽中，按固液比为1∶(2.5~3.0)Kg/L，向所述搅拌浸出槽中加入体积浓度为16~20%的硫酸，然后在90~98℃条件下浸出3~6h，固液分离，得到含钒浸出液。
所述废塑料粉料为PVC和含氯塑料的混合物。
所述气氛炉的气氛为无氧环境。
本实施例钒的浸出率可达87~92%，与空白焙烧相比浸出率提高了9~13%。
本具体实施方式与现有技术相比具有以下积极效果：
1、本具体实施方式将废塑料和石煤混合后置于无氧环境中焙烧，通过热裂解的方式处理废弃的PVC，且利用PVC的裂解产物HCl有效地破坏了矿物的晶格结构，使钒的浸出率可达80~92%，与空白焙烧相比浸出率提高了7~13%。
2、本具体实施方式通过废塑料的热裂解产物在通入空气后进行二次燃烧，充分利用了废塑料的热值，显著地改善了焙烧制度且有效地脱除了原矿中的碳。
3、本具体实施方式将废塑料加入石煤中一起热解不仅有效地处理了废塑料、减少废塑料对环境的污染、且使之资源化、成本低和工业应用前景显著。
因此，本具体实施方式具有成本低、能减少环境污染、废塑料资源化利用和浸出率高的特点。