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含钒石煤是我国的一种重要含钒资源,其中的钒储量约占我国钒总储量的87%。然而,含钒石煤中钒的品位低、分布散,难以通过物理分选技术实现钒的有效预富集,获得高品位含钒精矿。因此,现有的石煤提钒技术只能直接对石煤原矿进行处理。这导致单位钒产量的矿物处理量非常巨大,并随之带来了高能耗、高药剂消耗、大量的浸出废液废渣等问题,极大地制约了含钒石煤的开发利用。现有的石煤提钒技术,如钠化焙烧-水浸、钙化焙烧-酸浸、空白焙烧-酸浸等,均是基于氧化焙烧-湿法浸出的原理而设计的。通过氧化焙烧,将类质同象赋存于云母类矿物中的V3+氧化为可溶的V4+和/或V5+。然而,石煤中的C、FeS2等还原性矿物会抑制V3+的氧化,极大地影响钒的浸出率。针对上述问题,论文中提出了一种含钒石煤中钒的物相重构预富集与分离的思路。即利用石煤本身的还原特性,通过还原焙烧改变石煤中钒的赋存状态,将石煤中分散赋存的钒重构为赋存状态统一、且易于分离的含钒富集相。然后,通过物理分离方法将重构的含钒富集相分离,获得高品位含钒精矿。为此,开展了如下研究:(1)采用化学平衡法,在1873 K、氧分压分别为6.9×10-11 atm及1.7×10-9 atm的条件下,测定了CaO-SiO2-VOx系的相平衡关系,构建了不同氧分压时的等温截面图,明晰了氧分压对该体系中钒赋存状态的影响。进而,测定了体系中含钒化合物CaV2O4、CaVO3、V2O3及Ca2Si1-δVδO4(0<δ<0.1)的标准生成吉布斯自由能。这些工作一方面填补了含钒体系的相图和热力学数据空白,同时也为含钒石煤和含钒渣中钒的物相重构富集提供了重要的科学依据。(2)在上述研究的基础上,根据含钒石煤的矿物特性,设计了钒铁尖晶石相Fe3-xVxO4作为含钒石煤中钒的富集相。为此,研究了钒铁尖晶石相Fe3-xVxO4 的磁性,测定了 CaO(15 mass%)-SiO2-Fe,O-V2O3 体系在 1623 K 时的相平衡关系,并构建了该体系的等温截面图。结果表明:钒铁尖晶石相Fe3-xVxO4结构稳定、易于通过磁选分离回收,是一种适合石煤中钒富集和分离的含钒富集相。这些研究结果为含钒资源中可高效富集并分离的含钒富集相的设计提供了科学依据,同时也丰富了含钒氧化物体系的相图数据。(3)采用等温热重分析方法,在不同的实验温度(1273～1473 K)及不同的反应气氛(CO/CO2=0.05～1)下,研究了 Fe2O3及FetO与V2O3粉末反应合成Fe2VO4的动力学规律。结果表明:与FetO相比,Fe2O3与V2O3反应合成Fe2VO4的反应速率更快,转化率更高,说明在还原性的焙烧气氛下,Fe2O3适宜作为含钒石煤中钒的富集载体。此外,实验进一步阐明了 Fe203与V2O3粉末反应合成Fe2VO4的动力学机理,建立了合成反应的动力学模型,获得了活化能及反应级数等重要的动力学参数。这些实验结果为含钒石煤中钒富集条件的优化,提供了重要的参考依据。(4)以上述基础研究为指导,设计了一种含钒石煤中钒预富集与分离的新方法。采用环境友好的Fe203作为含钒石煤中钒的富集载体,利用石煤中的C作为还原剂,通过还原焙烧,将石煤中的钒重构富集为统一的钒铁尖晶石相Fe3-xVxO4,利用钒铁尖晶石相的磁性,通过磁选对含钒富集相进行分离回收,进而获得高品位的含钒精矿。将该方法用于湖北宜昌百果园地区含钒石煤中钒的预富集与分离,最终获得了钒平均品位(以金属钒计)大于12%的含钒精矿,钒回收率大于90%。这说明新方法为含钒石煤的高效绿色利用,提供了新思路,开辟了新途径。