钒是一种重要的战略物资,被广泛用于钢铁行业、国防尖端技术、化学工业以及轻纺工业等领域。我国钒矿资源主要由钒钛磁铁矿和石煤组成,具有开采价值的钒矿以石煤为主。传统的石煤提钒工艺大多未考虑石煤中碳的利用,并且普遍存在成本高、回收率低、污染大等缺点。本文研究碳资源利用,同时,考虑了钒的浸出,以达到石煤资源综合利用的目的,并且在前人研究的基础上,利用SEM和XRD技术对石煤脱碳过程进行系统性理论研究,论文主要研究内容和结果如下:(1)石煤脱碳过程热力学计算石煤脱碳过程中,发生的主要反应有:碳质物氧化、钒氧化、黄铁矿氧化、方解石分解等。通过计算吉布斯自由能,绘制吉布斯自由能与温度关系图。结果表明:石煤中碳质物最先氧化,其次是黄铁矿,它们的存在抑制了钒的氧化;石煤脱碳过程中钒氧化次序为三价钒先氧化为四价钒,四价钒再氧化为五价钒。(2)石煤原矿工艺矿物学研究分析石煤的化学成分,钒价态和钒物相等。通过背散射电子像分析石英、方解石、碳质物、钒云母、伊利云母、黄铁矿等物相的产出形式。结果表明:矿石中钒的载体矿物十分微细并与其他矿物胶结紧密,碳质呈污染物状嵌布在其他矿物中,难以选矿有效回收,只能用冶金的办法。(3)石煤脱碳过程钒的氧化趋势、矿物表面与物相变化石煤脱碳效率及钒氧化过程与温度、时间、粒度和空气量四个因素有关。通过一系列的实验,结果表明:当温度高于900℃时或者当温度为800℃,脱碳时间长于20min时,矿物出现烧结现象,浸出率下降;脱碳过程中物相变化为碳质和黄铁矿最先氧化;最优的脱碳条件为800℃、15min、-100目、1.2倍空气量,钒的转化率达43.75%,直接浸出率达72.15%。(4)石煤脱碳过程钒的氧化动力学计算钒的氧化反应为气固反应,其宏观动力学模型为未收缩核反应模型。通过不同温度下钒的等温氧化曲线,将转化率和时间分带入模型拟合曲线,得到钒的氧化过程属于内扩散模型,通过直线斜率得出综合速率常数k。由Arrhenius公式得出表观活化能E=15.35k J/mol。