石煤

石煤是一種含碳少、發熱值低的劣質無煙煤，又是一種低品位多金屬共生礦。生成於古老地層中，由菌藻類等生物遺體在淺海、瀉湖、海灣條件下經腐泥化作用和煤化作用轉變而成。外觀像石頭，肉眼不易與石灰岩或碳頁岩相區別，高灰分（一般大於60%）深變質的可燃有機礦物。

含碳量較高的優質石煤呈黑色，具有半亮光澤，雜質少。相對密度為1.7～2.2。含碳量較少的石煤，呈偏灰色，暗淡無比，夾雜有較多的黃鐵礦、石英脈和磷、鈣質結核、相對密度在2.2～2.8之間，石煤發熱量不高，在3.5～10.5MJ/kg之間，是一種低熱值燃料。熱值偏高的石煤，在改進燃燒技術後，可用作火力發電的燃料，石煤也可用作燒製水泥、製造化肥。灰渣制碳化磚等。伴生有釩的石煤，可提取五氧化二釩。 ^[1] 

石煤形成於早元古代和早古生代的一種沉積的可燃有機巖。呈黑色或黑灰色。大多具有高灰、高硫、低發熱量和硬度大的特點。石煤是一種高變質的腐泥煤或藻煤。其成分除含有機碳外，還有氧化硅、氧化鈣和少量的氧化鐵、氧化鋁和氧化鎂等。石煤有各種不同的分類。按灰分和發熱量，可分為一般石煤和優質石煤：一般石煤的灰分為40%～90%，發熱量在16.7千焦/克以下；優質石煤的灰分為20%～40%，發熱量為16.7～27.1千焦/克。按結構、構造，可分為塊狀石煤、粒狀石煤、鱗片狀石煤和粉狀石煤。按石煤中礦物雜質的主次，分為硅質石煤、鈣質石煤等。石煤在中國分佈廣泛以南秦嶺區儲量最為豐富。石煤可作燃料，燃燒後的爐渣可製成炭化磚、水泥等建築材料，還可從石煤中提取釩、鈾、鉬、鎳、銅、鈷等金屬元素。

我國是世界上少數幾個擁有石煤資源的國家之一，主要分佈在長江中下游的湖南、湖北、安徽、江西、浙江等缺煤省份，其中湖南省的石煤資源優勢明顯。我國石煤遍佈我國20餘個省區，僅浙江至廣西一條長約1600多公里的石煤礦帶，就藴含着1億噸以上的五氧化二釩。據上世紀七八十年代煤炭工業部開展的南方石煤資源綜合調查資料表明，全國石煤資源儲量在618億噸左右，其中，湖南省187.2億噸，儲量約佔全國的1/3。若以6噸石煤摺合為1噸標準煤計算，即相當於31億噸標準煤，比湖南省煤炭總儲量29.3億噸還要多。而從湖南省的石煤資源分佈來看，懷化市的石煤儲量高達83.6億噸，約佔湖南省的1/2，其次是益陽、常德和湘西自治州等市（州）。 ^[2] 

我國石煤資源的主要利用途徑是石煤發電、石煤提釩及用於建材工業。

石煤是有機碳與無機元素的混合體，它具備一定的發熱能力。但由於石煤碳含量低、灰分高。給燃燒帶來一定困難。石煤經過簡單浮選後，去掉大部分灰分，可作無煙煤用．也可加少量粘結劑製成形煤供民用或工業鍋爐用。隨着工藝的改進和技術難關的突破，沸騰爐、循環硫化牀鍋爐燃燒石煤發電已經投入商業開發，因此石煤作為一種能源不僅可在一般工業鍋爐中使用，而且可用於電廠發電。

釩是—種稀有元素，它是冶煉優質合金鋼和各種有色合金的原料，同時還廣泛用於宇航、化學工業中。早在70年代初，在湖北楊家堡、浙江義烏等地就利用石煤土法提取五氧化二釩。在浙江、湖南、湖北等省都也建了—些提釩廠，進行小規模提釩生產。江西省繼玉山和上饒勘探工作之後，正進行可行性研究。 ^[3] 

石煤和石煤發電廢渣可用於燒水泥、磚瓦、平瓦、空心砌塊等。

由於一些石煤普遍含0.00n%-0.0n的放射性鈾，燃燒後的廢渣鈾可能局部富集，放射性輻射嚴重超標，建議一般民用建築不要使用石煤廢渣作為建材。作一般建築使用時也要測定輻射是否超標。 ^[4] 

我國石煤資源中已發現的伴生元素多達60多種，其中可形成工業礦牀的主要是釩，其次是鉬、鈾、磷、銀等等。石煤釩礦牀是一種新的礦牀類型，稱為黑色頁岩型釩礦，它是在邊緣海斜坡區形成的，主要含釩礦物是含釩伊利石。但百分之七八十的石煤中釩的品位很低，五氧化二釩含量多在0.8%以下，要進行提釩技術難度極大。攀鋼在石煤提釩技術上取得了突破，使釩的總收率平均達到60.70%，遠遠高於國內同行業通常的40%～50%的指標。

石煤中V2O5品位較低，一般為1.0 %左右。石煤中的釩以V（Ⅲ）為主，有部分Ⅴ（Ⅳ），很少見Ⅴ（V）。由於V（Ⅲ）的離子半徑（74 pm）與Fe（Ⅱ）的離子半徑（74 pm）相等，與Fe（Ⅲ）的離子半徑（64 pm）也很接近，因此，V（Ⅲ）幾乎不生成本身的礦物，而是以類質同象存在於含釩雲母、高嶺土等鐵鋁礦物的硅氧四面體結構中。我國從20世紀60年代開始對石煤提釩進行研究，70年代開始工業生產，所使用的工藝均為鈉化焙燒（NaCl）—水浸或酸浸工藝。這種工藝存在兩個嚴重缺陷，一是因為焙燒過程生成難以淨化處理的Cl2、HCl、SO2 混合氣體而造成環境污染，二是釩回收率普遍為45-55%，使50%左右的釩礦資源得不到有效利用而浪費。

為改變和取代鈉化焙燒工藝，科技工作者進行了鈣法焙燒、空白焙燒、濕法酸浸等新工藝的研究。鈣法焙燒雖然解決了大氣污染問題，但焙燒過程受礦石種類和性質影響較大，焙燒氣氛、時間、温度和鈣鹽用量等的影響也非常敏感，控制不當，容易形成難溶的硅酸鹽，使得部分釩被“硅氧”裹絡, 或者礦樣中的部分釩與鐵、鈣等元素生成釩酸鐵、釩酸鈣等難溶性化合物。空白焙燒主要是想解決石煤脱碳和低價釩的氧化問題，但焙燒設備還是傳統的立窯、平窯和沸騰爐，不僅生產規模有限，而且焙燒過程並沒有改變含釩礦物的晶體結構，不能有效提高釩的回收率。濕法酸浸工藝不需焙燒，石煤礦石可以濕磨，適合大規模生產，因此成為石煤提釩研究的重點。濕法酸浸提釩工藝的基礎理論研究也有一些進展。石煤酸浸提釩工藝已在陝西、湖南等地得到較大規模的生產應用。

然而，酸浸提釩工藝還存在一些需要解決的問題。一是為得到較高V2O5浸出率，不得不消耗大量H2SO4，生產中H2SO4用量一般為礦石質量的25~40%，V2O5浸出率一般在65%~75%左右，超過80%的很少，V2O5回收率一般不超過70%；二是酸性浸出液的淨化除雜、Fe（III）還原和pH值調整等工序需要消耗大量藥劑，特別是氨水，從而導致氨氮廢水的產生及處理問題。

含釩石煤和含釩粘土酸浸提釩要解決的關鍵問題，是在提高V2O5浸出率和回收率的前提下，如何降低消耗和避免環境污染，發展方向是開發低消耗低成本的清潔生產工藝。

楊教授等經過多年努力開發成功石煤提釩環保工藝。新工藝採用“濃酸二段熟化催化循環”技術對含釩石煤進行科學處理，V2O5轉化率≥90%，浸出率≥90%，總回收率≥82.5%。新工藝徹底告別傳統的鈉化焙燒工藝，生產流程中不產生有害廢氣，廢水經過淨化處理後循環利用，提釩尾渣可用作建築材料，從而實現了石煤提釩的清潔環保、節能減排和資源的循環利用。新工藝科研成果、擴大試驗成果和工業化生產試驗成果先後通過政府組織的專家鑑定，專家鑑定意見是：所採用的提釩技術原理正確，形成的工藝技術路線穩定，首次提出的二段熟化技術具有創新性，技術成果達到國內領先水平。

經過近10年的艱苦探索和反覆試驗，在理論上和工藝上解決了含釩石煤和含釩粘土酸浸提釩的技術難題。開發的酸浸提釩新工藝，關鍵技術與創新點在於成功開發出二種酸浸提釩專用添加劑SMTV01和SMTV02，使含釩石煤和含釩粘土酸浸提釩效率明顯提高，可使V2O5浸出率穩定達到90%以上，V2O5回收率穩定達到80%以上，而H2SO4用量和氨水用量可大幅度降低，並明顯改善液固分離狀況，濾渣含水率下降10%左右。