含钒页岩是我国特有的含钒资源,分布广泛且储量巨大。从含钒页岩中提钒主要有传统钠化焙烧水浸、无添加剂焙烧酸浸、直接酸浸等工艺。高钙云母型含钒页岩是我国具有代表性的一类含钒页岩,由于钒在其中特殊的赋存状态,提钒难度大,采用上述工艺效果均不理想,而且对其焙烧过程及钒的浸出机理方面,如添加剂对云母类矿物晶格的破坏作用,焙烧过程中钒酸钙的形成特征,以及浸出的动力学过程等方面,都缺乏系统深入的研究。针对以上问题,本研究在国家“十二五”科技支撑计划重点项目“典型含钒页岩高效提钒技术及示范”(编号：2011BAB05801)的资助下,选取湖北某地高钙云母型含钒页岩为原料,进行了无添加剂焙烧和添加剂焙烧研究,探讨了焙烧对白云母晶体结构的破坏,钒氧化与钒浸出等之间的关系,以及钙含量对钒水浸率的影响机理,此外,还探讨了钒浸出的动力学和热力学过程。主要结论及研究成果如下：1、白云母纯矿物加入添加剂(NaCl、Na2SO4)焙烧后铝的浸出率均比无添加剂焙烧明显提高,同样添加剂也能促进含钒白云母结构破坏,促进钒的浸出。2、高钙云母型含钒页岩无添加剂焙烧过程(1)原矿直接用20%硫酸浸出3h,钒浸出率为24%；同样的浸出条件,9000C无添加剂焙烧样浸出率达到70%。无添加剂焙烧的最佳条件为焙烧温度：900℃,焙烧时间：2h。(2)含钒白云母脱除羟基的反应在830℃以上。随着羟基脱除,八面体结构失稳,钒浸出率大幅升高,温度过高,含钒物质会被玻璃态物质包裹,浸出率急剧下降,900℃无添加剂焙烧样中仍存在白云母,因此稀酸浸出效果不好。3、高钙云母型含钒页岩复合添加剂焙烧过程(1)原矿采用传统NaCl焙烧工艺,钒的水浸率不到30%；采用复合添加剂可以降低NaCl用量,保证总浸率同时提高水浸率,最终采用的复合添加剂配比为6%NaCl加上10%Na2SO4,在此条件下钒的水浸率为45.01%,钒的总浸率可达77.61%。(2)增加五价钒(V(Ⅴ))的氧化率是提高水浸率的前提,四价钒(V(Ⅳ))的氧化前段受界面化学反应过程控制,反应后段受内扩散控制,且有如下结论：1)温度是决定反应发生的重要因素；2)反应速率与颗粒粒径成反比；3)在氧气含量一定的情况下,增加气流速度对钒氧化无影响；4)复合添加剂可以明显降低反应活化能,界面化学控制阶段的表观活化能由173.230kJ/mol降至104.690kJ/mol;5)氧气的内扩散过程也十分重要,如果出现烧结必然会影响到钒的氧化。(3)复合钠盐添加剂焙烧产物主要晶态物相为钾钠长石和石英,钒酸盐与钾钠长石伴随而生,白云母转化为钾钠长石的量越多,钒总浸率越高,只有一定的温度才能生成钾钠长石物相,但焙烧温度过高会生成玻璃态物质包裹钒而使总浸率急剧下降,因此合适的焙烧温度范围为：850℃-900℃。(4)该矿石采用添加单一NaCl焙烧会生成大量钒酸钙,导致水浸率较低；通过纯V205和CaCO3的试验得出以下结论：1)过量CaCO3(mCaCO3:mV2O5>3)与V205反应,850℃时产物为Ca3V2O8,700℃焙烧时会有部分Ca2V2O7生成。2)在CaCO3相对V205过量(mCaCO3:mV2O5>3)的条件下,添加NaCl焙烧时并不能阻碍钒酸钙的生成。而添加Na2SO4在850℃时能使部分V205生成NaVO3,而减少难溶的钒酸钙的生成,起到提高钒水浸率的作用。(5)氯气气氛下焙烧能加速含钒白云母晶体结构的破坏,同时对钒酸盐的生成起到催化的作用,这也是复合添加剂中NaCl的作用机理。4、原矿及焙烧样浸出过程对原矿,无添加剂焙烧样,复合添加剂焙烧样三种样品进行的浸出动力学研究表明：(1)原矿酸浸(30%H2S04,以下均为体积浓度)过程钒浸出的表观活化能为48.63kJ/mol,属于化学反应控制,温度对反应速率影响显著；表观反应级数为1.2075。硫酸浓度在33%以下时,钒浸出反应处于化学控制区,提高硫酸浓度,化学反应速率增大,浸出率提高。当硫酸浓度高于33%时,反应处于内扩散控制区,继续提高硫酸浓度作用不明显。(2)无添加剂焙烧样酸浸时,表观反应级数为1.04335,比原矿直接酸浸要低,因此从化学反应控制转变为内扩散控制所需的硫酸浓度降低。当硫酸浓度高于20%时,反应处于内扩散控制区域。(3)复合添加剂焙烧样水浸过程满足液膜非稳态扩散模型,而水浸渣采用2%H2S04酸浸时,其过程就已属于内扩散控制,因此,添加剂焙烧能显著降低钒浸出反应级数,降低酸的用量。