CN101812588A

CN101812588A - 一种氢氧化钾溶液常压分解钒渣的方法

Info

Publication number: CN101812588A
Application number: CN201010149783A
Authority: CN
Inventors: 郑诗礼; 杜浩; 王少娜; 王晓辉; 张懿
Original assignee: Institute of Process Engineering of CAS
Current assignee: Institute of Process Engineering of CAS
Priority date: 2010-04-19
Filing date: 2010-04-19
Publication date: 2010-08-25
Anticipated expiration: 2030-04-19
Also published as: CN101812588B

Abstract

本发明涉及一种氢氧化钾溶液常压分解钒渣的方法，该方法包括以下步骤：将钒渣或经预处理后的钒渣与水、KOH一道加入反应器，控制KOH与钒渣的质量比及KOH溶液浓度，在氧化性气体存在条件下进行氧化反应，反应过程控制反应温度和反应时间。将得到的反应浆料用稀释剂进行稀释，得到含氢氧化钾、钒酸钾、铬酸钾以及尾渣的混合浆料；对混合浆料进行过滤分离，得到尾渣和含钒铬的水溶液。该方法只需在常压下就可以操作，易于进行且安全性好；操作温度大大低于传统提钒工艺温度，钒的提取率高，且可实现钒渣中铬的同步提取。尾渣中含钒总量在0.2-1wt％(以V₂O₅计)，含铬总量在0.2-1％(以Cr₂O₃计)。

Description

一种氢氧化钾溶液常压分解钒渣的方法

技术领域

本发明涉及一种湿法处理钒渣的方法，特别涉及一种氢氧化钾溶液常压分解钒渣的方法。

背景技术

钒是一种重要的金属元素，因其具有许多特殊性能越来越广泛地被应用在各个工业领域。世界上约85％的钒用于钢铁行业，主要作为合金添加剂用以提高钢的强度、韧性、延展性和耐热性，其余15％左右被用在诸如航空合金、钒电池、化学工业、催化剂等生产领域。铬也是一种具有重要战略意义的金属，铬盐用途极为广泛，涉及国民经济15％的商品品种。钒、铬作为我国重要的战略金属资源，随着我国经济的复苏及社会的发展，对钒、铬产品的需求将持续上升，发展前景十分广阔。

钢铁工业中由钒钛磁铁矿生产的钒渣是提钒的主要原料。钒渣是由含钒铁水在含氧气体存在下吹炼出的一种钒富集物料，其成分与生产方法、钒钛磁铁矿的成份有关，一般来说，钒渣由V₂O₅、SiO₂、Al₂O₃、MgO、Cr₂O₃、TiO₂、CaO等组份组成。

以钒钛磁铁矿为原料生产铁、钒产品的企业目前都采用传统的钒渣钠化焙烧工艺从钒渣中提钒，如我国的攀钢、承钢，南非海威尔德、新西兰钢铁公司等。采用850℃高温钠化氧化焙烧-水浸-氨盐沉钒的传统工艺，其反应传质效果差，即使采用多次高温焙烧，钒的单程回收率也只有80％。由于铬尖晶石钠化氧化焙烧需在1100℃以上的高温操作，在传统的850℃高温焙烧提钒过程中，钒渣中铬尖晶石难以分解，仅有10％左右的铬被氧化为六价铬，绝大部分未转化的铬资源进入尾渣，未能加以利用。

中国专利CN101215005A提出了一种钒渣和钠盐(碳酸钠、氯化钠)或钾盐(碳酸钾、氯化钾)焙烧的方法，该专利适用于高硅低钒钒渣，焙烧温度为700～820℃，多温段焙烧，通过控制温度制度及盐配比，可以防止炉料烧结，使工艺顺行，亦降低了焙烧保温时间，尾渣中V₂O₅含量可达到0.5～1％；中国专利CN1884597A、CN86108218A等都对钠化焙烧工艺的添加剂及温度制度进行了不同改进，基本原理都是通过使用不同配比的添加剂(Na₂CO₃、NaCl、Na₂SO₄、Na₂SO₃等)及不同的温度制度来对钒的提取率、焙烧时间、炉料烧结等指标进行改进和提高，但以上工艺与传统的钠化焙烧原理、操作过程、操作温度基本相同，无法避免焙烧温度过高等传统工艺的问题。

中国专利CN1082617A提出了对吹炼得到的高温钒渣在900-1300℃直接吹氧进行处理，促使渣中的低价钒氧化成为五氧化二钒，渣冷却破碎后，在一定的温度、碱浓度、氧分压下浸出渣中的钒，该方法不必在钒渣降温后再次高温焙烧，能耗大为降低，并且避免了钠化焙烧造成的环境污染。

中国专利CN101161831A提出了一种钒渣钙化焙烧的方法，与钠化焙烧工艺相比，钙化焙烧时无需经过低温到高温逐步升温的过程，而是直接高温焙烧，使焙烧炉的温度更容易控制，并且缩短了焙烧时间，设备的产能也有所提高。但钙化焙烧的焙烧温度仍然很高(600-950℃)。

已有专利文献处理基本上都是采用高温焙烧方法处理钒渣，未见有使用氢氧化钾溶液处理钒渣提钒的专利或报道。

发明内容

本发明的目的是提供一种氢氧化钾溶液在常压下低温分解钒渣提取钒铬的方法；该方法使钒渣处理工艺可以在湿法条件下进行，不需要高温焙烧，缩短反应时间，并实现钒的单次高效提取以及钒渣中铬的提取。

本发明的目的是这样实现的：

本发明提供的一种氢氧化钾溶液常压分解钒渣的方法，包括以下步骤：

1)配料：将钒渣或经预处理后的钒渣与水、KOH一道加入常压反应器，其中，KOH与钒渣的质量比为3∶1到6∶1；氢氧化钾溶液的质量浓度为65-90％；

2)反应：将步骤1)配制的物料在氧化性气体存在条件下进行反应，氧化性气体的流量控制在0.5-2L/min。控制反应温度为180-260℃，反应时间0.5-6h，得到反应浆料；反应分解过程按以下方式进行：

FeO·V₂O₃+6KOH+5/4O₂→1/2Fe₂O₃+3H₂O+2K₃VO₄

FeO·Cr₂O₃+4KOH+7/4O₂→1/2Fe₂O₃+2H₂O+2K₂CrO₄

3)稀释：将步骤2)得到的反应浆料用稀释剂进行稀释，稀释至浆料氢氧化钾浓度为200-750g/L，得到含氢氧化钾、钒酸钾、铬酸钾以及尾渣的混合浆料；

4)过滤分离：将步骤3)得到的混合浆料在40-130℃进行过滤分离，得到尾渣和含钒铬的水溶液。

在上述的技术方案中，所述钒渣为由钒钛磁铁矿经高炉或直接还原流程生产的含钒(铬)生铁(水)再在高温条件下以氧气或空气为氧化介质采用摇包提钒、铁水包提钒、及各种顶吹复吹转炉提钒等生产过程形成的钒渣。

在上述的技术方案中，所述氧化性气体是空气、氧气或空气与氧气的混合气体，其中，空气与氧气的混合比例为任意比例(体积比)。

在上述的技术方案中，所述的稀释剂为浓度0-400g/L的氢氧化钾溶液(0g/L即水)。

本发明的优点在于：

1)本发明提供的氢氧化钾溶液常压分解钒渣的方法，反应温度为180-260℃，与传统工艺相比，大大降低了反应温度；

2)本发明钒铬资源利用率高，钒渣经反应分解后，尾渣中钒含量为0.2-1％(以V₂O₅计)，尾渣中铬含量为0.2-1％(以Cr₂O₃计)；

3)本发明操作温度在溶液沸点以下，过程只需常压下就可以进行，易于操作且安全性好；

4)本发明不添加辅料，排渣量大大减少，且不会产生对人和环境有害的粉尘与废气；

附图说明

图1为本发明的方法工艺流程简图；

具体实施方式

实施例1：

本实施例使用钒渣含V₂O₅10.22％，含Cr₂O₃3.98％。

1)配料：将筛分至-200目的钒渣与水、KOH一道加入常压反应器，其中，KOH与钒渣的质量比为3∶1；氢氧化钾溶液的质量浓度为80wt％；

2)反应：将步骤1)配制的物料装入常压反应器内，通入空气和氧气的混合气体(空气∶氧气体积比为4∶1)进行氧化反应，其中，气体的流量控制在2L/min，控制反应温度为250℃，反应时间为6h，得到反应浆料；

3)稀释：当步骤2)结束后，用水对反应器中的反应浆料进行稀释，稀释至浆料氢氧化钾浓度为750g/L，得到含氢氧化钾、钒酸钾、铬酸钾以及尾渣的混合浆料；

4)过滤分离：将步骤3)得到的混合浆料在130℃进行过滤分离，得到尾渣和含钒铬的水溶液，将尾渣洗涤、干燥后测定其含总钒量为0.41wt％(以V₂O₅计)，含铬总量为0.33wt％(以Cr₂O₃计)。

实施例2：

本实施例使用钒渣含V₂O₅7.36％，含Cr₂O₃3.60％。

1)配料：将钒渣与水、KOH一道加入常压反应器，其中，KOH与钒渣的质量比为4∶1；氢氧化钾溶液的质量浓度为80wt％；

2)反应：将步骤1)配制的物料装入常压反应器内，通入空气进行氧化反应，其中，空气的流量控制在1L/min，控制反应温度为250℃，反应时间为3h，得到反应浆料；

3)稀释：当步骤2)结束后，用200g/L的氢氧化钾溶液对反应器中的反应浆料进行稀释，稀释至浆料氢氧化钾浓度为500g/L，得到含氢氧化钾、钒酸钾、铬酸钾以及尾渣的混合浆料；

4)过滤分离：将步骤3)得到的混合浆料在70℃进行过滤分离，得到尾渣和含钒铬的水溶液，将尾渣洗涤、干燥后测定其含总钒量为0.22wt％(以V₂O₅计)，含总铬量为0.29％(以Cr₂O₃计)。

实施例3：

本实施例使用钒渣含含V₂O₅10.22％，含Cr₂O₃3.98％。

1)配料：将经搅拌磨湿磨半小时后的钒渣与水、KOH一道加入常压反应器，其中，KOH与钒渣的质量比为6∶1；氢氧化钾溶液的质量浓度为65wt％；

2)反应：将步骤1)配制的物料装入常压反应器内，通入空气和氧气的混合气体(空气和氧气体积比为1∶1)进行氧化反应，其中，气体的流量控制在0.5L/min，控制反应温度为180℃，反应时间为6h，得到反应浆料；

3)稀释：当步骤2)结束后，用水对反应器中的反应浆料进行稀释，稀释至浆料氢氧化钾浓度为200g/L，得到含氢氧化钾、钒酸钾、铬酸钾以及尾渣的混合浆料；

4)过滤分离：将步骤3)得到的混合浆料在40℃进行过滤分离，得到尾渣和含钒铬的水溶液，将尾渣洗涤、干燥后测定其含总钒量为0.68wt％(以V₂O₅计)，含总铬量为0.59wt％(以Cr₂O₃计)。

实施例4：

本实施例使用钒渣含V₂O₅5.23％，含Cr₂O₃2.56％。

1)配料：将经搅拌磨湿磨半小时后的钒渣与水、KOH一道加入常压反应器，其中，KOH与钒渣的质量比为4.8∶1；氢氧化钾溶液的质量浓度为90wt％；

2)反应：将步骤1)配制的物料装入常压反应器内，通入氧气进行氧化反应，其中，气体的流量控制在0.8L/min，控制反应温度为260℃，反应时间为0.5h，得到反应浆料；

3)稀释：当步骤2)结束后，用400g/L的氢氧化钾溶液对反应器中的反应浆料进行稀释，稀释至浆料氢氧化钾浓度为600g/L，得到含氢氧化钾、钒酸钾、铬酸钾以及尾渣的混合浆料；

4)过滤分离：将步骤3)得到的混合浆料在80℃进行过滤分离，得到尾渣和含钒铬的水溶液，将尾渣洗涤、干燥后测定其含总钒量为0.52wt％(以V₂O₅计)，含总铬量为0.59％(以Cr₂O₃计)。

实施例5：

本实施例使用钒渣含V₂O₅7.36％，含Cr₂O₃3.60％。

1)配料：将筛分至-200目的钒渣与水、KOH一道加入常压反应器，其中，KOH与钒渣的质量比为3.5∶1；氢氧化钾溶液的质量浓度为82wt％；

2)反应：将步骤1)配制的物料装入常压反应器内，通入空气和氧气的混合气体进行反应，空气∶氧气体积比为1∶4，气体流量控制在1.5L/min。控制反应温度为200℃，反应时间为3h，得到反应浆料；

3)稀释：当步骤2)结束后，用300g/L的氢氧化钾溶液对反应器中的反应浆料进行稀释，稀释至浆料氢氧化钾浓度为650g/L，得到含氢氧化钾、钒酸钾、铬酸钾以及尾渣的混合浆料；

4)过滤分离：将步骤3)得到的混合浆料在100℃进行过滤分离，得到尾渣和含钒铬的水溶液，将尾渣洗涤、干燥后测定其含总钒量为0.49wt％(以V₂O₅计)，含总铬量为0.53％(以Cr₂O₃计)。

在上述实施例中，步骤3)中将得到的混合浆料在40-130℃进行过滤分离是常规工艺，是本专业技术人员可以实施的。

当然，本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变型，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims

1.一种氢氧化钾溶液常压分解钒渣的方法，本发明的方法包括以下步骤：

2)反应：将步骤1)配制的物料在氧化性气体存在条件下进行反应，控制反应温度为180-260℃，反应时间0.5-6h，得到反应浆料；

3)稀释：将步骤2)得到反应浆料用稀释剂进行稀释，稀释后得到含氢氧化钾、钒酸钾、铬酸钾以及尾渣的混合浆料；

2.根据权利要求1所述的氢氧化钾溶液常压分解钒渣的方法，其特征在于：所述钒渣为由钒钛磁铁矿经高炉或直接还原流程生产的含钒(铬)生铁(水)再在高温条件下以氧气或空气为氧化介质采用摇包提钒、铁水包提钒、及各种顶吹复吹转炉提钒等生产过程形成的钒渣。

3.根据权利要求1所述的氢氧化钾溶液常压分解钒渣的方法，其特征在于：所述氧化性气体是空气、氧气或空气与氧气的混合气体，其中，空气与氧气的混合比例为任意比例，氧化性气体的流量控制在0.5-2L/min。

4.根据权利要求1所述的氢氧化钾溶液常压分解钒渣的方法，其特征在于：所述的稀释剂为浓度0-400g/L的氢氧化钾溶液(0g/L即水)。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的浆料经稀释剂稀释后获得溶液的氢氧化钾浓度为200-750g/L。