CN102051486A - 一种利用沉钒废水制取低磷钒液的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种利用沉钒废水制取低磷钒液的方法，属于冶金领域。本发明是要解决沉钒废水处理难、成本高的问题，拓宽沉钒废水的处理途径，制取合格的低磷钒液。将沉钒废水作为含钒熟料的浸出剂，利用其所含铵根离子和磷酸根离子与镁离子形成络合沉淀物，去除大部分的磷，再加入钙盐，铝盐或铁盐深度除磷，经过滤得到低磷钒液。本发明提供了一种制取低磷钒液的新方法，不仅能够实现沉钒废水的再利用，还能在浸出工序得到含磷指标合格的钒液，简化浸出和除磷的工序，减轻钒生产企业的废水排放压力，节约原料。

Description

一种利用沉钒废水制取低磷钒液的方法
技术领域
本发明属于冶金领域，具体涉及一种利用沉钒废水制取低磷钒液的方法。
背景技术
以钒渣为原料生产V2O5的工艺流程中，其浸出工序一般采用酸浸、碱浸、水浸三种方式得到含钒浸出液，一般浸出采用的是自来水或工业用水，该工序都会产生大量工业废水尤其是沉钒废水，沉钒废水主要含有铵根离子、钠离子、钒铬离子等，由于处理困难，给钒生产企业带来很大的环保压力。目前对沉钒废水的处理方法主要有两种：一是将废水中有害元素(比如钒铬离子)处理达标后排放，方法多种多样，比如还原中和法，离子交换法，萃取法等等；另一种是处理后回用，在前一种方法的基础上，增加蒸发浓缩的手段，得到的冷凝水可以返回浸出工序使用。两相比较，后者更符合国家发展循环经济的要求，但是不管哪种方法，都由于沉钒废水的处理困难、工艺复杂，使得投资大，成本高，使得一般企业难以承受。
本领域中，含钒熟料主要是指钒钛磁铁矿的炼铁提钒工艺中钒渣焙烧后的熟料，也可以是以五价钒为主的其他含钒原料，可以用于生产钒浸出液。但是含钒熟料中含有大量的磷酸根离子，而磷含量的高低是衡量浸出处理得到的钒液是否合格的重要指标，所以通常是将得到的钒浸出液采用加氯化钙除磷的方式制取低磷钒液，此过程操作繁杂，耗时较长并且加入量不好掌控，因此目前出现了在熟料浸出过程中加除磷剂除磷的工艺。公开号为CN101724757A的中国专利申请中公开了通过含钒熟料浸出钒液过程中或粗钒产品溶解过程中向钒液体系中加入净化剂进行除磷除硅，包含步骤：a、将含钒熟料的浸出温度或者粗钒产品的溶解温度设置为在60℃至沸腾之间任一温度；b、用酸或者碱调节步骤a所对应的钒液体系至碱性，加入净化剂进行除硅、除磷，其净化剂为铝盐、铁盐或镁盐中的至少一种；c、步骤b之后进行冷却、过滤、得低硅低磷钒液。该方法在浸出钒液过程中没有合理利用沉钒废水做浸出剂，所以并不能解决沉钒废水污染环境、处理困难的问题，以及除磷过程中不能充分利用原料中可用元素特别是沉钒废水中铵根离子以达到节省原料的目的，并且除磷过程除磷剂消耗量大，且只适用于碱性钒液体系，存在一定局限性。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术中的不足，拓宽沉钒废水的处理途径，提供一种充分利用沉钒废水作浸出剂制取低磷钒液的方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是提供一种利用沉钒废水制取低磷钒液的方法。该方法包括以下步骤：
a、将沉钒废水加热，调节废水pH值；
b、将含钒熟料加入到沉钒废水中，搅拌并升温至70～100℃，再调节体系pH值；
c、往步骤b调节pH值后的体系中加入含镁化合物，其所含镁离子与铵根离子和磷酸根离子反应形成络合沉淀物；随后加入除磷剂反应除磷；
d、将步骤c除磷后的体系过滤，滤液即为低磷钒液。
其中，上述方法a步骤中所述沉钒废水的钠离子浓度不超过50g/L。
其中，上述方法a步骤将沉钒废水加热至40～60℃；调节废水pH值为3～5或6～8。
其中，上述方法b步骤中含钒熟料的加入量为：每2～3立方米沉钒废水添加含钒熟料1吨。
其中，当a步骤中pH值为3～5时，步骤b调节体系pH值为2.8～3.2，当a步骤中pH值为6～8时，步骤b调节体系pH值为9.5～11.5。
其中，上述方法步骤b中调节体系pH值后反应30～40min。
其中，上述方法c步骤中所述的含镁化合物为碳酸镁、硫酸镁、氯化镁、硝酸镁或氧化镁中的至少一种。
其中，上述方法c步骤中所述的除磷剂为钙盐、铝盐或铁盐中的至少一种。
其中，上述方法c步骤中所述含镁化合物的加入量为：Mg2+∶PO4 3-＝4～6∶1，所述比例为摩尔比。
其中，上述方法c步骤中在含镁化合物加入体系充分反应后再加入除磷剂。
本发明方法是将沉钒废水作为含钒熟料的浸出剂，利用其沉钒废水所含的铵根离子和含钒熟料所含的磷酸根离子与镁离子形成络合沉淀物，即可去除大部分的磷，再加入钙盐、铝盐或铁盐中的至少一种少量以深度除磷，得到低磷钒液。
本发明方法具体可按以下方式实施：先将钠离子浓度不超过50g/L沉钒废水加热至40～60℃后，调节废水pH值为3～5或6～8。将含钒熟料加入到沉钒废水中，加入量为每2～3立方米沉钒废水添加含钒熟料1吨，搅拌并升温至70～100℃后再调解pH值反应30～40min，当a步骤中pH值为3～5时，调节体系pH值为2.8～3.2，当a步骤中pH值为6～8时，调节体系pH值为9.5～11.5。往调节pH值后充分反应的体系中加入含镁化合物，该含镁化合物为碳酸镁、硫酸镁、氯化镁、硝酸镁或氧化镁中的至少一种，加入量为：Mg2+∶PO4 3-＝4～6∶1，所述比例为摩尔比；此时镁离子与铵根离子和磷酸根离子充分反应形成络合沉淀物；随后加入除磷剂反应除磷；所诉除磷剂为钙盐、铝盐或铁盐中的至少一种。将除磷后的体系过滤，滤液即为低磷钒液。
本发明方法的有益效果在于：创造性地利用沉钒废水对含钒熟料钒进行浸出处理，利用其沉钒废水所含的铵根离子和含钒熟料所含的磷酸根离子与镁离子形成络合沉淀物后，再加入少量常用除磷剂即可获得合格的低磷钒液，简化了浸出和除磷的工序，减少除磷剂的用量，不仅能够在浸出工序得到含磷指标合格的钒液，还能实现沉钒废水的再利用，解决了沉钒废水处理难、成本高的问题，拓宽了沉钒废水的处理途径，并且有效处理和充分利用了沉钒废水中含有的有害成分铵根离子，既节约了原料，又同时处理了多种污染源，能产生很好的经济效益和社会效益，具有很好的应用前景。
附图说明
图1为一种利用沉钒废水制取低磷钒液的工艺流程框图。
具体实施方式
本发明是一种利用沉钒废水制取低磷钒液的方法，低磷钒液是指磷浓度小于0.015g/L的钒液，将沉钒废水作为含钒熟料的浸出剂，利用废水中有铵根离子存在，与加入的少量镁离子和溶液中杂质磷酸根离子结合形成难溶磷酸铵镁络合物，富集于残渣中而除去，反应方程式为：
Mg2++NH4 ++PO4 3-+6H2O→Mg2+NH4 +PO4 3-·6H2O↓
以上反应可去除大部分的磷，再加入钙盐、铝盐或铁盐中的至少一种深度除磷，得到低磷钒液。
具体包括如下步骤：
1、先选取初步处理过的沉钒废水，备用，沉钒废水中含有硫酸根离子、钠离子、铵根离子、钒铬离子等，但钠离子浓度不超过50g/L，否则，钒浸出速度将会变慢，浸出率降低，对后续工序带来系列影响。
2、将沉钒废水倒入反应罐，加热升温至40～60℃，温度低了含钒熟料加入后浸出缓慢，增加浸出时间，但温度高了后期温度将难以控制，原因在于加入熟料后调节pH值时反应本身会放出热量导致温度升高，所以预热时要求低于反应温度，以避免后期温度超过浸出最高温。
调节废水pH值，废水酸浸熟料时pH调至3～5，废水碱浸熟料时pH调至6～8；废水酸浸熟料是指在酸性条件下用废水作为含钒熟料的浸出剂提取钒的浸出工艺，废水碱浸熟料是指在碱性条件下用废水作为含钒熟料的浸出剂提取钒的浸出工艺。
3、含钒熟料的加入量按沉钒废水(m3)：含钒熟料(t)＝2～3∶1加入反应罐中，这里所述的含钒熟料主要是指炼铁提钒工艺中钒渣焙烧后的熟料，也可以是以五价钒为主的其他含钒原料。沉钒废水量多有利于钒的充分浸出，但是不利于沉钒废水本身的处理，两者需要比较合适的比例。
开动搅拌器，升温至70～100℃搅拌反应30～40min，反应这段时间后浸出熟料中的一半以上钒浸出，带出的磷含量也正好一半以上，有利于加镁化合物形成络合沉淀除杂。反应过程中调节pH值，沉钒废水酸浸熟料时pH值保持在2.8～3.2(酸浸结束后，pH值会迅速上升到4～5，不影响络合沉淀物的形成，pH值大于3有利于磷酸铵镁络合物的生成)；沉钒废水碱浸熟料时pH值保持在9.5～11.5。
4、往反应罐中加入含镁化合物充分反应，完成反应时间在15min以上，最好是15～20min，低于15min会使反应不完全，反应生成络合沉淀物，该含镁化合物是指碳酸镁、硫酸镁、氯化镁、硝酸镁或氧化镁中的至少一种；含镁化合物的加入量为n(Mg2+)∶n(PO4 3-)＝4～6∶1。
继续加入除磷剂反应得混合物，除磷剂的加入量稍大于此时溶液中磷的理论反应量；该除磷剂是指钙盐、铝盐或铁盐中的至少一种，钙盐主要是指氯化钙、碳酸钙或硫酸钙，铝盐主要是指硫酸铝或氯化铝，铁盐主要是指硫酸铁或氯化铁。
5、将混合物趁热真空抽滤得滤渣和滤液；趁热抽滤的目的是为了避免冷却后滤渣和溶液的pH值发生改变，导致不利的化学反应产生，而抽滤后滤液的pH值基本保持不变，性能比较平稳。
6、为了提高钒的回收率，将滤渣重复用清水抽滤洗涤至洗水无色，洗水为洗涤滤渣后的液体，合并滤液和洗水并静止3～5小时后再抽滤，制得低磷钒液。
下面结合实施例对本发明作进一步的描述，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
表1添加钠盐焙烧的含钒熟料成份(重量百分比)
  V   CaO   SiO2   P   Fe
  4.5   2.1   16.41   0.053   28.18
实施例一用本发明方法制取低磷钒液
此实施例为沉钒废水碱浸含钒熟料。取钠化焙烧工艺后的沉钒废水900mL，钠离子浓度小于50g/L，水浴加热到50℃，调节pH值为6，加入400g如表1熟料，继续升温搅拌反应，反应过程中由于熟料是添加钠盐焙烧的，pH值在反应过程中开始一直上升，反应30min后pH值为10.5，基本保持不变，加入2.0g硫酸镁与少量水配成的溶液，此时温度在90℃，保持90℃继续搅拌反应15min后加入0.5g氯化钙与少量水配成的溶液，继续反应10min，趁热过滤，得滤液，静止陈化3小时后过滤得含[P]＝0.011g/L的钒溶液，钒回收率为96％。
实施例二用本发明方法制取低磷钒液
此实施例为沉钒废水碱浸含钒熟料。取钠化焙烧工艺后的沉钒废水900mL，钠离子浓度小于50g/L，水浴加热到60℃，调节pH值为8，加入400g如表1熟料，继续升温搅拌反应，反应过程中由于熟料是添加碱盐焙烧的，pH值在反应过程中开始一直上升，反应40min后pH值为11，加入2.0g氯化镁与少量水配成的溶液，此时温度在95℃，保持95℃继续搅拌反应20min后加入0.5g硫酸铝与0.3g的硫酸钙和少量水配成的溶液，继续反应15min，趁热过滤，得滤液，静止陈化5小时后过滤得含[P]＝0.009g/L的钒溶液，钒回收率为97％。
表2添加钙盐焙烧的含钒熟料成份(重量百分比)
  V   CaO   SiO2   P   Fe
  4.5   4.7   15.2   0.21   31
实施例三用本发明方法制取低磷钒液
此实施例为沉钒废水酸浸含钒熟料。取钙化焙烧工艺后的沉钒废水900mL，钠离子浓度小于50g/L，水浴加热到50℃，调节pH值为5，加入400g如表2熟料，继续升温搅拌反应，pH值在反应过程中开始一直上升，用硫酸调节pH值保持在3.2反应30min后，加入2.0g硫酸镁与少量水配成的溶液，此时反应温度保持约70℃，继续搅拌反应20min后加入0.5g氯化铁与少量水配成的溶液，继续反应15min，趁热过滤，得滤液，静止陈化5小时后过滤得含[P]＝0.008g/L的钒溶液，钒回收率为98％。
实施例四用本发明方法制取低磷钒液
此实施例为沉钒废水酸浸含钒熟料。取钙化焙烧工艺后的沉钒废水900mL，钠离子浓度小于50g/L，水浴加热到50℃，调节pH值为3，加入400g如表2熟料，继续升温搅拌反应，pH值在反应过程中开始一直上升，用硫酸调节pH值保持在2.8反应40min后，加入2.0g氯化镁与少量水配成的溶液，此时反应温度保持约70℃，继续搅拌反应15min后加入0.3g的氯化钙与0.5g氯化铁和少量水配成的溶液，继续反应10min，趁热过滤，得滤液，静止陈化3小时后过滤得含[P]＝0.007g/L的钒溶液，钒回收率为98％。

Claims (10)

1.一种利用沉钒废水制取低磷钒液的方法，其特征在于包括如下步骤：
a、将沉钒废水加热，调节废水pH值；
b、将含钒熟料加入到沉钒废水中，搅拌并升温至70～100℃，再调节体系pH值；
c、往步骤b调节pH值后的体系中加入含镁化合物，其所含镁离子与铵根离子和磷酸根离子反应形成络合沉淀物；随后加入除磷剂反应除磷；
d、将步骤c除磷后的体系过滤，滤液即为低磷钒液。
2.根据权利要求1所述的一种利用沉钒废水制取低磷钒液的方法，其特征在于：a步骤中所述沉钒废水的钠离子浓度不超过50g/L。
3.根据权利要求1所述的一种利用沉钒废水制取低磷钒液的方法，其特征在于：a步骤将沉钒废水加热至40～60℃；调节废水pH值为3～5或6～8。
4.根据权利要求1所述的一种利用沉钒废水制取低磷钒液的方法，其特征在于：b步骤中含钒熟料的加入量为：每2～3立方米沉钒废水添加含钒熟料1吨。
5.根据权利要求1所述的一种利用沉钒废水制取低磷钒液的方法，其特征在于：当a步骤中pH值为3～5时，步骤b调节体系pH值为2.8～3.2，当a步骤中pH值为6～8时，步骤b调节体系pH值为9.5～11.5。
6.根据权利要求1所述的一种利用沉钒废水制取低磷钒液的方法，其特征在于：步骤b中调节体系pH值后反应30～40min。
7.根据权利要求1所述的一种利用沉钒废水制取低磷钒液的方法，其特征在于：c步骤中所述的含镁化合物为碳酸镁、硫酸镁、氯化镁、硝酸镁或氧化镁中的至少一种。
8.根据权利要求1所述的一种利用沉钒废水制取低磷钒液的方法，其特征在于：c步骤中所述的除磷剂为钙盐、铝盐或铁盐中的至少一种。
9.根据权利要求1所述的一种利用沉钒废水制取低磷钒液的方法，其特征在于：c步骤中所述含镁化合物的加入量为：Mg2+∶PO4 3-＝4～6∶1，所述比例为摩尔比。
10.根据权利要求1所述的一种利用沉钒废水制取低磷钒液的方法，其特征在于：c步骤中在含镁化合物加入体系充分反应后再加入除磷剂。
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