CN102086487A - 一种节能减排的钒渣处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于稀有金属提取领域，尤其涉及一种从钒渣中提取钒节能减排的钒渣处理方法。具体步骤：首先，将与铁水分离后的1200℃以上的高温液态钒渣置于渣罐中；然后，根据钒渣品位向渣罐中加入钠化合物，然后用水冷超音速或亚音速氧枪向渣罐中供氧，造成强氧化性气氛，同时能起到搅拌作用，促使钒渣中快速生成水溶性钒酸钠，为保证供氧量大于渣中各组分全部氧化成最高价氧化物所需的氧量，需以渣中的FeO/T·Fe作为检验氧化程度的指标，钒渣中生成的V₂O₅与加入的钠化合物反应生成水溶性钒酸钠，最后，把得到的含有水溶性钒酸钠的渣子，处理得到V₂O₅。本发明是一种提钒和炼钢两不误的生产方法，采用此方法生产将产生巨大的经济和环境效益。

Description

一种节能减排的钒渣处理方法

技术领域

本发明属于稀有金属提取领域，尤其涉及一种从钒渣中提取钒节能减排的钒渣处理方法。

背景技术

钒在自然界中分布广泛，地壳中的丰度约为135×10^-6。其中，钒钛磁铁矿是生产钒的主要矿物原料，遍及中国、前苏联、美国、南非、芬兰、瑞典、挪威、印度、澳大利亚等国家。世界上60%以上的钒生产都是通过使用含钒铁矿炼得的铁水经处理得到钒渣，再氧化钒渣，生成水溶性钒酸钠后在水中浸钒，分离制得五氧化二钒。

该方法的理论基础是，先将铁矿中的钒还原进入铁水，把铁水兑入炼钢转炉，向熔池吹氧，使铁水中的钒氧化成低价氧化物进入渣相，此时铁水中的硅会全部氧化，一部分锰、铁也被氧化，与钒的氧化产物一起进入渣相，然后分离渣和铁得到钒渣。钒渣中的其他主要元素是铁和硅，此外还会有一部分炉衬材料和上一炉炼钢的炉渣成分，钒的品位不是很高。转炉吹氧提钒时铁水含碳量高，由钒氧化物与碳的平衡关系可知，炉渣中的钒不可能被充分氧化，大多以3价、4价离子的形式存在，这种低价态的钒离子难于溶解在水中，只有5价钒离子的水溶性才比较好，因此有必要使低价态的钒离子氧化成为5价，并使其生成水溶性钒酸钠，以利于用水溶出钒。现在采用的氧化钠化焙烧法处理钒渣，要将钒渣破碎除铁后加入钠化合物混匀进行氧化焙烧，然后放在水中浸出钒，处理水溶液分离制得五氧化二钒。

目前，从铁水提钒到氧化钠化焙烧钒渣的生产工艺流程主要包括以下两个步骤：（1）铁水提钒：含钒铁水加入转炉后用氧气喷枪吹氧提取钒渣，待铁水中的钒基本上全部氧化进入渣中后，倒炉放出熔渣（约1400～1500℃）使渣和铁分离，含钒渣进入后面的处理工序，转炉内铁水则继续炼钢。（2）钒渣氧化钠化焙烧：把液态的高温钒渣冷却后进行破碎，除铁磨细，与碳酸钠、氯化钠、硫酸钠等钠化合物混匀，加入回转窑、竖炉或多层焙烧炉等反应器中焙烧，在800~1000℃范围内通空气氧化焙烧4~8小时，使钒渣中的钒生成高价氧化物后与钠化合物生成水溶性钒酸钠。

现行的工艺过程有一个明显的缺点，把1400～1500℃的高温钒渣冷却到室温进行处理，然后再焙烧升温到800~1000℃促使钒反应生成水溶性钒酸钠，显然，这钒渣温度的一降一升浪费了大量的物理热。另外，提钒操作在炼钢过程的初期进行，如果渣中混入氧化钙，在后面的氧化焙烧过程中，渣中一部分五氧化二钒将会与氧化钙生成不溶于水的钒酸钙，因此提钒操作过程不能加入石灰造渣，而导致炼钢过程初期不能脱磷，不得已而将脱磷过程放在炼钢后期，给生产带来不利的影响。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的是提供一种减少钒渣处理过程造成的能量浪费，缩短钒渣处理流程和水溶性钒酸钠生成的反应时间，使含钒铁水的提钒炼钢过程顺行，降低钒渣处理和提钒炼钢的成本的节能减排的钒渣处理方法

本发明技术方案是：一种节能减排的钒渣处理方法，具体包括以下步骤：

首先，将与铁水分离后的1200℃以上的高温液态钒渣置于渣罐中；

然后，根据钒渣品位向渣罐中加入钠化合物，然后用水冷超音速或亚音速氧枪向渣罐中供氧，造成强氧化性气氛，同时能起到搅拌作用，促使钒渣中快速生成水溶性钒酸钠，为保证供氧量大于渣中各组分全部氧化成最高价氧化物所需的氧量，需以渣中的FeO/T·Fe作为检验氧化程度的指标，吹氧结束后渣中的FeO/T·Fe＜0.4，钒渣中生成的V₂O₅与加入的钠化合物反应生成水溶性钒酸钠，加入的钠化合物中的Na₂O与钒渣中的V₂O₅的摩尔比为1～10；

最后，把得到的含有水溶性钒酸钠的渣子，经冷却破碎水浸或者在热状态下投入水中破碎挤压浸出其中的钒，可以得到含钒的水溶液，然后处理这水溶液分离精制得到V₂O₅。

进一步，所述步骤中还包括：处理过程中当熔融钒渣温度低不能呈现良好的流动状态时，往钒渣中以表面添加或喷吹的方式加入0.5～10kgce/吨渣的燃料，以燃烧加热提温；其中，所述燃料为无烟煤，焦炭，天然气或重油。

进一步，所述钠化合物为Na₂CO₃、NaCl和/或Na₂SO₄。

进一步，所述钠化合物的方法包括直接加入渣罐、转炉出渣时加在渣流上或/和铺洒在渣罐里钒渣的表面。

进一步，所述吹氧方式包括把氧枪伸进熔渣液面下或悬在熔渣液面上。

进一步，所述所述钒渣中氧化钙含量为0～20%，渣碱度CaO/SiO₂为0～5。

本发明把与铁水分离后的钒渣不经冷却，利用液态钒渣所具有的物理热来促进水溶性钒酸钠的生成。采用事先加入渣罐、转炉出渣时加在渣流上、铺洒在渣罐钒渣表面或喷吹入盛有钒渣的渣罐等各种方法，把可以与V₂O₅反应最终生成水溶性钒酸钠的钠化合物加入盛有液态钒渣的渣罐，然后用水冷的超音速或亚音速氧枪对钒渣进行吹氧，使渣中的低价钒离子快速氧化成为5价的钒离子，并与钠化合物反应生成水溶性钒酸钠。为保证这一转变的顺利进行，根据钒渣品位加入的钠化合物量，要足以使全部V₂O₅都能生成钒酸盐，要使钠化合物中Na₂O与V₂O₅的摩尔比为1～10。供氧量需大于渣中各组分氧化成最高价氧化物所需的氧量，以渣中“FeO/T.Fe”作为检验钒渣氧化程度的指标，吹氧反应结束后的渣中“FeO/T.Fe”应小于0.4；吹氧时要保证钒渣处于熔融状态，以利于吹氧过程中钒渣的流动和氧、氧化钠的传质。

向钒渣吹氧过程中，钒渣中所有的氧不饱和化合物都会氧化放热，提供生成水溶性钒酸钠反应过程所需要的热量。当热量不够导致渣流动性不好的时候，可以往钒渣中加入一部分燃料，燃料的种类可以是气体、液体或固体，如无烟煤，焦炭，天然气，重油等；加入方式包括表面添加、喷吹，燃料加入量应能够保持熔融渣的温度在1250～1500℃。在生成水溶性钒酸钠的同时，还可能有氧化钠与钒酸钙反应生成水溶性钒酸钠和氧化钙的反应存在，因此保证了渣中钒的绝大部分都有可能生成易溶于水的钒酸钠。

钒渣中的钒生成了水溶性钒酸钠后，经冷却破碎水浸或者在热状态下投入水中破碎挤压浸出其中的钒，可以得到含钒的水溶液，然后处理这水溶液分离精制得到V₂O₅。

由于这一方法可以消除钒渣中存在的氧化钙对水溶性钒酸钠生成的影响，因此含钒铁水提钒过程可以和正常炼钢的前期操作相同，吹氧时加入一部分石灰或石灰石，提钒的同时脱磷，以减轻炼钢过程脱磷的压力。

本发明提出的方法与现行方法相比，具有以下的优点：

(1)利用高温钒渣所携带的物理热作为钒渣氧化生成水溶性钒酸钠反应过程所需的全部或一部分热能，可以节省大量能源；

(2) 钠化合物加入液态的钒渣在流动中可以与各组分充分接触，因此不需要把冷却的钒渣磨细与钠化合物混合，省去了庞大的研磨、混匀设备；

(3)用高压纯氧直接吹入液态钒渣进行氧化反应，渣中生成水溶性钒酸钠的速度加快，反应进行得更完全；

(4)转炉铁水提钒过程可以加一些石灰或石灰石进行脱磷，因此减轻了其后半钢冶炼的脱磷压力；

(5)简化了工序，缩短了流程，减少了设备，提高了生产效率，减少了污染物排放。

综上所述，这是一种钒渣处理过程节能减排、提钒和炼钢两不误的生产方法，采用此方法生产将产生巨大的经济和环境效益。

具体实施方式

实施例1：

把约1450℃、含很少氧化钙的液态钒渣4吨倒进渣罐，渣罐净空约有15cm。根据渣中钒的品位按一定比例加入Na₂CO₃，Na₂CO₃加入量按Na₂O与V₂O₅摩尔比约为3。加入方式是随转炉放渣过程先加入1/2，渣出完后表面添加1/2。出渣结束后用水冷亚音速氧枪斜向插入渣罐内吹氧，喷嘴伸入到渣液面下，供氧的同时能起到搅拌作用。吹氧3分半钟后停吹提枪，渣液流动性良好。取样分析，“FeO/T.Fe”约等于0.25。

实施例2：

把约1450℃、含少量氧化钙的液态钒渣4.25吨倒进渣罐，渣罐净空约15cm。渣中V₂O₅含量约为16%。出渣结束后一次性加入750kg的Na₂CO₃和200kg的NaCl进渣罐，Na₂O与V₂O₅摩尔比约为2.3。然后用水冷亚音速氧枪斜向插入渣罐内吹氧，喷嘴伸入到渣液面下。吹氧4分钟后停吹提枪，渣液流动性良好。取样分析，“FeO/T.Fe”约等于0.14。

实施例3：

把约1400℃的含有约20%氧化钙的液态钒渣3.5吨倒进渣罐，渣罐净空约有20cm，根据渣中钒的品位称取Na₂CO₃，Na₂CO₃加入量按Na₂O与V₂O₅摩尔比约为2.5。加入方式是随出渣前加入渣罐1/2，渣出完后表面添加1/2，出渣结束后用水冷单孔超音速氧枪斜向渣罐内吹氧，喷嘴距渣液面10cm左右，供氧的同时能起到搅拌作用。因渣液温度低流动性不好，为提温向火点区添加了无烟煤，加入量为1kg无烟煤/吨渣，吹氧约4分钟后停吹提枪，渣液流动性良好。取样分析，“FeO/T.Fe”约等于0.28。

实施例4：

把约1400℃的含有约15%氧化钙的液态钒渣3.5吨倒进渣罐，渣罐净空约有20cm。Na₂CO₃加入量按Na₂O与V₂O₅摩尔比约为3。加入方式是出渣前一次性加入渣罐内，出渣结束后用水冷套管亚音速氧枪斜向渣罐内吹氧，氧枪中心管通氧，内套管环缝通转炉煤气，煤气流量为4m³ /吨渣，与氧气混合燃烧以提高熔渣温度，喷嘴距渣液面15cm左右，吹炼中熔渣流动性良好。4分钟后提枪停吹，取样分析，“FeO/T.Fe”约等于0.22。

实验室中，将上述（1）（2）方式得到的“FeO/T.Fe”小于0.3的冷却的钒渣，破碎至50目以下，放在烧杯里加水浸出其中的钒，固液比为1：10，放在磁力搅拌器上搅拌5分钟，得到含钒的水溶液。根据水溶液分析结果计算，渣中钒溶出率分别为90%和92%；将上述（3）（4）方式得到的冷却的钒渣熔化，直接倒入钢制容器的水中，急冷后的渣块呈多孔状，粒度有大有小，以锤子破碎水中的渣块，至渣块粒度均小于5mm为止，然后转移到玻璃烧杯里，固液比为1：10，放在磁力搅拌器上搅拌4分钟，得到含钒的水溶液。根据水溶液分析结果计算，钒溶出率为94%和93.5%。

Claims (6)

1.一种节能减排的钒渣处理方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

首先，将与铁水分离后的1200℃以上的高温液态钒渣置于渣罐中；

然后，根据钒渣品位向渣罐中加入钠化合物，然后用水冷超音速或亚音速氧枪向渣罐中供氧，造成强氧化性气氛，同时能起到搅拌作用，促使钒渣中快速生成水溶性钒酸钠，为保证供氧量大于渣中各组分全部氧化成最高价氧化物所需的氧量，需以渣中的FeO/T·Fe作为检验氧化程度的指标，吹氧结束后渣中的FeO/T·Fe＜0.4，钒渣中生成的V₂O₅与加入的钠化合物反应生成水溶性钒酸钠，加入的钠化合物中的Na₂O与钒渣中的V₂O₅的摩尔比为1～10；

最后，把得到的含有水溶性钒酸钠的渣子，经冷却破碎水浸或者在热状态下投入水中破碎挤压浸出其中的钒，可以得到含钒的水溶液，然后处理这水溶液分离精制得到V₂O₅。

2.根据权利要求1所述的节能减排的钒渣处理方法，其特征在于，所述步骤中还包括：处理过程中当熔融钒渣温度低不能呈现良好的流动状态时，往钒渣中以表面添加或喷吹的方式加入0.5～10kgce/吨渣的燃料，以燃烧加热提温；其中，所述燃料为无烟煤，焦炭，天然气或重油。

3.根据权利要求1或2所述的节能减排的钒渣处理方法，其特征在于，所述钠化合物为Na₂CO₃、NaCl和/或Na₂SO₄。

4.根据权利要求1或2所述的节能减排的钒渣处理方法，其特征在于，所述钠化合物的方法包括直接加入渣罐、转炉出渣时加在渣流上或/和铺洒在渣罐里钒渣的表面。

5.根据权利要求1或2所述的节能减排的钒渣处理方法，其特征在于，所述氧枪的吹氧方式为把氧枪伸进熔渣液面下或悬在熔渣液面上。

6.根据权利要求1或2所述的节能减排的钒渣处理方法，其特征在于，所述钒渣中氧化钙含量为0～20%，渣碱度CaO/SiO₂为0～5。