CN102127655B - 一种氢氧化钠溶液常压分解钒渣的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种氢氧化钠溶液常压分解钒渣提钒的方法，该方法包括以下步骤：将钒渣或经预处理后的钒渣与水、NaOH一道加入常压反应器，其中，NaOH与钒渣的质量比为2∶1到6∶1；氢氧化钠溶液的质量浓度为65-90wt％；在氧化性气体存在条件下进行氧化反应，反应温度180-260℃，反应时间0.5-6h，再将得到的反应浆料用稀释剂进行稀释，得到含氢氧化钠、钒酸钠、铬酸钠以及尾渣的混合浆料；在80-130℃对混合浆料进行过滤分离，得到尾渣和含钒的水溶液。该方法操作温度在溶液沸点温度以下，过程只需在常压下就可以进行，易于操作且安全性好；操作温度大大低于传统提钒工艺温度，且钒的提取率高，尾渣中含钒总量在0.5-1wt％(以V2O5计)。

Description

一种氢氧化钠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钠溶液常压分解钒渣提钒的方法。
背景技术
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，钢铁工业中由钒钛磁铁矿生产的钒渣是提钒的主要原料。钒渣的成份与生产方法以及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，各工厂钒渣成份差异也很大，但其物相结构基本相同，均由尖晶石、橄榄石、石英等组成。
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。钠化焙烧的工艺基本原理是以Na2CO3为添加剂，通过高温钠化焙烧(750-850℃)将低价态的钒转化为水溶性五价钒的钠盐，再对钠化焙烧产物直接水浸，得到含钒的浸取液，后加入铵盐制得多钒酸铵沉淀，经还原焙烧后获得钒的氧化物产品。钠化焙烧工艺钒回收率低，单次焙烧钒回收率为70％左右，经多次焙烧后钒的回收率也仅为80％；焙烧温度高(750-850℃)，且需多次焙烧，能耗偏高；在焙烧过程中会产生有害的HCl、Cl2等侵蚀性气体，污染环境。
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0.5-1wt％；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℃)。
发明内容
本发明的目的是提供一种氢氧化钠溶液在常压下低温分解钒渣提取钒的方法；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。
本发明的目的是这样实现的：
本发明提供的一种氢氧化钠溶液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、NaOH一道加入常压反应器，其中，NaOH与钒渣的质量比为2∶1到6∶1；氢氧化钠溶液的质量浓度为65-90wt％；
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0.2-1L/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+6NaOH+5/4O2→1/2Fe2O3+3H2O+2Na3VO4；
3)稀释：将步骤2)得到的反应浆料用稀释剂进行稀释，稀释至浆料氢氧化钠浓度为100-500g/L，得到含氢氧化钠、钒酸钠、铬酸钠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80-130℃进行过滤分离，得到尾渣和含钒的水溶液。
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。
在上述的技术方案中，所述的稀释剂为浓度0-400g/L的氢氧化钠溶液或水。
本发明的优点在于：
1)本发明提供的氢氧化钠溶液常压分解钒渣方法，反应温度为180-260℃，与传统工艺相比，大大降低了反应温度；
2)该方法得到的尾渣中含钒总量在0.5-1wt％(以V2O5计)，大大提高了钒的提取率；
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V2O57.3wt％，是由钒钛磁铁矿经高炉流程生产的含钒(铬)生铁(水)，再在高温条件下以空气为氧化介质采用摇包提钒过程形成的钒渣。
1)配料：将筛分至-200目的钒渣与水、NaOH一道加入常压反应器，其中，NaOH与钒渣的质量比为2∶1；氢氧化钠溶液的质量浓度为80wt％；即称取NaOH100g，称取钒渣50g；
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，稀释至浆料氢氧化钠浓度为500g/L，得到含氢氧化钠、钒酸钠、铬酸钠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120℃进行过滤分离，得到尾渣和含钒的水溶液，将尾渣洗涤、干燥后测定其含总钒量为0.82wt％(以V2O5计)。
实施例2：
本实施例使用钒渣含V2O57.3wt％，是由钒钛磁铁矿经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为氧化介质采用铁水包提钒过程形成的钒渣。
1)配料：将钒渣与水、NaOH一道加入常压反应器，其中，NaOH与钒渣的质量比为2.4∶1；氢氧化钠溶液的质量浓度为80wt％；即称取NaOH240g，称取钒渣100g；
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，氧气的流量控制在0.2L/min，控制反应温度为240℃，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的氢氧化钠溶液对反应器中的反应浆料进行稀释，稀释至浆料氢氧化钠浓度为400g/L，得到含氢氧化钠、钒酸钠、铬酸钠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110℃进行过滤分离，得到尾渣和含钒的水溶液，将尾渣洗涤、干燥后测定其含总钒量为0.74wt％(以V2O5计)。
实施例3：
本实施例使用钒渣含V2O510.2wt％，是由钒钛磁铁矿经高炉流程生产的含钒(铬)生铁(水)，再在高温条件下以空气为氧化介质采用顶吹复吹转炉提钒过程形成的钒渣。
1)配料：将经搅拌磨湿磨半小时后的钒渣与水、NaOH一道加入常压反应器，其中，NaOH与钒渣的质量比为6∶1；氢氧化钠溶液的质量浓度为65wt％；即称取NaOH1200g，称取钒渣200g；
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氧化反应，其中，空气∶氧气体积比例为4∶1，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，稀释至浆料氢氧化钠浓度为100g/L，得到含氢氧化钠、钒酸钠、铬酸钠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，得到尾渣和含钒的水溶液，将尾渣洗涤、干燥后测定其含总钒量为0.76wt％(以V2O5计)。
实施例4：
本实施例使用钒渣含V2O55.2wt％，是由钒钛磁铁矿经直接还原流程生产的含钒(铬)生铁(水)，再在高温条件下以空气为氧化介质采用铁水包提钒过程形成的钒渣。
1)配料：将经搅拌磨湿磨半小时后的钒渣与水、NaOH一道加入常压反应器，其中，NaOH与钒渣的质量比为4.2∶1；氢氧化钠溶液的质量浓度为90wt％；即称取NaOH 1260g，称取钒渣300g；
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氧化反应，其中，空气∶氧气体积比例为1∶4，气体的流量控制在0.5L/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，用水对反应器中的反应浆料进行稀释，稀释至浆料氢氧化钠浓度为200g/L，得到含氢氧化钠、钒酸钠、铬酸钠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)。
实施例5：
本实施例使用钒渣含V2O510.2wt％，是由钒钛磁铁矿经高炉流程生产的含钒(铬)生铁(水)，再在高温条件下以空气为氧化介质采用摇包提钒过程形成的钒渣。
1)配料：将筛分至-200目的钒渣与水、NaOH一道加入常压反应器，其中，NaOH与钒渣的质量比为3.5∶1；氢氧化钠溶液的质量浓度为82wt％；即称取NaOH1750g，称取钒渣500g；
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∶氧气体积比例为1∶1，气体流量控制在0.5L/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400g/L的氢氧化钠溶液对反应器中的反应浆料进行稀释，稀释至浆料氢氧化钠浓度为500g/L，得到含氢氧化钠、钒酸钠、铬酸钠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120℃进行过滤分离，得到尾渣和含钒的水溶液，将尾渣洗涤、干燥后测定其含总钒量为0.67wt％(以V2O5计)。
在上述实施例中，步骤3)中将得到的混合浆料在80-130℃进行过滤分离是常规工艺，是本专业技术人员可以实施的。
本发明涉及一种氢氧化钠溶液常压分解钒渣提钒的方法，该方法将钒渣(或经预处理后的钒渣)与水、NaOH一道加入反应器，过程中控制NaOH、水、钒渣的重量比，控制反应温度，反应后对溶液进行稀释、液固分离，得到含钒的水溶液。本发明的优点在于：操作温度在溶液沸点温度以下，过程只需在常压下就可以进行，易于操作且安全性好；操作温度大大低于传统提钒工艺温度，且钒的提取率高，尾渣中含钒总量在0.5-1wt％(以V2O5计)。
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 (4)

1.一种氢氧化钠溶液常压分解钒渣的方法，其步骤如下：
1）配料：将钒渣或经预处理后的钒渣与水、NaOH一道加入常压反应器，其中，NaOH与钒渣的质量比为2∶1到6∶1；氢氧化钠溶液的质量浓度为65-90wt%；
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0.2-1L/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+6NaOH+5/4O2→1/2Fe2O3+3H2O+2Na3VO4
3）稀释：将步骤2）得到反应浆料用稀释剂进行稀释，稀释至浆料氢氧化钠浓度为100-500g/L，得到含氢氧化钠、钒酸钠、铬酸钠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80-130℃进行过滤分离，得到尾渣和含钒的水溶液。
2.根据权利要求1所述的氢氧化钠溶液常压分解钒渣方法，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和铬的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生产过程形成的钒渣。
3.根据权利要求1所述的氢氧化钠溶液常压分解钒渣方法，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体积比例。
4.根据权利要求1所述的氢氧化钠溶液常压分解钒渣方法，其特征在于：所述的稀释剂为浓度0-400g/L的氢氧化钠溶液。 
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