CN103014361A - 偏钛酸洗水浸出钒渣焙烧熟料制取五氧化二钒工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了偏钛酸洗水浸出钒渣焙烧熟料制取五氧化二钒工艺，涉及制取五氧化二钒的新工艺方法。操作步骤：（一）钒渣破碎、球磨；（二）配料混合：按Na₂CO₃/V₂O₅=1.4：1的质量比例配入碳酸钠；（三）焙烧：混合料经胶带运输机输送至回转窑焙烧，焙烧温度780－820℃，焙烧后熟料经冷却布料至带真空抽滤的槽车；（四）浸出：偏钛酸洗水经加热至75-85℃以上，用泵打至槽车内的熟料浸取；（五）沉淀；（六）将上述的多钒酸铵过滤，熔化制片：反应结束后底流浆经洗涤过滤加入至熔化炉熔化制片，成品V₂O₅包装。本发明解决了硫酸法钛白粉生产过程中，酸性废水的处理排放污染环境的问题。

Description

偏钛酸洗水浸出钒渣焙烧熟料制取五氧化二钒工艺

技术领域

本发明涉及制取五氧化二钒的新工艺方法。  

背景技术

硫酸法钛白粉生产过程中，每生产一吨钛白粉产生浓度20%左右的废硫酸（偏钛酸水解母液）8-10t，pH1.0-3.0的酸性废水（偏钛酸洗涤水）100-200t，这些废酸和酸性废水量非常大，不能直接排放，回收利用成本较高，必须进行处理后方能排放。 

钒渣生产五氧化二钒过程中，焙烧熟料的浸出需要大量浸出剂，多为自来水。生产一吨V₂O₅产品需要用自来水的量与浸出液控制的钒浓度有关，浸出液V浓度16g/L时需要50t左右，浸出液V浓度20g/L时需要40t左右。 

为了减少酸性废水的处理排放量，降低钛白粉和V₂O₅生产成本，提出了利用钛白粉生产过程中产生的酸性废水替代自来水浸出钒渣焙烧熟料的设想，探索其可行性，考察现行工艺条件下，对V₂O₅产品质量和工艺过程指标控制的影响，以及对现行主要设备的的影响。 

发明内容

本发明提供偏钛酸洗水浸出钒渣焙烧熟料制取五氧化二钒工艺，本发明解决了硫酸法钛白粉生产过程中，酸性废水的处理排放污染环境的问题。

为解决上述问题，本发明采用如下技术方案：偏钛酸洗水浸出钒渣焙烧熟料制取五氧化二钒工艺，操作步骤： 

（一）钒渣破碎、球磨：钒渣经破碎、磁选去除明铁后，用球磨细磨至-120目筛下占80%的精粉；

（二）配料混合：精粉经链式运输机输送至混料机，按Na₂CO₃/ V₂O₅=1.4：1的质量比例配入碳酸钠，再加入尾渣调节TV品位，得到合格的混合料；

（三）焙烧：混合料经胶带运输机输送至回转窑焙烧，焙烧温度780－820℃，焙烧后熟料经冷却布料至带真空抽滤的槽车；

（四）浸出：偏钛酸洗水经加热至75-85℃以上，用泵打至槽车内的熟料浸取；

（五）沉淀：经真空抽滤，分离含钒滤液，滤液经氯化钙除磷净化，静置澄清合格后经化工泵输送至沉淀罐，含钒液在沉钒罐内加入硫酸调节PH至2-2.5，再加入氯化铵，通入蒸汽加热，保持沸腾；

（六）将上述的多钒酸铵过滤，熔化制片：反应结束后底流浆经洗涤过滤加入至熔化炉熔化制片，成品V₂O₅包装。

本发明废水经硫酸亚铁还原-石灰乳中和-固液分离后的水中Cr⁶⁺、V⁵⁺浓度及pH值均达到废水排放国家标准。本发明减少了自来水的用量和减少中和酸性废水的石灰消耗量；减少酸性废水处理量及减少中和产生的废渣量，减少了对环境的污染，实现硫酸法钛白与钒渣焙烧浸出水资源的综合利用，具有较好的社会效益。 

附图说明

图1是本发明结构示意图。 

具体实施方式

下面用最佳的实施例对本发明做详细的说明。

如图1所示，偏钛酸洗水浸出钒渣焙烧熟料制取五氧化二钒工艺，操作步骤： 

（一）钒渣破碎、球磨：钒渣经破碎、磁选去除明铁后，用球磨细磨至-120目筛下占80%的精粉，

（二）配料混合：精粉经链式运输机输送至混料机，按Na₂CO₃/ V₂O₅=1.4：1的质量比例配入碳酸钠，再加入尾渣调节TV品位，得到合格的混合料；

（三）焙烧：混合料经胶带运输机输送至回转窑焙烧，焙烧温度780－820℃，焙烧后熟料经冷却布料至带真空抽滤的槽车；

（四）浸出：偏钛酸洗水经加热至80℃以上，用泵打至槽车内的熟料浸取；，

（五）沉淀：经真空抽滤，分离含钒滤液，滤液经氯化钙除磷净化，静置澄清合格后经化工泵输送至沉淀罐，含钒液在沉钒罐内加入硫酸调节PH至2-2.5，再加入氯化铵，通入蒸汽加热，保持沸腾；

（六）将上述的多钒酸铵过滤，熔化制片：反应结束后底流浆经洗涤过滤加入至熔化炉熔化制片，成品V₂O₅包装。上层滤液通过加入硫酸亚铁还原、石灰中和后符合合格废水的要求排往高炉渣池冲高炉渣，滤渣外运填埋。

本发明工艺特点： 

 浸出：采用间歇式浸出，称取一定量的熟料放入带有滤纸的布式漏斗内，将加热至要求温度的偏钛酸洗水（或洗浸熟料的后几次低浓度含钒洗水）计量分多次加入，每次加入后浸泡3min左右真空抽滤，抽滤干后再进行下一次，直至洗浸结束。洗浸用偏钛酸洗水总量按浸出液钒浓度及浸出尾渣中的SV含量进行控制（洗浸熟料的后几次含钒浓度较低的洗水作为下一次浸出首先加入的浸出剂）。浸出液量体积，用试纸测pH，尾渣烘干计量，分析TV，SV含量。

净化：相同条件的偏钛酸洗水浸出产生的浸出液量达到一定时，分析V，P浓度，根据分析结果和需净化浸出液体积称取氯化钙（生产现场取样），配制成溶液，将需净化浸出液加热至温度＞85℃，在手动搅拌条件下缓慢加入配制好的氯化钙溶液，自然澄清或趁热过滤（要保证滤液清澈、透明，过滤一次不行，可过滤多次），合格滤液分析V，P含量，以控制V：18-25g/l，P：≤0.01g/l。除磷渣分析TV含量。 

沉钒：将恒温水浴锅通电加热至沸腾，量取合格净化钒液与烧杯中，磁力搅拌下用浓硫酸调节pH至5左右，加入计量的氯化铵（根据生产控制的加铵系数），再用硫酸调节pH至2.0-2.5，置于已经沸腾的水浴锅中，开动磁力搅拌并计时，途中视pH值变化情况适当补加酸，沉钒结束真空抽滤并洗涤，上层液（或上层液+洗涤水）计量体积，送样分析V，红钒送样经干燥和煅烧后按片钒国标分析相关元素。 

废水处理：援用生产现行的处理工艺，将沉钒废水分析Cr⁶⁺，V⁵⁺浓度，加入硫酸亚铁(先溶解成溶液)还原-石灰乳中和-固液分离后，测定pH，分析滤液中的Cr⁶⁺，V⁵⁺浓度。 

结果及讨论 

    综合考虑熟料浸出、浸出液浓度、浸出液净化、沉钒及红钒煅烧产品质量，试验采用较稳妥的探索方式进行，即用洗涤偏钛酸过程中不同时间段产生的酸性废水综合样进行浸出、净化、沉钒等探索试验，并按洗涤时间顺序（先后后前）产生的洗水进行试验。结果在实验室条件下，各时段的洗水对钒渣焙烧熟料浸出-沉钒工艺过程及产品质量的影响较小，基本可以控制。因此，重点放在偏钛酸“一洗”产生的酸性废水综合样进行的试验上。

熟料浸出试验结果

浸出用熟料：QC-1、QC-2用SL-1；QC-3～QC-5用SL-2；QC-6、QC-7用SL-3，酸性废水：QC-1～QC-3用ZH-4-1，QC-4～QC-7或ZH-4-2，浸出试验条件及结果见表4-1。   

采用生产线现行的间歇浸出工艺和方式，用偏钛酸洗涤水替代自来水浸出，浸出过程顺畅，没有出现明显的差异。从表4-1中的数据可看出，试验与生产指标比较：焙烧熟料中SV的浸出效果相当（除QC-6、QC-7因焙烧熟料钒转化率相对较低，质量较差对浸出有影响，造成尾渣中TV、SV偏高外，其他尾渣中的SV含量与生产指标相当）；浸出液的质量更好（V浓度相同的条件下P浓度较低），有利于除磷净化；pH值低1-2，而且后几次浸出液（洗水）呈酸性，颜色呈黑黄；整个浸出过程是前面呈碱性，后面呈酸性。因此，采用钛白生产中产生的酸性废水替代自来水浸出焙烧熟料过程中，整个浸出系统、设备，包括真空系统均要考虑防腐。

浸出液净化结果

浸出液净化试验条件及结果见表4-2。

浸出液净化采用与现场生产相同的工艺和方法，即在浸出液中加入氯化钙溶液后自然澄清并倒出面上透明溶液或真空过滤，浸出液的净化质量指标均能满足后步工序的工艺要求。表4-2中的数据可知，相同V浓度的浸出液净化过程中，试验浸出液消耗的氯化钙量要低很多，而且有的浸出液不需要净化就可直接沉钒（因浸出液中P浓度达到沉钒要求控制的指标）。采用钛白生产中产生的酸性废水替代自来水浸出，会降低浸出液中P浓度的机理尚不清楚，还需要以后进一步试验研究。 

沉钒试验结果

沉钒试验条件及结果见表4-3，沉淀得到红钒经烘箱干燥和马弗炉煅烧后化学成分见表4-4，片钒国家标准一并列入表4-4中便于对比。

    

由表4-3、表4-4可看出，只要浸出液中的成分指标达到沉钒工艺的要求，不管是净化合格的还是没有经过净化的浸出液，采用生产现行的酸性铵盐沉钒工艺进行沉钒、洗涤、过滤操作，不但钒沉淀率较高，而且沉淀得到的红钒经干燥和煅烧后，粉状V₂O₅质量指标符合YB/T5304-2006标准。化学成分中的Na₂O+K₂O含量低于YB/T5304-2006标准很多，可能是实验室试验中对红钒的洗涤或抽滤效果更好的原因。

废水处理结果

废水处理试验条件及结果见表4-5。

从表4-5沉钒废水处理前后的数据可看出，废水经硫酸亚铁还原-石灰乳中和-固液分离后的水中Cr⁶⁺、V⁵⁺浓度及pH值均达到废水排放国家标准。 

 

效益分析：

5.1 经济效益估算

经济效益主要体现在：减少了自来水的用量和减少中和酸性废水的石灰消耗量。

(1)减少自来水用量：假如年产V₂O₅6000t的熟料浸出全部用酸性废水替代自来水，用量45t/tV₂O₅,水单价1.2元/t计，估算钒厂年效益：1.2×45×6000＝32.4万元； 

(2)减少石灰消耗量：据公司考察报告中和酸性废水用石灰消耗量2-3t/t钛白，酸性废水量100-200t/t钛白。酸性废水量按150t/t钛白，石灰消耗量2t/t钛白，石灰单价按350元/t计，估算钛厂年效益：350×2×(45/150)×6000＝126万元。

社会效益

    减少酸性废水处理量及减少中和产生的废渣量，减少了对环境的污染，实现硫酸法钛白与钒渣焙烧浸出水资源的综合利用，具有较好的社会效益。

6 结语 

(1) 用硫酸钛白生产过程中生产的酸性废水(偏钛酸洗涤水，pH值1-2.5)替代自来水，采用生产线现行的浸出工艺浸出钒渣焙烧熟料可行：熟料中SV的浸出效果没有明显影响，浸出尾渣中的SV含量与生产尾渣中SV含量相当；

(2) 浸出液中V浓度相同的条件下，杂质P浓度比生产现场浸出液低，采用生产线现行的浸出液净化工艺和条件净化后，钒溶液质量可满足沉钒要求，净化剂消耗比生产低。

(3) 净化合格的浸出液，采用生产线现行的沉钒工艺和条件沉钒，红钒经过滤洗涤，红钒质量及煅烧后的V₂O₅（粉状）产品化学成分符合标准YB/T5304-2006要求。 

(4) 采用生产现行的废水处理工艺，沉钒废水经硫酸亚铁还原-石灰乳中和-固液分离后的水中Cr⁶⁺、V⁵⁺浓度及pH值均达到废水排放国家标准。 

(5) 用酸性废水替代自来水浸出焙烧熟料，整个浸出过程是前面呈碱性，后面呈酸性，整个浸出系统、设备，包括真空系统均要考虑防腐。 

(6) 有一定的经济效益和社会效益。 

最后应说明的是：显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。 

  

表4-1    浸出试验结果

注：现场浸出液：V 18-25g/l时P0.06-0.10g/l，pH9-10；洗水：pH7-8，浅黄色；尾渣：SV含量0.06-0.1%。

  

 表4-2   浸出液净化试验条件及结果

注：现场浸出液加入氯化钙后自然澄清并溢流进入合格液储罐，氯化钙消耗量：0.08-0.1t/tV₂O₅。

  

表4-3   沉钒试验条件及结果

表4-4   煅烧产品化学成分/%

表4-5   沉钒废水处理试验条件及结果

Claims (1)

1.偏钛酸洗水浸出钒渣焙烧熟料制取五氧化二钒工艺，其特征在于，操作步骤：

（一）钒渣破碎、球磨：钒渣经破碎、磁选去除明铁后，用球磨细磨至-120目筛下占80%的精粉；

（二）配料混合：精粉经链式运输机输送至混料机，按Na₂CO₃/ V₂O₅=1.4：1的质量比例配入碳酸钠，再加入尾渣调节TV品位，得到合格的混合料；

（三）焙烧：混合料经胶带运输机输送至回转窑焙烧，焙烧温度780－820℃，焙烧后熟料经冷却布料至带真空抽滤的槽车；

（四）浸出：偏钛酸洗水经加热至75-85℃以上，用泵打至槽车内的熟料浸取；

（五）沉淀：经真空抽滤，分离含钒滤液，滤液经氯化钙除磷净化，静置澄清合格后经化工泵输送至沉淀罐，含钒液在沉钒罐内加入硫酸调节PH至2-2.5，再加入氯化铵，通入蒸汽加热，保持沸腾；

（六）将上述的多钒酸铵过滤，熔化制片：反应结束后底流浆经洗涤过滤加入至熔化炉熔化制片，成品V₂O₅包装。

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