CN103922423B - 一种利用钛白废酸提高钒渣品位的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种利用钛白废酸提高钒渣品位的方法。所述方法是将钒渣用过滤除去悬浮物后的钛白废酸进行浸出，然后过滤洗涤得到高钒钒渣和含有硫酸亚铁的滤液；其中，所述钛白废酸为硫酸法生产钛白粉工艺中所产生的废酸，所述钒渣为含钒铁水经提钒吹炼后产生的炉渣。根据本发明的方法实现了钒渣和钛白废酸的综合治理，提高了钒渣品位，还可以得到硫酸亚铁等副产品。

Description

一种利用钛白废酸提高钒渣品位的方法
技术领域
本发明涉及冶金环保技术领域，更具体地讲，涉及一种利用硫酸法生产钛白粉工艺中产生的钛白废酸来提高钒渣品位的方法。
背景技术
我国钛白粉生产绝大部分采用硫酸法生产工艺，主要以钛铁矿或钛渣等含钛物料为原料，硫酸法生产钛白主要包括：原矿准备；用硫酸分解含钛物料制取硫酸钛溶液；溶液净化除铁；由硫酸钛溶液水解解析出偏钛酸；偏钛酸煅烧制得二氧化钛以及后处理工序等。该工艺最大的缺点就是“三废”量大，特别是酸性废液，每生产1t钛白粉产生6～8吨的浓度约20%的高酸废液（废硫酸）和50～80吨的浓度为2%～6%的低酸洗液，特别是其中的高酸废液，其直接中和处理费用过高，对企业造成了较重的负担，而直接排放则严重污染环境。钛白废酸的治理问题严重困扰着企业，甚至影响到钛白粉工业的生存。
发明内容
针对现有技术中存在的不足，本发明的目的之一在于解决上述现有技术中存在的一个或多个问题。例如，本发明的目的之一在于提供一种利用钛白废酸来提高钒渣品位的方法。
为了实现上述目的，本发明提供了一种利用钛白废酸提高钒渣品位的方法。所述方法是将钒渣用过滤除去悬浮物后的钛白废酸进行浸出，然后过滤洗涤得到高钒钒渣和含有硫酸亚铁的滤液；其中，所述钛白废酸为硫酸法生产钛白粉工艺中所产生的废酸，所述钒渣为含钒铁水经提钒吹炼后产生的炉渣。
根据本发明利用钛白废酸提高钒渣品位的方法的一个实施例，所述钛白废酸中硫酸的质量百分浓度不低于10%。
根据本发明利用钛白废酸提高钒渣品位的方法的一个实施例，所述钒渣的按重量百分比计包括10～30%的V2O5和10～30%的Fe2O3。
根据本发明利用钛白废酸提高钒渣品位的方法的一个实施例，所述方法具体包括以下步骤：将所述钒渣与水混合后在搅拌地条件下进行水浴加热，其中，所述钒渣与水的质量比为0.5～3，所述加热的温度控制为50～100℃，所述搅拌的转速为100～500r/min；然后加入所述除去悬浮物后的钛白废酸进行浸出，浸出时控制pH值为0.5～4.0，浸出时间为0.5～2h；最后过滤洗涤后得到高钒钒渣和含有硫酸亚铁的滤液。
根据本发明利用钛白废酸提高钒渣品位的方法的一个实施例，所述加热的温度控制为60℃。
根据本发明利用钛白废酸提高钒渣品位的方法的一个实施例，所述方法还包括将所述钒渣磨细以使得钒渣中80%以上的粒子能够通过80目筛。
根据本发明利用钛白废酸提高钒渣品位的方法的一个实施例，所述方法还包括对所述滤液进行蒸发浓缩处理以得到饱和的硫酸亚铁溶液，然后将所述饱和的硫酸亚铁溶液冷凝结晶得到硫酸亚铁产品。
根据本发明利用钛白废酸提高钒渣品位的方法的一个实施例，所述蒸发浓缩的温度为60～100℃，所述冷凝结晶的温度为0～10℃。
根据本发明利用钛白废酸提高钒渣品位的方法的一个实施例，所述硫酸亚铁产品为七水硫酸亚铁。
根据本发明利用钛白废酸提高钒渣品位的方法的一个实施例，所述方法还包括将所述冷凝结晶产生的冷凝水作为与所述钒渣混合的水。
与现有技术相比，本发明通过实施"以废治废"的新型利用理念，以工业钛白废酸浸出钒渣并优化设计了最佳工艺参数，实现了钒渣和钛白废酸的综合治理，提高了钒渣品位，还可以得到硫酸亚铁等副产品。
具体实施方式
在下文中，将结合示例性实施例详细地描述根据本发明的利用钛白废酸提高钒渣品位的方法。
钒渣是指含钒铁矿（例如钒钛磁铁矿）炼钢过程中产生的炉渣，通常，先采用高炉冶炼含钒铁矿得到含钒铁水，然后对含钒铁水进行提钒吹炼得到钒渣，钒渣可以作为提取钒的原料，钒渣中的钒含量较高，约为10wt％，并且在钒渣的形成过程中钒已经大部分被氧化为五价，钒渣的粘结性较普通炉渣高。此外，钒渣物相主要由尖晶石相、硅酸盐相以及夹杂的金属铁组成。绝大部分钒以FeV2O4、MnV2O4、Mn2V2O7的形式存在于尖晶石相中，其中以FeV2O4形式为主；极少量的钒以低价钒氧化物如VO2、V2O3的形式存在。
为了回收硫酸法生产钛白工艺中产生的废硫酸，发明人提出将钛白废酸与提钒工艺结合，将钛白废酸过滤除去悬浮物后与钒渣反应，然后进行过滤洗涤得到上层液和高钒钒渣，即以钛白废酸作为浸出剂以提高钒渣的品位。
在一个实施例中，钛白废酸中硫酸的质量百分浓度不低于10%。钒渣中按重量百分比计包括包括10～30%的V2O5、10～30%的Fe2O3、1～15%CaO以及2～20%的MgO。
利用钛白废酸提高钒渣品位的工艺包括以下步骤：
a、采用精密过滤器过滤钛白废酸，除去废酸中的不溶物（或者说悬浮物）。例如，精密过滤器可以采用能够滤除1μm以上的固体颗粒的过滤器。
b、将钒渣磨细后，取一定粒度（例如80目）的钒渣与水混合并进行水浴加热至预定温度，然后加入经步骤a处理后的钛白废酸，反应一段时间后，洗涤过滤后得到高钒钒渣和滤液，滤液中主要包含硫酸亚铁。
钒渣与钛白粉废酸进行浸取时涉及的反应主要有：
Fe+H2SO4=FeSO4+H2↑
FeO+H2SO4=FeSO4+H2O
CaO+H2SO4=CaSO4+H2O
MgO+H2SO4=MgSO4+H2O
Fe2O3+3H2SO4=Fe2(SO4)3+3H2O
钒渣为碱性物质，钛白废酸能够与金属铁、氧化钙、氧化镁、氧化铁等物质发生反应，而钒渣中的钒铁尖晶石等物相几乎不与钛白废酸反应，故用钛白废酸浸取钒渣能够大幅度提高钒渣中钒的品位。也就是说，本申请采用将钒渣中大部分杂质浸出（即杂质进入溶液中），而钒继续保留在钒渣中，从而实现钒与杂质分离，提高钒的纯度。
其中，磨细后的钒渣中80%以上的粒子能够通过80目筛，控制粒度是为了更好的使钒渣与钛白废酸进行反应，粒度太粗的话就会导致形成硫酸钙等包裹，减慢反应速度；将钒渣和水混合加热的目的是为了混合均匀，使得反应时不至于局部酸度过大，并且有助于提高反应的速度，钒渣与水的质量比可以为0.5～3，预定温度可以为50～100℃，优选地，预定温度为60℃；为了反应更加充分，搅拌的转速可以为100～500r/min；浸出反应的时间可以为0.5～2h；浸出时控制pH值为0.5～4.0。
另外，可以增加洗涤次数以尽可能地除去钒渣中吸附的硫酸亚铁。
c、对滤液进行蒸发浓缩，当滤液中硫酸亚铁饱和时，进行冷凝结晶得到硫酸亚铁产品（例如，主要成分为七水硫酸亚铁的产品）。
其中，蒸发浓缩的温度可以为60～100℃，冷凝结晶的温度可以为0～10℃。优选地，冷凝水可继续用于步骤b与钒渣混合。
为了更好地理解本发明的上述示例性实施例，下面结合具体示例对其进行进一步说明。
在以下示例1至3中，所采用的钛白废酸的主要化学成分及其含量如下表1所示，所采用的钒渣的主要成分及其含量如下表2所示。
表1示例1至示例3所采用的钛白废酸的主要化学成分及其含量/g·L-1
H2SO4 Fe TiO2 V2O5 Sc2O3 Mg Mn Al
280 45.5 4.8 1.0 0.02 2.5 2.7 3.1
表2示例1至示例3所采用钒渣的主要化学成分及其含量/%
Fe2O3 V2O5 Cr2O3 MnO TiO2 CaO P SiO2 Al2O3 MgO
44.2 11.2 3.8 3.6 13.6 4.6 0.22 11.2 3.2 3.1
示例1
向500mL洁净烧杯中加入400mL钛白废酸，进行精密过滤，去除钛白废酸中不溶性杂质。取100g磨细后的粒度为80目的钒渣，加入50ml的水，混合后水浴锅加热至50℃，控制搅拌转速为100r/min，加入除杂后的钛白废酸，浸出时间控制在0.5h，pH值控制在0.5。过滤洗涤后得到高品位的钒渣，V2O5的含量为30.5wt%。将过滤后得到的硫酸亚铁溶液在60℃进行蒸发冷凝浓缩，当硫酸亚铁的浓度达到500g/L时，进行冷凝，控制冷凝温度为0℃，结晶得到七水硫酸亚铁。
示例2
向500mL洁净烧杯中加入400mL钛白废酸，进行精密过滤，去除钛白废酸中不溶性杂质。取100g磨细后的粒度为80目的钒渣，加入300ml的水，混合后水浴锅加热至100℃，控制搅拌转速为500r/min，加入除杂后的钛白废酸，浸出时间控制在2h，pH值控制在4.0。过滤洗涤后得到高品位的钒渣，V2O5的含量为36.8%。将过滤后得到的硫酸亚铁溶液在100℃进行蒸发冷凝浓缩，当硫酸亚铁的浓度达到500g/L时，进行冷凝，控制冷凝温度为10℃，结晶得到七水硫酸亚铁。
示例3
向取500mL洁净烧杯中加入400mL钛白废酸，进行精密过滤，去除钛白废酸中不溶性杂质。取100g磨细后的粒度为80目的钒渣，加入50ml的水，混合后水浴锅加热至90℃，控制搅拌转速为200r/min，加入除杂后的钛白废酸，浸出时间控制在2h，pH值控制在1.5。过滤洗涤后得到高品位的钒渣，V2O5的含量为30.5%。将过滤后得到的硫酸亚铁溶液在80℃进行蒸发冷凝浓缩，当硫酸亚铁的浓度达到600g/L时，进行冷凝，控制冷凝温度为5℃，结晶得到七水硫酸亚铁。
综上所述，本发明采用工业钛白废酸作为浸出剂，利用了生产钛白粉中的废酸，避免了在处理钛白废酸的污染，不仅可以使得钒渣的品位得到提高，还可以生产硫酸亚铁等副产品，并且钒渣品位提高后有利于在下一步钒渣浸出时提高了钒的浸出率及回收率；本发明工艺简单易用、设备要求低、操作方便、适应范围广、成本低，具有很好的社会效益和经济效益。
尽管上面已经通过结合示例性实施例描述了本发明，但是本领域技术人员应该清楚，在不脱离权利要求所限定的精神和范围的情况下，可对本发明的示例性实施例进行各种修改和改变。

Claims (10)

1.一种利用钛白废酸提高钒渣品位的方法，其特征在于，所述方法是将钒渣用过滤除去悬浮物后的钛白废酸进行浸出，然后过滤洗涤得到高钒钒渣和含有硫酸亚铁的滤液，具体包括以下步骤：
将所述钒渣与水混合后进行水浴加热至预定温度，其中，所述钒渣与水的质量比为0.5～3，所述预定温度为50～100℃；
然后加入所述除去悬浮物后的钛白废酸进行浸出，浸出时控制pH值为0.5～4.0；
最后过滤洗涤后得到高钒钒渣和含有硫酸亚铁的滤液；
其中，所述钛白废酸为硫酸法生产钛白粉工艺中所产生的废酸，所述钒渣为含钒铁水经提钒吹炼后产生的炉渣。
2.根据权利要求1所述的利用钛白废酸提高钒渣品位的方法，其特征在于，所述钛白废酸中硫酸的质量百分浓度不低于10％。
3.根据权利要求1所述的利用钛白废酸提高钒渣品位的方法，其特征在于，所述钒渣按重量百分比计包括10～30％的V2O5和10～30％的Fe2O3。
4.根据权利要求1所述的利用钛白废酸提高钒渣品位的方法，其特征在于，将所述钒渣与水混合后在搅拌地条件下进行水浴加热，所述搅拌的转速为100～500r/min；所述浸出步骤的浸出时间为0.5～2h。
5.根据权利要求4所述的利用钛白废酸提高钒渣品位的方法，其特征在于，所述加热的温度控制为60℃。
6.根据权利要求4所述的利用钛白废酸提高钒渣品位的方法，其特征在于，所述方法还包括对所述滤液进行蒸发浓缩处理以得到饱和的硫酸亚铁溶液，然后将所述饱和的硫酸亚铁溶液冷凝结晶得到硫酸亚铁产品，并将冷凝结晶产生的冷凝水作为与所述钒渣混合的水。
7.根据权利要求1所述的利用钛白废酸提高钒渣品位的方法，其特征在于，所述方法还包括对所述滤液进行蒸发浓缩处理以得到饱和的硫酸亚铁溶液，然后将所述饱和的硫酸亚铁溶液冷凝结晶得到硫酸亚铁产品。
8.根据权利要求6或7所述的利用钛白废酸提高钒渣品位的方法，其特征在于，所述蒸发浓缩的温度为60～100℃，所述冷凝结晶的温度为0～10℃。
9.根据权利要求6或7所述的利用钛白废酸提高钒渣品位的方法，其特征在于，所述硫酸亚铁产品为七水硫酸亚铁。
10.根据权利要求1所述的利用钛白废酸提高钒渣品位的方法，其特征在于，所述方法还包括将所述钒渣磨细以使得钒渣中80％以上的粒子能够通过80目筛。
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