CN104294055A - 一种钒渣提钒的方法 - Google Patents

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李兰杰
陈东辉
白瑞国
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Abstract

本发明公开了一种钒渣提钒的方法，属于钒化工冶金技术领域。其包括下述步骤：（1）将钒渣在600～1100℃氧化焙烧，然后直接进行水淬冷却，得到预热的浸出液和空白焙烧熟料；（2）在空白焙烧熟料中添加苛性碱于100～300℃低温焙烧，得到碱分解熟料；（3）所述的碱分解熟料出炉直接利用步骤（1）中的浸出液或低碱溶液浸出，过滤分离得到钒液和富铁尾渣；（4）钒液通过酸化铵盐沉钒工艺或钙化分离工艺得到钒酸铵或钒酸钙产品。本发明采用空白氧化焙烧-低温碱焙烧分解相结合，缩短了高温氧化焙烧时间，降低了能耗，有效避免结圈现象，大大提高了钒的转化效率和钒酸盐的浸出效率。

Description

一种钒渣提钒的方法
技术领域
本发明涉及钒化工冶金技术领域。
背景技术
含钒矿物一般包括钒钛磁铁矿、钒渣、提钒尾渣、石煤、硅质岩钒矿等含钒的脉石矿及冶炼的含钒炉渣。我国钒化工行业中提钒原料主要采用钒钛磁铁矿和石煤。其中，钒钛磁铁矿经磁选分离后得到的铁精矿中主要成分是铁和钛，钒在矿石中品位很低，约为0.5%～0.8%。从铁精矿中提钒主要有两种方法，一种是直接从铁精矿中提钒；另一种是先经炼铁、炼钢再从炉渣中提钒。直接从铁精矿中提钒研究较多的是钠化氧化提钒，铁精矿经过钠化焙烧、水法提钒，钒的回收率可达80%，突出的缺点是浸后球团不能单独进高炉冶炼。因此，从钒渣中提钒是我国钒钛磁铁矿提钒的主要工艺，即钒渣经回转窑钠化焙烧、水浸、净化、沉钒的工艺，此工艺可以与钢铁冶炼流程相衔接。
目前，以钒钛磁铁矿为原料生产铁、钒产品的企业都采用传统的钒渣钠化焙烧工艺从钒渣中提钒。钠化焙烧工艺的基本原理是以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。但其存在下述不足：钠盐焙烧过程会产生熔融态玻璃相，即硅酸钠盐相，其熔点低，容易产生烧结，产生结圈，造成一部分钒未经充分提取损耗到高炉渣、电炉渣及钢渣中了，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℃），需多次焙烧，能耗偏高；钠盐焙烧产生的硅酸钠盐相会包裹在水溶性钒酸盐的外面，造成钒的浸出效率低下；酸性铵盐沉钒，产生大量酸性氨氮废水，造成环境严重污染。
发明内容
本发明提供一种钒渣提钒的方法，采用空白氧化焙烧-低温碱焙烧分解相结合，缩短了高温氧化焙烧时间，降低了能耗，有效避免结圈现象，大大提高了钒的转化效率；采用低碱溶液浸出，避免硅酸盐相对于钒酸盐的浸出造成干扰，大大提高钒酸盐的浸出效率；钒液采用钙化分离，无氨氮废水生成，解决了氨氮废水的排放问题。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：
一种钒渣提钒的方法，其包括下述步骤：
（1）将钒渣在600～1100℃氧化焙烧，然后直接进行水淬冷却，得到预热的浸出液和空白焙烧熟料；
（2）在空白焙烧熟料中添加苛性碱于100～300℃低温焙烧，得到碱分解熟料；苛性碱为NaOH和/或KOH；
（3）所述的碱分解熟料出炉直接利用步骤（1）中的浸出液或低碱溶液浸出，过滤分离得到钒液和富铁尾渣；
（4）钒液通过酸化铵盐沉钒工艺或钙化分离工艺得到钒酸铵或钒酸钙产品。
优选的，步骤（1）中焙烧温度为700～1000℃，焙烧时间为0.5～3h。
进一步优选的，步骤（1）中焙烧温度为800～950℃，焙烧时间为0.5～1h。
优选的，步骤（2）中焙烧温度为200～280℃，焙烧时间为0.5～2h。
优选的，步骤（2）中苛性碱的添加量为空白焙烧熟料重量的1%～20%。
优选的，步骤（3）中采用低碱溶液浸出，低碱溶液为质量浓度是1-50g/L的 KOH溶液或NaOH溶液。
优选的，步骤（3）中所述浸出温度为40～100℃。
进一步优选的，步骤（3）中所述浸出温度为50～70℃。
优选的，步骤（3）中所述的富铁尾渣中Na2O和K2O的质量总和低于2%。
优选的，步骤（4）中采用钙化分离工艺进行分离，钙化分离工艺中添加的钙质添加剂为CaO。
传统钠盐焙烧过程会产生熔融态玻璃相，即硅酸钠盐相，其熔点低，容易产生烧结，造成结圈。本发明采用高温空白焙烧，没有熔融的硅酸钠盐相产生，不会产生烧结现象，低温碱焙烧过程没有达到硅酸钠盐相的熔点，所以也不会产生烧结现象。因此本发明的方法彻底避免了烧结造成的结圈现象。
在高温空白焙烧过程中，低价钒已经充分氧化为五价钒的化合物；而在低温碱焙烧过程中五价钒化合物与苛性碱反应，生成了水溶性的钒酸盐；浸出液为NaOH或KOH水溶液，所以水溶性钒酸盐外面的包裹相——硅酸盐相也同时被分解溶出，避免硅酸盐相对于钒酸盐的浸出造成干扰，大大提高钒酸盐的浸出效率，浸出率可以达到99%。
本发明钒液采用钙质添加剂进行钙化分离，生成钒酸钙产品，从而避开酸性铵盐沉钒的工艺，避免生成氨氮废水，从而解决了氨氮废水的排放问题。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：
本发明采用空白氧化焙烧-低温碱焙烧分解相结合，缩短了高温氧化焙烧时间，降低了能耗，有效避免结圈现象，大大提高了钒的转化效率；采用低碱溶液浸出，避免硅酸盐相对于钒酸盐的浸出造成干扰，大大提高钒酸盐的浸出效率；钒液采用钙化分离，无氨氮废水生成，解决了氨氮废水的排放问题。
碱分解过程的引入避免了焙烧过程中钠硅渣的生产，降低了浸出尾渣中的钠含量，便于富铁尾渣的还原利用。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1是本发明的工艺流程图。
具体实施方式
实施例1
如图1所示，钒渣提钒的工艺步骤为：（1）空白氧化焙烧：钒渣于回转窑中焙烧0.5h，烧成带温度为1100℃，后将空白焙烧熟料于高温下直接投入水中冷却，得到预热的浸出液和空白焙烧熟料；
（2）低温碱焙烧：按1kg空白焙烧熟料添加100g氢氧化钠混料，然后进入回转窑加热到100℃反应2h，得到碱分解熟料；
（3）浸出：将步骤（2）所得碱分解熟料置于质量浓度为10g/L的NaOH溶液中浸出1h，浸出温度为50℃；然后过滤分离得到钒液和富铁尾渣；
（4）分离钒组分：向步骤（3）所得钒液中加CaO沉钒，得到钒酸钙产品。
经检测、计算，本实施例中钒的回收率为98.5%，富铁尾渣中的Na2O含量为1.0%，相比钠化焙烧提钒过程节约能耗30%。
实施例2
如图1所示，钒渣提钒的工艺步骤为：（1）空白氧化焙烧：钒渣于回转窑中焙烧2h，烧成带温度为800℃，后将空白焙烧熟料于高温下直接投入水中冷却，得到预热的浸出液和空白焙烧熟料；
（2）低温碱焙烧：按照1kg空白焙烧熟料添加5g氢氧化钠和5g氢氧化钾进行混料，然后进入回转窑加热到280℃反应2h，得到碱分解熟料；
（3）浸出：将步骤（2）所得碱分解熟料置于质量浓度为40g/L的NaOH溶液中浸出0.5h，浸出温度为90℃；然后过滤分离得到钒液和富铁尾渣；
（4）分离钒组分：向步骤（3）所得钒液中加CaO沉钒，得到钒酸钙产品。
经检测、计算，本实施例中钒的回收率为98.0%，富铁尾渣中的Na2O和K2O总的含量为0.99%，相比钠化焙烧提钒过程节约能耗35%。
实施例3
如图1所示，钒渣提钒的工艺步骤为：（1）空白氧化焙烧：钒渣于回转窑中焙烧3h，烧成带温度为700℃，后将空白焙烧熟料于高温下直接投入水中冷却，得到预热的浸出液和空白焙烧熟料；
（2）低温碱焙烧：按照1kg空白焙烧熟料添加50g氢氧化钾混料，然后进入回转窑加热到300℃反应0.5h，得到碱分解熟料；
（3）浸出：将步骤（2）所得碱分解熟料置于步骤（1）得到的浸出液中浸出1.5h，浸出温度为70℃；然后过滤分离得到钒液和富铁尾渣；
（4）分离钒组分：步骤（3）所得钒液经过除杂-酸化铵沉，得到多钒酸铵产品。
经检测、计算，本实施例中钒的回收率为99.5%，富铁尾渣中的Na2O含量为0.98%，相比钠化焙烧提钒过程节约能耗30%。
实施例4
如图1所示，钒渣提钒的工艺步骤为：（1）空白氧化焙烧：钒渣于竖炉中通空气焙烧1.5h，温度控制在950℃，后将空白焙烧熟料于高温下直接投入水中冷却，得到预热的浸出液和空白焙烧熟料；
（2）低温碱焙烧：按1kg空白焙烧熟料添加20g氢氧化钾混料后置于隧道窑中加热到200℃反应1.5h，得到碱分解熟料；
（3）浸出：将步骤（2）所得碱分解熟料置于质量浓度为20g/L的KOH溶液中浸出1h，浸出温度为85℃；然后过滤分离得到钒液和富铁尾渣；
（4）分离钒组分：向步骤（3）所得钒液中加CaO沉钒，得到钒酸钙产品。
经检测、计算，本实施例中钒的回收率为98.5%，富铁尾渣中的K2O含量为0.25%，相比钠化焙烧提钒过程节约能耗40%。
实施例5
如图1所示，钒渣提钒的工艺步骤为：（1）空白氧化焙烧：钒渣于竖炉中通空气焙烧3h，温度控制在600℃，后将空白焙烧熟料于高温下直接投入水中冷却，得到预热的浸出液和空白焙烧熟料；
（2）低温碱焙烧：按1kg空白焙烧熟料与10g氢氧化钾混料后置于隧道窑中加热到200℃反应2h，得到碱分解熟料；
（3）浸出：将步骤（2）所得碱分解熟料置于质量浓度为1g/L的NaOH溶液中浸出2h，浸出温度为40℃；然后过滤分离得到钒液和富铁尾渣；
（4）分离钒组分：向步骤（3）所得钒液中加CaO沉钒，得到钒酸钙产品。
经检测、计算，本实施例中钒的回收率为98.7%，富铁尾渣中的K2O含量为0.1%，相比钠化焙烧提钒过程节约能耗35%。
实施例6
如图1所示，钒渣提钒的工艺步骤为：（1）空白氧化焙烧：钒渣于竖炉中通空气焙烧1h，温度控制在1000℃，后将空白焙烧熟料于高温下直接投入水中冷却，得到预热的浸出液和空白焙烧熟料；
（2）低温碱焙烧：按1kg空白焙烧熟料与200g氢氧化钠混料后置于隧道窑中加热到600℃反应0.5h，得到碱分解熟料；
（3）浸出：将步骤（2）所得碱分解熟料置于质量浓度为50g/L的KOH溶液中浸出0.5h，浸出温度为100℃；然后过滤分离得到钒液和富铁尾渣；
（4）分离钒组分：向步骤（3）所得钒液中加CaO沉钒，得到钒酸钙产品。
经检测、计算，本实施例中钒的回收率为99.3%，富铁尾渣中的Na2O含量为0.9%，相比钠化焙烧提钒过程节约能耗33%。

Claims (10)

1.一种钒渣提钒的方法，其特征在于包括下述步骤：
（1）将钒渣在600～1100℃氧化焙烧，然后直接进行水淬冷却，得到预热的浸出液和空白焙烧熟料；
（2）在空白焙烧熟料中添加苛性碱于100～300℃低温焙烧，得到碱分解熟料；所述苛性碱为NaOH和/或KOH；
（3）所述的碱分解熟料出炉直接利用步骤（1）中的浸出液或低碱溶液浸出，过滤分离得到钒液和富铁尾渣；
（4）钒液通过酸化铵盐沉钒工艺或钙化分离工艺得到钒酸铵或钒酸钙产品。
2.根据权利要求１所述的一种钒渣提钒的方法，其特征在于步骤（1）中所述的焙烧温度为700～1000℃，焙烧时间为0.5～3h。
3.根据权利要求2所述的一种钒渣提钒的方法，其特征在于步骤（1）中所述的焙烧温度为800～950℃，焙烧时间为0.5～1h。
4.根据权利要求１所述的一种钒渣提钒的方法，其特征在于步骤（2）中所述的焙烧温度为200～280℃，焙烧时间为0.5～2h。
5.根据权利要求１所述的一种钒渣提钒的方法，其特征在于步骤（2）中苛性碱的添加量为空白焙烧熟料重量的1%～20%。
6.根据权利要求１所述的一种钒渣提钒的方法，其特征在于步骤（3）中采用低碱溶液浸出，所述低碱溶液为质量浓度为1-50g/L 的KOH溶液或NaOH溶液。
7.根据权利要求１所述的一种钒渣提钒的方法，其特征在于步骤（3）中所述浸出温度为40～100℃。
8.根据权利要求7所述的一种钒渣提钒的方法，其特征在于步骤（3）中所述浸出温度为50～70℃。
9.根据权利要求１所述的一种钒渣提钒的方法，其特征在于步骤（3）中所述的富铁尾渣中Na2O和K2O的质量总和低于2%。
10.根据权利要求1所述的一种钒渣提钒的方法，其特征在于步骤（4）中采用钙化分离工艺进行分离，所述的钙化分离工艺中添加的钙质添加剂为CaO。
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