CN105112678A - 钒铬渣提钒及尾渣还原磁选冶炼铬铁合金的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种钒铬渣提钒及尾渣还原磁选冶炼铬铁合金的方法，先将钒铬渣直接焙烧，酸浸提钒，酸浸所得含钒溶液加铵盐沉钒，产物用于制备五氧化二钒，酸浸所得含铬尾渣先用还原剂还原，然后磨细过筛，再将其弱磁选获得铁精粉，接着强磁选得到铬铁精粉，铁精粉返回高炉炼铁，铬铁精粉与还原剂、造渣剂熔融冶炼得到铬铁合金和炉渣，炉渣用于生产水泥或者建筑材料。本方法钒的浸出率可达99％、铬则几乎不被浸出(铬浸出率<0.5％)，实现了钒、铬的高效分离；本方法全流程钒回收率大于95％，铬回收率大于90％，实现了钒、铬的高效回收和清洁利用，同时实现了炉渣的无害化综合利用。

Description

钒铬渣提钒及尾渣还原磁选冶炼铬铁合金的方法
技术领域
本发明的实施方式涉及化工和冶金领域，更具体地，本发明的实施方式涉及一种钒铬渣提钒及尾渣还原磁选冶炼铬铁合金的方法。
背景技术
钒和铬是重要的战略元素，在冶金和化工领域均有广泛的用途。提钒最重要的原料是钒渣，我国的攀钢和承钢都是使用钒钛磁铁矿生产的钒渣进行提钒，其钒产量占国内钒产品总量的80％；铬则主要由铬铁矿提炼获得，但我国是一个贫铬的国家，97％的铬矿都依赖于进口。值得注意的是，攀枝花红格地区的高铬型钒钛磁铁矿中铬含量高达900万吨，该地区的矿石冶炼后将获得高铬型钒渣(下面称为钒铬渣)，其铬含量(5％-13％)是普通钒渣的近10倍，具有较大的应用价值。
迄今为止，钒铬渣中钒、铬提取及分离尚未有工业化生产的工艺技术，其主要的技术难点在于钒、铬难于实现高效提取且分离困难，钒铬资源的高效、清洁利用更是一大难题。目前，从钒铬渣中提取、分离钒铬的技术思路主要有直接酸浸法、亚熔盐法、钙化和/或钠化两次焙烧法、混合钠盐焙烧法。
中国专利CN104357671使用硫酸浸取钒铬渣获得钒、铬溶液，随后加入氢氧化钠获得钒铬沉淀浆液，再加入双氧水或通入氧气、空气氧化浆液中的钒、铬，调节pH值进行沉钒、煅烧获得五氧化二钒；沉钒后的母液先结晶分离出硫酸钠，再用氢氧化钠溶液除去铬溶液中的杂质，最后浓缩获得铬酸钠晶体。该专利不需焙烧可降低能耗，但存在工艺流程长、硫酸对设备腐蚀严重等问题。
中国专利CN101812588，CN102127654，CN102676808将钒铬渣加入到氢氧化钠或氢氧化钾的亚熔盐中，并通入氧化性气体进行液相氧化反应，反应结束进行稀释得到含氢氧化钠(或氢氧化钾)、钒酸钠(或钒酸钾)、铬酸钠(或铬酸钾)的溶液及尾渣，固液分离得到钒、铬溶液和尾渣，随后分步结晶依次获得铬酸钾和钒酸钾。上述专利可在较低温度下提取出钒、铬，但存在碱耗大、结晶分离夹带严重、碱液循环利用困难等问题。
中国专利CN103924096，CN104178637提出将钒铬渣先与钙盐进行钙化焙烧，再酸浸提钒；随后将提钒尾渣与钠盐进行钠化焙烧，水浸提铬；中国专利CN103614566也提出了使用碳酸钠为添加剂，进行先低温(700-850℃)后高温(800-1050℃)两次焙烧，然后两次水浸分别提取钒和铬。上述专利通过不同的焙烧条件实现钒、铬的分离，并分别回收钒和铬，可避免钒铬同时进入溶液而带来的分离困难的问题，但两步焙烧能耗高、钙化提钒(或钠化提钒)时部分铬将会进入含钒浸出液对后续沉钒和废水循环利用造成困难。
中国专利CN104480313，CN104762484提出同时使用碳酸钠和氢氧化钠为添加剂，与钒铬渣进行高温焙烧-水浸，获得钒铬溶液，可高效率的提取钒和铬。上述专利可通过一步焙烧同时提钒和铬，但存在添加剂用量大、浸出液中钒铬分离困难等问题。
中国专利CN104313361提出了使用钙盐或镁盐为添加剂与钒铬渣一起焙烧选择性氧化其中的钒，然后使用氨水、铵盐或碳酸钠、碳酸氢钠溶液为浸取剂提钒，含铬尾渣与一定比例的铬铁矿混合后冶炼铬铁合金或硅铬合金。该专利较好的实现了钒、铬分离，而且含铬尾渣也得到了无害化的综合利用。但是，目前尚未见钒铬渣直接焙烧-酸浸提钒-尾渣还原-磁选-冶炼铬铁、炉渣无害化综合利用的相关报道。
发明内容
本发明克服了现有技术的不足，提供一种钒铬渣提钒及尾渣还原磁选冶炼铬铁合金的方法，通过直接焙烧-酸浸提钒-尾渣还原-磁选-冶炼铬铁、炉渣无害化综合利用的方式使钒铬渣得到充分的利用。
为解决上述的技术问题，本发明的一种实施方式采用以下技术方案：
一种钒铬渣提钒及尾渣还原磁选冶炼铬铁合金的方法，它包括以下步骤：
(1)焙烧
钒铬渣在750-950℃直接焙烧2-3h，得到焙烧熟料；本步骤钒铬渣直接焙烧，没有添加任何添加剂；
(2)浸出
将所述焙烧熟料用pH值为0.5-1.5的酸液在20-80℃浸取30-120min提钒，浸取时液固质量比为2-6:1，过滤获得含钒溶液和含铬尾渣；
(3)沉钒与煅烧
向所述含钒溶液中加入铵盐，加铵系数为0.3-2，在pH值为1-3、温度为20-100℃的条件下沉钒20-180min，过滤后将沉淀进行煅烧制备五氧化二钒；
(4)尾渣还原与破碎
将所述含铬尾渣用还原剂在温度550-1400℃还原30-120min，然后将其破碎并磨细，得到还原尾渣粉料，所述还原尾渣粉料能100％过100目筛，至少60％能过200目筛；还原尾渣粉料过筛，100％过100目筛，60％以上过200目筛，磁选时可使铁精粉和铬铁精粉能够充分的分离；
(5)磁选还原尾渣粉料
先将还原尾渣粉料在磁场强度为0.14-0.18T的条件下进行弱磁选，得到铁精粉，接着将剩余还原尾渣粉料在磁场强度为1.0-1.2T的条件下进行强磁选，得到铬铁精粉；磁选分成弱磁选和强磁选，在对应的磁场强度下，可以将铁精粉和铬铁精粉充分分离和回收；磁选机的滚筒转速达到60-70r/min即可；
(6)冶炼铬铁合金
所述铬铁精粉与还原剂、造渣剂在电炉中按照质量比1：(0.5-0.8)：(0.1-0.3)、温度1450-1750℃熔融冶炼60-300min，得到铬铁合金和炉渣。
本发明还可以采用以下技术方案：所述钒铬渣提钒及尾渣还原磁选冶炼铬铁合金的方法包括以下步骤：
(1)焙烧
钒铬渣在850-900℃直接焙烧2-2.5h，得到焙烧熟料；
(2)浸出
将所述焙烧熟料用pH值为0.5-1.5的酸液在40-60℃浸取60-90min提钒，浸取时液固质量比为3-5:1，过滤获得含钒溶液和含铬尾渣；
(3)沉钒与煅烧
向所述含钒溶液中加入铵盐，加铵系数为0.6-0.8，在pH值为1.6-1.7、温度为85-95℃的条件下沉钒90-120min，过滤后将沉淀进行煅烧制备五氧化二钒；
(4)尾渣还原与破碎
将所述含铬尾渣用还原剂在温度1100-1200℃还原40-60min，然后将其破碎并磨细，得到还原尾渣粉料，所述还原尾渣粉料100％能过100目筛，至少60％能过200目筛；
(5)磁选还原尾渣粉料
先将还原尾渣粉料在磁场强度为0.15T的条件下进行弱磁选，得到铁精粉，接着将剩余还原尾渣粉料在磁场强度为1.2T的条件下进行强磁选，得到铬铁精粉；
(6)冶炼铬铁合金
所述铬铁精粉与还原剂、造渣剂在电炉中按照质量比1：(0.6-0.7)：(0.15-0.25)、温度1550-1750℃熔融冶炼180-210min，得到铬铁合金和炉渣。
上述钒铬渣包含8.5-15.7％的V2O5、12.5-18.6％的Cr2O3、12.3-15.4％的SiO2、1.5-2.9％的Al2O3、1.2-2.1％的CaO、1.8-4.6％的MgO、28.8-39.5％的TFe、3.2-6.5％的MnO、0.05-0.15％的P。
上述制备方法中的加铵系数即铵盐的加入量，是铵盐中氮的物质的量与浸取液中钒的物质的量的比值。
上述方法制备得到的铁精粉返回高炉炼铁，冶炼铬铁合金时产生的炉渣用于生产水泥或建筑材料。这两种产物的使用使钒铬渣全部组分都得到了充分的利用。
在上所述钒铬渣提钒及尾渣还原磁选冶炼铬铁合金的方法中，步骤(2)所述酸液为硫酸水溶液、盐酸水溶液、硝酸水溶液或者碳酸水溶液中的任意一种。
在上所述钒铬渣提钒及尾渣还原磁选冶炼铬铁合金的方法中，步骤(3)所述煅烧是指将沉淀在450-550℃煅烧30-60min。
在上所述钒铬渣提钒及尾渣还原磁选冶炼铬铁合金的方法中，步骤(3)所述铵盐为硫酸铵、碳酸铵、碳酸氢铵、氯化铵、硝酸铵中的任意一种。
在上所述钒铬渣提钒及尾渣还原磁选冶炼铬铁合金的方法中，步骤(4)所述还原剂为焦炭或煤气。焦炭和煤气的用量达到足够全部还原即可，多使用的焦炭和煤气可以回收利用。
在上所述钒铬渣提钒及尾渣还原磁选冶炼铬铁合金的方法中，步骤(6)所述还原剂为焦炭，所述造渣剂为硅石。
与现有技术相比，本发明的有益效果之一是：本发明通过直接焙烧选择性氧化钒铬渣中的钒，然后酸浸、过滤获得含钒溶液和含铬尾渣，钒的浸出率可达99％、铬则几乎不被浸出(铬浸出率<0.5％)，实现了钒、铬的高效分离。含钒溶液通过铵盐沉钒、煅烧可获得五氧化二钒；提钒尾渣经管式炉还原、两段磁选后可得铁精粉和铬铁精粉。本方法全流程钒回收率大于95％，铬回收率大于90％，实现了钒、铬的高效回收和清洁利用，同时实现了炉渣的无害化综合利用。
附图说明
图1为本发明钒铬渣提钒及尾渣还原磁选冶炼铬铁合金的方法的流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明所用钒铬渣中含9.7％的V2O5、15.6％的Cr2O3、14.4％的SiO2、1.8％的Al2O3、1.5％的CaO、1.8％的MgO、37.5％的TFe、3.3％的MnO、0.11％的P。钒铬渣的粒度为过200目筛子的筛下物。
各实施例的流程如图1所示。
实施例1
将500g钒铬渣于850℃下氧化焙烧3h，得到的焙烧熟料经磨细后用pH＝0.5的硫酸溶液，按液固比4:1在温度60℃浸出60min，过滤得到含钒溶液和滤饼；滤饼经三次酸液洗涤后得到含铬尾渣。
先将含钒溶液加热至95℃，再按加铵系数0.6加入硫酸铵并保温搅拌，最后补加少量硫酸调节pH值至1.8，保持100min，获得多钒酸铵沉淀并过滤，滤饼经三次水洗、100℃干燥2h、550℃下煅烧30min得到纯度为99％的五氧化二钒。经检测钒浸出率为99.3％，沉钒率为99％，钒收率为98.3％。
将300克含铬尾渣放入管式炉中，配入20克焦炭，关闭炉门于850℃下加热还原90min，得到块状的还原尾渣，转入到球磨机进行30min球磨得到还原尾渣粉料，该粉料过100目筛，筛下物60％能过200目筛。将得到的还原尾渣粉料先经磁场强度为0.18T的磁选机进行选铁精粉，然后再升高磁场强度至1.0T进行选铬铁精粉。
将磁选得到的铬铁精粉与焦炭、硅石按1:0.65:0.22投入到电炉中在1400℃下熔炼120min，得到铬铁合金和炉渣。经检测铬铁产品中铬含量为55.6％、铁含量43.3％；铬回收为92.4％。炉渣中铬含量低于1mg/L，六价铬低于0.5mg/L，远低于国家环保标准，可用于水泥、建筑材料的生产。
实施例2
将500g钒铬渣于920℃下氧化焙烧2.5h，得到的焙烧熟料经磨细后用pH＝1.5的硫酸溶液，按液固比3:1在温度40℃浸取90min，过滤得到含钒溶液和滤饼；滤饼经三次酸液洗涤后得到含铬尾渣。
先将含钒溶液加热至85℃，再按加铵系数0.6加入硫酸铵并保温搅拌，最后补加少量硫酸调节pH值至1.6，保持120min，获得多钒酸铵沉淀并过滤，滤饼经三次水洗、100℃干燥2h、550℃下煅烧50min得到纯度为98.5％的五氧化二钒。经检测钒浸出率为98.6％，沉钒率为98.5％，钒收率为97.4％。
将300克含铬尾渣放入管式炉中，配入20克焦炭，关闭炉门于1100℃下加热还原60min，得到块状的还原尾渣，转入到球磨机进行30min球磨得到还原尾渣粉料，该粉料过100目筛，筛下物65％能过200目筛。将得到的还原尾渣粉料先经磁场强度为0.15T的磁选机进行选铁精粉，然后再升高磁场强度至1.2T进行选铬铁精粉。
将磁选得到的铬铁精粉与焦炭、硅石按1:0.68:0.25投入到电炉中在1550℃下熔炼180min，得到铬铁合金和炉渣。经检测铬铁产品中铬含量为50.6％、铁含量48.2％；铬回收为91.5％。炉渣中铬含量低于1mg/L，六价铬低于0.2mg/L，远低于国家环保标准，可用于水泥、建筑材料的生产。
实施例3
将500g钒铬渣于900℃下氧化焙烧2h，得到的焙烧熟料经磨细后用pH＝0.5的硫酸溶液，按液固比5:1在温度50℃浸取90min，过滤得到含钒溶液和滤饼；滤饼经三次酸液洗涤后得到含铬尾渣。
先将含钒溶液加热至95℃，再按加铵系数0.8加入硫酸铵并保温搅拌，最后补加少量硫酸调节pH值至1.7，保持90min，获得多钒酸铵沉淀并过滤，滤饼经三次水洗、100℃干燥2h、500℃下煅烧60min得到纯度为98.5％的五氧化二钒。经检测钒浸出率为99.1％，沉钒率为98.7％，钒收率为97.8％。
将300克含铬尾渣放入管式炉中，通入煤气，保持气体流量为6L/h，然后于1200℃下加热还原40min，得到块状的还原尾渣，转入到球磨机进行30min球磨得到还原尾渣粉料，该粉料过100目筛，筛下物65％能过200目筛。将得到的还原尾渣粉料先经磁场强度为0.15T的磁选机进行选铁精粉，然后再升高磁场强度至1.2T进行选铬铁精粉。
将磁选得到的铬铁精粉与焦炭、硅石按1:0.62:0.21投入到电炉中在1750℃下熔炼210min，得到铬铁合金和炉渣。经检测铬铁产品中铬含量为59.6％、铁含量38.2％；铬回收为95.2％。炉渣中铬含量低于1mg/L，六价铬低于0.2mg/L，远低于国家环保标准，可用于水泥、建筑材料的生产。
尽管这里参照本发明的多个解释性实施例对本发明进行了描述，但是，应该理解，本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和实施方式将落在本申请公开的原则范围和精神之内。更具体地说，在本申请公开的范围内，可以对主题组合布局的组成部件和/或布局进行多种变型和改进。除了对组成部件和/或布局进行的变型和改进外，对于本领域技术人员来说，其他的用途也将是明显的。

Claims (10)

1.一种钒铬渣提钒及尾渣还原磁选冶炼铬铁合金的方法，其特征在于它包括以下步骤：
(1)焙烧
钒铬渣在750-950℃直接焙烧2-3h，得到焙烧熟料；
(2)浸出
将所述焙烧熟料用pH值为0.5-1.5的酸液在20-80℃浸取30-120min提钒，浸取时液固质量比为2-6:1，过滤获得含钒溶液和含铬尾渣；
(3)沉钒与煅烧
向所述含钒溶液中加入铵盐，加铵系数为0.3-2，在pH值为1-3、温度为20-100℃的条件下沉钒20-180min，过滤后将沉淀进行煅烧制备五氧化二钒；
(4)尾渣还原与破碎
将所述含铬尾渣用还原剂在温度550-1400℃还原30-120min，然后将其破碎并磨细，得到还原尾渣粉料，所述还原尾渣粉料能100％过100目筛，至少60％能过200目筛；
(5)磁选还原尾渣粉料
先将还原尾渣粉料在磁场强度为0.14-0.18T的条件下进行弱磁选，得到铁精粉，接着将剩余还原尾渣粉料在磁场强度为1.0-1.2T的条件下进行强磁选，得到铬铁精粉；
(6)冶炼铬铁合金
所述铬铁精粉与还原剂、造渣剂在电炉中按照质量比1：(0.5-0.8)：(0.1-0.3)、温度1450-1750℃熔融冶炼60-300min，得到铬铁合金和炉渣。
2.根据权利要求1所述的钒铬渣提钒及尾渣还原磁选冶炼铬铁合金的方法，
其特征在于它包括以下步骤：
(1)焙烧
钒铬渣在850-900℃直接焙烧2-2.5h，得到焙烧熟料；
(2)浸出
将所述焙烧熟料用pH值为0.5-1.5的酸液在40-60℃浸取60-90min提钒，浸取时液固质量比为3-5:1，过滤获得含钒溶液和含铬尾渣；
(3)沉钒与煅烧
向所述含钒溶液中加入铵盐，加铵系数为0.6-0.8，在pH值为1.6-1.7、温度为85-95℃的条件下沉钒90-120min，过滤后将沉淀进行煅烧制备五氧化二钒；
(4)尾渣还原与破碎
将所述含铬尾渣用还原剂在温度1100-1200℃还原40-60min，然后将其破碎并磨细，得到还原尾渣粉料，所述还原尾渣粉料100％能过100目筛，至少60％能过200目筛；
(5)磁选还原尾渣粉料
先将还原尾渣粉料在磁场强度为0.15T的条件下进行弱磁选，得到铁精粉，接着将剩余还原尾渣粉料在磁场强度为1.2T的条件下进行强磁选，得到铬铁精粉；
(6)冶炼铬铁合金
所述铬铁精粉与还原剂、造渣剂在电炉中按照质量比1：(0.6-0.7)：(0.15-0.25)、温度1550-1750℃熔融冶炼180-210min，得到铬铁合金和炉渣。
3.根据权利要求1或2所述的钒铬渣提钒及尾渣还原磁选冶炼铬铁合金的方法，其特征在于所述钒铬渣包含8.5-15.7％的V2O5、12.5-18.6％的Cr2O3、12.3-15.4％的SiO2、1.5-2.9％的Al2O3、1.2-2.1％的CaO、1.8-4.6％的MgO、28.8-39.5％的TFe、3.2-6.5％的MnO、0.05-0.15％的P。
4.根据权利要求1或2所述的钒铬渣提钒及尾渣还原磁选冶炼铬铁合金的方法，其特征在于所述铁精粉返回高炉炼铁。
5.根据权利要求1或2所述的钒铬渣提钒及尾渣还原磁选冶炼铬铁合金的方法，其特征在于所述炉渣用于生产水泥或建筑材料。
6.根据权利要求1或2所述的钒铬渣提钒及尾渣还原磁选冶炼铬铁合金的方法，其特征在于步骤(2)所述酸液为硫酸水溶液、盐酸水溶液、硝酸水溶液或者碳酸水溶液中的任意一种。
7.根据权利要求1或2所述的钒铬渣提钒及尾渣还原磁选冶炼铬铁合金的方法，其特征在于步骤(3)所述煅烧是指将沉淀在450-550℃煅烧30-60min。
8.根据权利要求1或2所述的钒铬渣提钒及尾渣还原磁选冶炼铬铁合金的方法，其特征在于步骤(3)所述铵盐为硫酸铵、碳酸铵、碳酸氢铵、氯化铵、硝酸铵中的任意一种。
9.根据权利要求1或2所述的钒铬渣提钒及尾渣还原磁选冶炼铬铁合金的方法，其特征在于步骤(4)所述还原剂为焦炭或煤气。
10.根据权利要求1或2所述的钒铬渣提钒及尾渣还原磁选冶炼铬铁合金的方法，其特征在于步骤(6)所述还原剂为焦炭，所述造渣剂为硅石。
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