CN105177278A - 一种钒渣钠化焙烧的方法 - Google Patents

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孙朝晖
景涵
陈海军
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Abstract

本发明属于冶金化工领域，具体涉及一种钒渣钠化焙烧的方法。本发明所要解决的技术问题是提供一种钒渣钠化焙烧的方法，包括以下步骤：在精钒渣、碳酸钠中加入钒铁冶炼渣混匀后焙烧即可；所述焙烧的温度为780～830℃。该方法具有不易烧结、钒转化率高等效果，为钒渣钠化焙烧提供了一条更好的选择途径。

Description

一种钒渣钠化焙烧的方法
技术领域
本发明属于冶金化工领域，具体涉及一种钒渣钠化焙烧的方法。
背景技术
钠化焙烧提钒工艺中，精钒渣与碳酸钠(Na2CO3)在多膛焙烧炉中经焙烧反应成为焙烧熟料，再经水浸出、浸出液除杂后进行酸性铵盐沉钒生成多钒酸铵(APV)，多钒酸铵经过煅烧或还原后生成五氧化二钒(V2O5)或三氧化二钒(V2O3)。上述工艺中，焙烧是最为关键的工序之一，精钒渣中的低价钒与Na2CO3及空气中的氧气在高温条件下反应生成可溶钒化合物(五价或四价钒)。由于焙烧料中含有易烧结成分，这些物质在高温下发生烧结后，在钒渣表面形成的烧结层阻碍了氧气的扩散，颗粒内部的低价钒难以发生氧化反应，从而导致钒渣的焙烧转化率降低。为了减轻因物料烧结引起的不利影响，工业上通常采用的措施有：(1)降低焙烧温度，即调低多膛炉中的最高温度层焙烧温度；(2)在焙烧料中配加大量浸出残渣(约占精钒渣质量的30％)，以降低物料中的钒含量及Na2CO3的加入量。上述措施能在一定程度上减缓钒渣钠化焙烧过程中的烧结，但同时也存在较多弊端，主要表现为：(1)钒渣的焙烧转化率降低，由于焙烧温度的降低，钒渣的尖晶石结构不能被充分破坏，尖晶石内部的低价钒不能与氧气发生充分反应生成高价钒；(2)配加浸出残渣大大降低了焙烧、浸出工序的生产效率，同时，浸出残渣中的硅、磷等杂质成分，会经焙烧、浸出进入到浸出液中，最终使得浸出液中的杂质含量增加，给后续浸出液除杂、酸性铵盐沉钒操作带来不利影响。
上述提钒工艺生产出的氧化钒(V2O5或V2O3)，主要用于钒铁冶炼。
倾翻炉铝热法钒铁冶炼过程中会产生大量钒铁冶炼渣，冶炼渣含钒量较低(约0.7～1.0％，与浸出残渣中钒含量相当)，含大量三氧化二铝(约63～68％，几乎完全为α-Al2O3，难溶于酸碱)，由于回收难度大、成本高，该类钒铁冶炼渣被当作废弃物大量堆放，无法达到充分利用。
发明内容
针对上述钠化焙烧过程中的问题，以及钒铁冶炼渣回收难度大无法充分利用等问题，本发明提供了一种钒渣钠化焙烧的方法。该方法通过在钒渣钠化焙烧中添加钒铁冶炼渣，利用了其所含的氧化铝、氧化镁、氧化钙等物质的耐高温特性，从而提高了钠化焙烧温度，最后达到了提高钒转化率、减轻物料烧结的效果；同时由于没有采用浸出残渣，降低因配加浸出残渣而导致的杂质元素富集、后续除杂、沉钒操作困难等，最终提高焙烧、浸出工段的生产效率，同时达到对废弃钒铁冶炼渣的资源化利用。
本发明所要解决技术问题是提供一种钒渣钠化焙烧的方法。该方法包括以下步骤：在精钒渣、碳酸钠中加入钒铁冶炼渣混匀后焙烧即可；所述的焙烧温度为780～830℃。
具体的，上述钒渣钠化焙烧的方法中，所述的钒铁冶炼渣为铝热法冶炼钒铁过程中产生的渣。
优选的，上述钒渣钠化焙烧的方法中，所述的铝热法为倾翻炉铝热法。
进一步的，上述钒渣钠化焙烧的方法中，所述钒铁冶炼渣的主要成分及含量为Al2O360～70％、CaO10～15％、MgO6～10％、TV0.5～1％。
具体的，上述钒渣钠化焙烧的方法中，所述的精钒渣为转炉提钒法对含钒铁水进行半钢冶炼提取出的富含钒转炉渣。
进一步的，上述钒渣钠化焙烧的方法中，所述精钒渣的主要成分及含量为TV6～8％、SiO210～20％、FeO40～60％、CaO2～5％。
优选的，上述钒渣钠化焙烧的方法中，所述的钒铁冶炼渣的粒度为70～300um。
优选的，上述钒渣钠化焙烧的方法中，所述钒铁冶炼渣的加入量为精钒渣加入量的10～15％。
优选的，上述钒渣钠化焙烧的方法中，所述碳酸钠的加入量按碱比1.4～1.8添加。
优选的，上述钒渣钠化焙烧的方法中，所述的焙烧时间为140～180min。
优选的，上述钒渣钠化焙烧的方法中，所述的焙烧温度为800～830℃。
本发明方法通过在钒渣钠化焙烧过程中添加钒铁冶炼渣，利用钒铁冶炼渣的抗高温、耐酸碱特性，从而提高了钒渣焙烧温度以增大钒的焙烧转化率、减轻物料烧结；同时避免因使用大量浸出残渣而导致的提钒浸出液杂质元素富集。本发明方法增大了焙烧转化率，提高了生产效率，同时达到了对废弃资源的充分利用，具有较强的经济社会效益和实用价值，具有很好的应用前景。
具体实施方式
由于现有技术中的钠化焙烧料含有易烧结成分，这些物质在高温下易发生烧结，在钒渣表面形成的烧结层阻碍了氧气的扩散，颗粒内部的低价钒难以发生氧化反应，从而导致钒渣的焙烧转化率降低。
为了解决上述易烧结的问题，工业上采用了降低焙烧温度或配加大量浸出残渣的两种方式来解决。然而，前者由于焙烧温度降低，钒渣的尖晶石不能够充分破坏，尖晶石内部的低价钒不能充分反应，从而降低了钒的焙烧转化率。后者由于加入了大量的浸出残渣大大地降低了钒的焙烧转化率，并且浸出残渣含有硅、磷等杂质成分，会经焙烧、浸出进入到浸出液中，最终使得浸出液中的杂质含量增加，给后续浸出液除杂、酸性铵盐沉钒操作带来不利影响。
针对上述问题，发明人经过大量分析研究发现，当在精钒渣中加入钒铁冶炼渣时，可以利用其中所含的氧化铝、氧化镁、氧化钙等物质的耐高温特性，不用降低焙烧温度，从而可以提高钒的转化率；并且钒铁冶炼渣中含有较少的硅磷，经焙烧、浸出得到的浸出液中的杂质含量较少，不会影响后续的沉钒操作，具有一举两得的技术效果。
一种钒渣钠化焙烧的方法，包括以下步骤：在精钒渣、碳酸钠中加入钒铁冶炼渣混匀后焙烧即可；所述的焙烧温度为780～830℃。
上述钒渣钠化焙烧方法中，所述的钒铁冶炼渣为铝热法冶炼钒铁过程中产生的渣。然而，钒铁冶炼渣的成分会随冶炼工艺及过程的不同出现波动，优选的，本发明方法中所用的为倾翻炉铝热法冶炼钒铁过程中所产生的含钒量较低的冶炼渣，主要成分及含量为Al2O360～70％、CaO10～15％、MgO6～10％、TV0.5～1％。
上述钒渣钠化焙烧方法中，所述的精钒渣为转炉提钒法对含钒铁水进行半钢冶炼提取出的富含钒转炉渣，主要成分及含量为TV6～8％、SiO210～20％、FeO40～60％、CaO2～5％。
上述钒渣钠化焙烧方法中，为了钒铁冶炼渣与精钒渣充分接触，提高烧结效果，所述的钒铁冶炼渣的粒度为70～300um。
上述钒渣钠化焙烧方法中，为了起到充分防烧结的目的，发明人经过大量实验发现，控制钒铁冶炼渣的加入量为精钒渣加入量的10～15％时，可以起到很好地防烧结的作用。若比例过大，虽然能防止烧结，但是由于添加的钒铁冶炼渣过多，焙烧效率降低了；若比例过小，又起不到充分防烧结的目的。
上述钒渣钠化焙烧方法中，所述的碱比是指将精钒渣中的钒完全换算为五氧化二钒时，碳酸钠与五氧化二钒的质量比。发明人经过大量实验发现，若碱比过低，精钒渣中低价钒氧化率低；若碱比过高，又会导致物料烧结加重，并且也会降低钒转化率。优选的，控制碱比为1.4～1.8。
上述钒渣钠化焙烧方法中，发明人经过实验发现，温度较低时，精钒渣的转化率低，温度过高又会导致物料烧结聚团。所以，优选的，焙烧温度为800～830℃。焙烧时间为140～180min。
本发明方法中，未作特殊说明的，比例、含量、成分等均表示质量百分比。
实施例1
称取精钒渣20.00g(全钒含量8.0％)，配加2.00g钒铁冶炼渣(平均粒度300μm)，按碱比为1.4称取碳酸钠4.00g，将物料充分混合均匀后置于坩埚中，在马弗炉中以800℃焙烧140min，焙烧后的熟料疏松、无烧结，焙烧转化率为81.76％。将焙烧熟料以2.0的液固比，用85℃的热水边浸出边搅拌60min，过滤后得到浸出液，浸出液中硅含量为(以SiO2计)0.8g/L、磷含量(以P2O5计)为0.1g/L。
实施例2
称取精钒渣20.00g(全钒含量8.0％)，配加2.50g钒铁冶炼渣(平均粒度200μm)，按碱比为1.6称取碳酸钠4.57g，将物料充分混合均匀后置于坩埚中，在马弗炉中以800℃焙烧140min，焙烧后的熟料疏松、无烧结，焙烧转化率为82.98％。将焙烧熟料以2.0的液固比，用85℃的热水边浸出边搅拌60min，过滤后得到浸出液，浸出液中硅含量为(以SiO2计)0.9g/L、磷含量(以P2O5计)为0.2g/L。
实施例3
称取精钒渣20.00g(全钒含量8.0％)，配加3.00g钒铁冶炼渣(平均粒度100μm)，按碱比为1.8称取碳酸钠5.14g，将物料充分混合均匀后置于坩埚中，在马弗炉中以800℃焙烧140min，焙烧后的熟料疏松、无烧结，焙烧转化率为85.06％。将焙烧熟料以2.0的液固比，用85℃的热水边浸出边搅拌60min，过滤后得到浸出液，浸出液中硅含量为(以SiO2计)0.9g/L、磷含量(以P2O5计)为0.2g/L。
实施例4
称取精钒渣20.00g(全钒含量8.0％)，配加2.00g钒铁冶炼渣(平均粒度300μm)，按碱比为1.4称取碳酸钠4.00g，将物料充分混合均匀后置于坩埚中，在马弗炉中以815℃焙烧160min，焙烧后的熟料疏松、无烧结，焙烧转化率为82.72％。将焙烧熟料以2.0的液固比，用85℃的热水边浸出边搅拌60min，过滤后得到浸出液，浸出液中硅含量为(以SiO2计)0.7g/L、磷含量(以P2O5计)为0.1g/L。
实施例5
称取精钒渣20.00g(全钒含量8.0％)，配加2.50g钒铁冶炼渣(平均粒度200μm)，按碱比为1.6称取碳酸钠4.57g，将物料充分混合均匀后置于坩埚中，在马弗炉中以815℃焙烧160min，焙烧后的熟料疏松、无烧结，焙烧转化率为84.13％。将焙烧熟料以2.0的液固比，用85℃的热水边浸出边搅拌60min，过滤后得到浸出液，浸出液中硅含量为(以SiO2计)0.8g/L、磷含量(以P2O5计)为0.1g/L。
实施例6
称取精钒渣20.00g(全钒含量8.0％)，配加3.00g钒铁冶炼渣(平均粒度100μm)，按碱比为1.8称取碳酸钠5.14g，将物料充分混合均匀后置于坩埚中，在马弗炉中以815℃焙烧160min，焙烧后的熟料疏松、无烧结，焙烧转化率为86.39％。将焙烧熟料以2.0的液固比，用85℃的热水边浸出边搅拌60min，过滤后得到浸出液，浸出液中硅含量为(以SiO2计)0.6g/L、磷含量(以P2O5计)为0.2g/L。
实施例7
称取精钒渣20.00g(全钒含量8.0％)，配加2.00g钒铁冶炼渣(平均粒度300μm)，按碱比为1.4称取碳酸钠4.00g，将物料充分混合均匀后置于坩埚中，在马弗炉中以830℃焙烧180min，焙烧后的熟料疏松、无烧结，焙烧转化率为83.90％。将焙烧熟料以2.0的液固比，用85℃的热水边浸出边搅拌60min，过滤后得到浸出液，浸出液中硅含量为(以SiO2计)0.6g/L、磷含量(以P2O5计)为0.2g/L。
实施例8
称取精钒渣20.00g(全钒含量8.0％)，配加2.50g钒铁冶炼渣(平均粒度200μm)，按碱比为1.6称取碳酸钠4.57g，将物料充分混合均匀后置于坩埚中，在马弗炉中以830℃焙烧180min，焙烧后的熟料疏松、无烧结，焙烧转化率为86.27％。将焙烧熟料以2.0的液固比，用85℃的热水边浸出边搅拌60min，过滤后得到浸出液，浸出液中硅含量为(以SiO2计)0.7g/L、磷含量(以P2O5计)为0.1g/L。
实施例9
称取精钒渣20.00g(全钒含量8.0％)，配加3.00g钒铁冶炼渣(平均粒度100μm)，按碱比为1.8称取碳酸钠5.14g，将物料充分混合均匀后置于坩埚中，在马弗炉中以830℃焙烧180min，焙烧后的熟料疏松、无烧结，焙烧转化率约为88.39％。将焙烧熟料以2.0的液固比，用85℃的热水边浸出边搅拌60min，过滤后得到浸出液，浸出液中硅含量为(以SiO2计)0.9g/L、磷含量(以P2O5计)为0.2g/L。
对比例1
称取精钒渣20.00g(全钒含量8.0％)，按碱比为1.4称取碳酸钠4.00g，将物料充分混合均匀后置于坩埚中，在马弗炉中以800℃焙烧140min，焙烧后的熟料重度烧结，焙烧转化率为75.28％。将焙烧熟料以2.0的液固比，用85℃的热水边浸出边搅拌60min，过滤后得到浸出液，浸出液中硅含量为(以SiO2计)1.2g/L、磷含量(以P2O5计)为0.3g/L。
对比例2
称取精钒渣20.00g(全钒含量8.0％)，配加6.00g浸出残渣，按碱比为1.4称取碳酸钠4.00g，将物料充分混合均匀后置于坩埚中，在马弗炉中以800℃焙烧140min，焙烧后的熟料轻度烧结，焙烧转化率为77.43％。将焙烧熟料以2.0的液固比，用85℃的热水边浸出边搅拌60min，过滤后得到浸出液，浸出液中硅含量为(以SiO2计)1.3g/L、磷含量(以P2O5计)为0.3g/L。
对比例3
称取精钒渣20.00g(全钒含量8.0％)，配加6.00g浸出残渣，按碱比为1.6称取碳酸钠4.57g，将物料充分混合均匀后置于坩埚中，在马弗炉中以815℃焙烧160min，焙烧后的熟料中度烧结，焙烧转化率为78.97％。将焙烧熟料以2.0的液固比，用85℃的热水边浸出边搅拌60min，过滤后得到浸出液，浸出液中硅含量为(以SiO2计)1.5g/L、磷含量(以P2O5计)为0.3g/L。
对比例4
称取精钒渣20.00g(全钒含量8.0％)，配加6.00g浸出残渣，按碱比为1.8称取碳酸钠5.14g，将物料充分混合均匀后置于坩埚中，在马弗炉中以830℃焙烧180min，焙烧后的熟料中度烧结，焙烧转化率为80.13％。将焙烧熟料以2.0的液固比，用85℃的热水边浸出边搅拌60min，过滤后得到浸出液，浸出液中硅含量为(以SiO2计)1.6g/L、磷含量(以P2O5计)为0.4g/L。
综上可以看出，本发明方法不仅可以提高钒的转化率，并且在焙烧的过程中不会出现烧结的情况。所以，本发明方法为钒渣的焙烧提供了一条更好的选择。

Claims (9)

1.一种钒渣钠化焙烧的方法，其特征在于：包括以下步骤：在精钒渣、碳酸钠中加入钒铁冶炼渣混匀后焙烧即可；所述焙烧的温度为780～830℃。
2.根据权利要求1所述的钒渣钠化焙烧的方法，其特征在于：所述的钒铁冶炼渣为铝热法冶炼钒铁过程中产生的渣。
3.根据权利要求2所述的钒渣钠化焙烧的方法，其特征在于：所述的铝热法为倾翻炉铝热法。
4.根据权利要求1所述的钒渣钠化焙烧的方法，其特征在于：所述的精钒渣为转炉提钒法对含钒铁水进行半钢冶炼提取出的富含钒转炉渣。
5.根据权利要求1所述的钒渣钠化焙烧的方法，其特征在于：所述的钒铁冶炼渣的粒度为70～300um。
6.根据权利要求1所述的钒渣钠化焙烧的方法，其特征在于：所述钒铁冶炼渣的加入量为精钒渣加入量的10～15％。
7.根据权利要求1所述的钒渣钠化焙烧的方法，其特征在于：所述碳酸钠的加入量按碱比1.4～1.8添加。
8.根据权利要求1所述的钒渣钠化焙烧的方法，其特征在于：所述的焙烧时间为140～180min。
9.根据权利要求1所述的钒渣钠化焙烧的方法，其特征在于：所述的焙烧温度为800～830℃。
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