CN105714102A - 一种磷酸铵浸出含钒原料焙烧熟料提钒的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种磷酸铵浸出含钒原料焙烧熟料提钒的方法，所述方法为：焙烧含钒原料与添加剂的混合物，得到含钒原料熟料；将含钒原料熟料在磷酸铵溶液中浸出提钒，固液分离后得到提钒尾渣和含钒浸出液。所述方法钒选择性浸出率高，可达90％以上，同时杂质元素浸出较少，有利于高纯度钒产品的制备，无含盐废水产生；所述方法使用的浸出剂?磷酸铵溶液不挥发，避免了氨气挥发的问题；此外，所述方法的浸出工艺流程简单，操作环境友好，生产成本低。

Description

一种磷酸铵浸出含钒原料焙烧熟料提钒的方法
技术领域
本发明属于钒化工冶金技术领域，涉及一种从含钒原料焙烧后的熟料中提钒的方法，尤其涉及一种磷酸铵浸出含钒原料与添加剂的焙烧熟料提钒的方法。
背景技术
钒渣提钒方法为焙烧-水浸法提钒，其中含钒原料钠化焙烧-水浸是提钒的主流方法。钠化焙烧工艺的基本原理是以Na2CO3、NaCl和Na2SO4等钠盐为添加剂，通过高温焙烧(750～850℃)将含钒原料中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。钠化焙烧工艺钒回收率低，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％；且需多次焙烧，能耗偏高；在焙烧过程中会产生有害的HCl、Cl2等侵蚀性气体，后续氨沉过程会得到高盐度含氨氮废水，不仅污染环境，而且治理代价较高。
为了解决钠化焙烧的问题，CN101161831A提出了一种钒渣钙化焙烧的方法，将钒渣与石灰或石灰石混匀后直接进入600℃以上的焙烧炉进行钙化焙烧，使钒渣中的钒转化为钒酸钙，焙烧熟料在硫酸溶液的酸浸作用下使钒溶解进入溶液，进而制取钒氧化物等产品。钙化焙烧熟料酸浸过程Fe和P等元素也同钒一起进入浸出液，后续分离较困难。
为了解决钙化焙烧酸浸过程的问题，CN102560086A提出了一种钙化焙烧熟料碳酸铵浸出的提钒方法，钒渣以CaO/V2O5的摩尔比为2～3进行钙化焙烧，焙烧熟料用浓度为200～800g/L碳酸铵溶液浸出，浸出温度为60～98℃，过滤得到含钒浸出液。该方法存在的主要问题是CaO/V2O5的摩尔比较大，钙盐用量大，铵盐浓度太高，且在温度较高条件下进行浸出，浸出液挥发、铵根流失严重，浸出剂消耗大、成本高。CN104164569A提出了一种钒渣加入钙盐或镁盐氧化焙烧后用铵盐水溶液浸出的方法，钙盐和/或镁盐与V2O5的摩尔比为0.5～1.2，氧化焙烧后含钒熟料在铵盐浓度为30～300g/L，温度为60～200℃的浸出剂中浸出。该方法存在的主要问题是浸出温度偏高，碳铵水溶液氨气的挥发量大，增加了原料成本且操作环境差；在高压密闭容器中浸出增加设备成本。
CN103937978A，CN104003442A和CN103952565A分别提出了一种含钒原料经高温焙烧后用碳铵溶液或者氨水浸出提钒的方法。含钒原料中的低价钒经高温焙烧氧化成五价钒，在碳铵溶液或者氨水中浸出钒以偏钒酸铵的形式进入液相，经固液分离得到含钒浸出液。浸出液经冷却结晶得到偏钒酸铵产品。该方法浸出操作工艺简单，设备要求低，钒浸出率高，偏钒酸铵产品纯度高，不产生硫酸钠废水，具有钒回收率高、工艺成本低、流程短、过程清洁等优势。但是，含钒原料通常采用高浓度的氨水或碳铵溶液作为浸出剂，铵根离子浓度为50～400g/L。氨水或者碳铵溶液都不稳定，尤其在高温50～95℃、高浓度的条件下，很容易分解产生氨气，造成氨水或铵盐的大量浪费，恶化操作环境。
为了降低氨气挥发给操作带来的困扰，CN104831090A提出了低温铵化浸出提钒的方法(浸出温度为15～45℃)，虽然可以一定程度上减少氨气的挥发，但是在大规模工业生产过程中，氨气挥发问题依然无法避免。可见，采用常规铵盐浸出方法无法满足空白焙烧铵浸工艺的需求，亟需开发一种无氨气挥发的铵盐浸出提钒方法。
目前未见用磷酸铵作为钒渣熟料浸出剂的相关报道。
发明内容
针对现有钒渣氧化焙烧铵浸技术浸出过程中大量的氨气挥发造成铵盐损失，操作环境差，浸出剂损失严重这一技术难题，本发明的目的在于提供一种磷酸铵浸出含钒原料焙烧熟料提钒的方法，所述方法钒选择性浸出率高，杂质元素浸出较少，有利于高纯度钒产品的制备；所述方法使用的磷酸铵溶液不挥发，能够避免浸出过程产生大量的氨气；并且，所述方法工艺流程短，浸出工艺流程简单，环境友好，生产成本低。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一种磷酸铵浸出含钒原料焙烧熟料提钒的方法，所述方法为：焙烧含钒原料与添加剂的混合物，得到含钒原料熟料；将含钒原料熟料在磷酸铵溶液中浸出提钒，固液分离后得到提钒尾渣和含钒浸出液。
所述含钒原料熟料中的钒以偏钒酸铵的形式进入溶液；所述固液分离为本领域常规的操作，典型但非限制性的固液分离方式可为：离心或过滤等；所述方法对含钒原料中的钒含量无特殊限制。
所述磷酸铵溶液对含钒原料熟料中的钒具有选择性，因此，既保证了钒浸出率又避免了氨气挥发的问题，另外，杂质元素浸出较少，有利于高纯度钒产品的制备。所述的浸出剂-磷酸铵溶液可通过补加磷酸铵来补充反应损失部分，进而可循环使用，从而降低生产成本。
所述添加剂为钙源、镁盐或钠盐中的任意一种或至少两种的组合，优选为钙源。典型但非限制性的组合如：钙源与镁盐，钙源与钠盐，钙源、镁盐与钠盐。本发明采用磷酸铵溶液浸出含钒原料熟料，所述含钒原料熟料为经过钙化焙烧、镁盐焙烧或钠化焙烧中的任意一种或至少两种的组合的含钒原料。
优选地，所述含钒原料与添加剂的混合物中，添加剂与V2O5的摩尔比为0.5～4，如0.8、1、1.5、2、2.5、3或3.5等，优选为1～3。
优选地，所述钙源为氧化钙和/或碳酸钙。
所述磷酸铵溶液为含有PO4 3-、HPO4 2-或H2PO4 -中的任意一种或至少两种组合和NH4 +的溶液。如所述磷酸铵溶液中含有：NH4 +、PO4 3-和HPO4 2-，NH4 +、HPO4 2-和H2PO4 -，NH4 +、PO4 3-、HPO4 2-和H2PO4 -，NH4 +、PO4 3-和H2PO4 -。所述磷酸铵溶液对含钒原料熟料中的钒具有选择性，可使含钒原料中的钒较完全地进入浸出液中。
优选地，所述磷酸铵溶液的溶质包括磷酸一铵、磷酸二铵或者磷酸三铵中的任意一种或至少两种的组合。典型但非限制性的组合如：磷酸一铵与磷酸二铵，磷酸一铵与磷酸三铵，磷酸二铵与磷酸三铵，磷酸一铵、磷酸二铵与磷酸三铵。
所述磷酸铵溶液中磷酸铵的质量浓度为200～700g/L，如250g/L、300g/L、350g/L、400g/L、450g/L、500g/L、550g/L、580g/L或650g/L等，优选为200～600g/L。
所述含钒原料为钒钛磁铁矿、石煤、钒渣、含铬钒渣或含钒催化剂中的任意一种或至少两种的组合；其中，含钒催化剂为使用前的催化剂或使用后无法再次使用的催化剂，优选为钒渣。典型但非限制性的组合如，钒钛磁铁矿与石煤，钒渣与含铬钒渣，含铬钒渣与含钒催化剂，石煤、钒渣与含铬钒渣，钒钛磁铁矿、石煤、钒渣与含铬钒渣。
所述焙烧的温度为600～1000℃，如620℃、650℃、680℃、700℃、720℃、750℃、800℃、850℃、900℃或950℃等，优选为700～900℃。
优选地，所述焙烧的时间为0.5～5h，如0.8h、1.0h、1.2h、1.5h、2h、3h、4h或4.5h等，优选为0.5～2h。
所述含钒原料熟料浸出前进行冷却，所述冷却的温度为10～90℃，如12℃、15℃、18℃、20℃、25℃、30℃、35℃、40℃、50℃、60℃、70℃或85℃等。
优选地，所述浸出的温度为10～95℃，如12℃、15℃、18℃、22℃、25℃、28℃、30℃、35℃、40℃、45℃、50℃、55℃、60℃、65℃、70℃、80℃、85℃或90℃等，优选为30～90℃。本发明提供的磷酸铵浸出含钒原料提钒的方法利用了磷酸铵溶液在本发明浸出温度10～95℃条件下不挥发这一特性，巧妙的将浸出剂由碳铵溶液替换为磷酸铵溶液。
优选地，所述浸出的时间为0.5～6h，如0.8h、1h、2h、3h、4h、5h或5.5h等，优选为1～5h。
所述磷酸铵溶液与含钒原料熟料的液固比为(2～30)mL:1g，如5mL:1g、8mL:1g、10mL:1g、15mL:1g、20mL:1g、22mL:1g、25mL:1g或28mL:1g等，优选为(5～20)mL:1g。
所述浸出在常压下进行。所述浸出可选择常压容器。本发明提供的提钒方法工艺条件不苛刻，设备简单。
作为优选的技术方案，所述方法为：将含钒原料与钙源的混合物在600～1000℃条件下焙烧0.5～5h，得到含钒原料熟料；将含钒原料熟料在磷酸铵溶液中浸出提钒，固液分离后得到提钒尾渣和含钒浸出液；
其中，钙源与V2O5的摩尔比为0.5～4，磷酸铵溶液中磷酸铵的质量浓度为200～700g/L，磷酸铵溶液与钒渣熟料的液固比为(2～30)mL:1g，浸出的温度为10～95℃，浸出的时间为0.5～6h。
钙化焙烧后钒渣中的钒转化为钒酸钙，钒酸钙是一种难溶性的钙盐，要想实现钒的转化浸出，需要生成稳定性更高的钙盐，而磷酸钙是溶度积最小的钙盐，如果采用磷酸盐浸出可实现钒的高效转化。而磷酸铵是一种化学性质非常稳定的铵盐，而且含铵量高，与钒酸钙反应可直接生成稳定的磷酸钙，同时制备出偏钒酸铵初级产品。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
(1)本发明提供的磷酸铵浸出含钒原料提钒的方法使用的浸出剂对钒具有选择性，可使钒较完全地进入浸出液中，浸出率高达90％以上，且杂质元素浸出较少，有利于高纯度钒产品的制备；
(2)本发明提供的磷酸铵浸出含钒原料提钒的提钒方法无含盐废水产生，由于磷酸铵不挥发，能够避免氨气挥发的问题，对环境友好；
(3)本发明提供的磷酸铵浸出含钒原料提钒的浸出方法工艺流程短，使用的设备简单，操作环境友好，生产成本低。
具体实施方式
为便于理解本发明，本发明列举实施例如下。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
实施例1
将V2O5含量为11％的钒渣与钙源混合，CaO/V2O5摩尔比为2.5，在700℃钙化焙烧4h后得到的熟料在含200g/L磷酸铵溶液中浸出提钒，浸出温度为30℃，浸出液固比为20mL/g，浸出时间为5h，得到提钒尾渣和含钒浸出液。
浸出渣经洗涤，烘干，称重并分析残渣的钒含量，经检测钒的转浸率为92％。
实施例2
将V2O5含量为15％与钙源混合，CaO/V2O5摩尔比为3，在600℃钙化焙烧5h后得到的熟料在含700g/L磷酸铵溶液浸出提钒，浸出温度为90℃，浸出液固比为5mL/g，浸出时间为0.5h，得到提钒尾渣和含钒浸出液。
浸出渣经洗涤，烘干，称重并分析残渣的钒含量，经检测钒的转浸率为92％。
实施例3
将V2O5含量为20％的钒渣与钙源混合，CaO/V2O5摩尔比为2，在800℃钙化焙烧3h后得到的熟料在含600g/L磷酸铵溶液浸出提钒，浸出温度为70℃，浸出液固比为10mL/g，浸出时间为1h，得到提钒尾渣和含钒浸出液。
浸出渣经洗涤，烘干，称重并分析残渣的钒含量，经检测钒的转浸率为95％。
实施例4
将V2O5含量为20％的钒渣与钙源混合，CaO/V2O5摩尔比为4，在900℃钙化焙烧1h后得到的熟料在含600g/L磷酸铵溶液浸出提钒，浸出温度为10℃，浸出液固比为2mL/g，浸出时间为6h，过滤后得到提钒尾渣和含钒浸出液。
所述钙源为氧化钙。
浸出渣经洗涤，烘干，称重并分析残渣的钒含量，经检测钒的转浸率为95％。
实施例5
将V2O5含量为20％的钒渣与钙源混合，CaO/V2O5摩尔比为0.5，在1000℃钙化焙烧0.5h后得到的熟料在含400g/L磷酸铵溶液浸出提钒，浸出温度为95℃，浸出液固比为30mL/g，浸出时间为3h，离心后得到提钒尾渣和含钒浸出液。
所述钙源为氧化钙和碳酸钙的混合物。
浸出渣经洗涤，烘干，称重并分析残渣的钒含量，经检测钒的转浸率为95％。
实施例6
将V2O5含量为10.5％与碳酸钠混合，Na2O/V2O5摩尔比为2，在800℃钠化焙烧2h后得到的熟料在含500g/L磷酸铵溶液浸出提钒，浸出温度为70℃，浸出液固比为5mL/g，浸出时间为2.5h，得到提钒尾渣和含钒浸出液。
浸出渣经洗涤，烘干，称重并分析残渣的钒含量，经检测钒的转浸率为90.4％。
实施例7
将V2O5含量为15％与氧化镁混合，MgO/V2O5摩尔比为2，在850℃镁化焙烧3h后得到的熟料在含600g/L磷酸铵溶液浸出提钒，浸出温度为40℃，浸出液固比为7mL/g，浸出时间为1.5h，得到提钒尾渣和含钒浸出液。
浸出渣经洗涤，烘干，称重并分析残渣的钒含量，经检测钒的转浸率为92.3％。
实施例8
将V2O5含量为1.5％的钒钛磁铁矿与氧化钙混合，CaO/V2O5摩尔比为2.5，在850℃钙化焙烧4h得到的熟料在含400g/L磷酸铵溶液浸出提钒，浸出温度为60℃，浸出液固比为5mL/g，浸出时间为2h，得到提钒尾渣和含钒浸出液。
浸出渣经洗涤，烘干，称重并分析残渣的钒含量，经检测钒的转浸率为91％。
实施例9
将V2O5含量为1.2％的石煤与碳酸钙混合，CaO/V2O5摩尔比为2，在950℃钙化焙烧3.5h后得到的熟料在含400g/L磷酸铵溶液浸出提钒，浸出温度为90℃，浸出液固比为10mL/g，浸出时间为3h，得到提钒尾渣和含钒浸出液。
浸出渣经洗涤，烘干，称重并分析残渣的钒含量，经检测钒的转浸率为92％。
实施例10
将V2O5含量为8.5％的含钒催化剂与氧化钙混合，CaO/V2O5摩尔比为3，在700℃钙化焙烧3h后得到的熟料在含600g/L磷酸铵溶液浸出提钒，浸出温度为60℃，浸出液固比为5mL/g，浸出时间为1.5h，得到提钒尾渣和含钒浸出液。
浸出渣经洗涤，烘干，称重并分析残渣的钒含量，经检测钒的转浸率为91.5％。
申请人声明，以上所述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，所属技术领域的技术人员应该明了，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (10)

1.一种磷酸铵浸出含钒原料焙烧熟料提钒的方法，其特征在于，所述方法为：焙烧含钒原料与添加剂的混合物，得到含钒原料熟料；将含钒原料熟料在磷酸铵溶液中浸出提钒，固液分离后得到提钒尾渣和含钒浸出液。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述添加剂为钙源、镁盐或钠盐中的任意一种或至少两种的组合，优选为钙源；
优选地，所述含钒原料与添加剂的混合物中，添加剂与V2O5的摩尔比为0.5～4，优选为1～3；
优选地，所述钙源为氧化钙和/或碳酸钙。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述磷酸铵溶液为含有PO4 3-、HPO4 2-或H2PO4 -中的任意一种或至少两种组合和NH4 +的溶液；
优选地，所述磷酸铵溶液的溶质包括磷酸一铵、磷酸二铵或者磷酸三铵中的任意一种或至少两种的组合。
4.根据权利要求1-3之一所述的方法，其特征在于，所述磷酸铵溶液中磷酸铵的质量浓度为200～700g/L，优选为200～600g/L。
5.根据权利要求1-4之一所述的方法，其特征在于，所述含钒原料为钒钛磁铁矿、石煤、钒渣、含铬钒渣或含钒催化剂中的任意一种或至少两种的组合；其中，含钒催化剂为使用前的催化剂或使用后无法再次使用的催化剂，优选为钒渣。
6.根据权利要求1-5之一所述的方法，其特征在于，所述焙烧的温度为600～1000℃，优选为700～900℃；
优选地，所述焙烧的时间为0.5～5h，优选为0.5～2h。
7.利用权利要求1-6之一所述的方法，其特征在于，所述含钒原料熟料浸出前进行冷却，所述冷却的温度为10～90℃；
优选地，所述浸出的温度为10～95℃，优选为30～90℃；
优选地，所述浸出的时间为0.5～6h，优选为1～5h。
8.根据权利要求1-7之一所述的方法，其特征在于，所述磷酸铵溶液与含钒原料熟料的液固比为(2～30)mL:1g，优选为(5～20)mL:1g。
9.根据权利要求1-8之一所述的方法，其特征在于，所述浸出在常压下进行。
10.根据权利要求1-9之一所述的方法，其特征在于，所述方法为：将含钒原料和钙源的混合物在600～1000℃条件下焙烧0.5～5h，得到含钒原料熟料；将含钒原料熟料在磷酸铵溶液中浸出提钒，固液分离后得到提钒尾渣和含钒浸出液；
其中，钙源与V2O5的摩尔比为0.5～4，磷酸铵溶液中磷酸铵的质量浓度为200～700g/L，磷酸铵溶液与钒渣熟料的液固比为(2～30)mL:1g，浸出的温度为10～95℃，浸出的时间为0.5～6h。
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