CN105886786B - 一种强化转炉钒渣钙化提钒的方法 - Google Patents

一种强化转炉钒渣钙化提钒的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种强化转炉钒渣钙化提钒的方法，包括以下步骤：工业选铁后的含钒渣作为原料进行破碎，然后磁选得到钒渣细粉；再将所述钒渣细粉进行球磨活化得到活化钒渣；然后将活化钒渣配加粉末状含钙化合物粉混匀得到配钙混料；然后将配钙混料在氧化焙烧炉中氧化焙烧，再空冷并破碎，得到焙烧熟料；将焙烧熟料在弱酸溶液中浸出得到含钒浸出液，所述含钒浸出液用于后续净化提钒。本方法能够降低转炉钒渣氧化焙烧温度，提高焙烧熟料中钒的浸出率。

Description

一种强化转炉钒渣钙化提钒的方法
技术领域
本发明属于冶金技术领域，具体涉及一种强化转炉钒渣钙化提钒的方法。
背景技术
钒是重要的战略物资，被称为“现代工业的味精”，被广泛应用于钢铁工业、化学工业、航空航天工业、轻纺工业和医学等诸多领域。其中大约87%的钒应用于钢铁工业中。
目前，我国90%以上的金属钒或钒铁合金的生产都是以钒钛磁铁矿为原料生产的。国内主要以钒钛磁铁矿为原料，采用高炉－转炉双联工艺生产普钢和钒渣。从含钒炉渣中提取五氧化二钒最为成熟的工艺是钠化提钒法。钠化提钒法是以钠盐为添加剂在回转窑中氧化焙烧，将钒转化为水溶性钒酸盐，然后通过浸出、沉钒、煅烧等工艺得到V2O5产品。
然而，目前整个工艺流程中钒的回收率仅为42%左右。钠化提钒技术虽然成熟并具有许多优点，但是其对环境造成了严重污染，如有害气体的排放，废渣废水中的钠污染。随着对环境问题的关注和环境保护的立法的健全，钠化提钒的局限性日益突出。
钙化提钒方法是一种可替代传统钠化提钒方法的清洁生产工艺，但是基础研究和工业实践指出：钙化提钒工艺钒转浸率低已经成为其限制其完全取代钠化提钒工艺的致命缺点。钙化焙烧效果直接影响钒转浸率，虽然提高焙烧温度可以改善焙烧的速率和效率，但是提高回转窑焙烧温度易造成原料的烧结形成结圈，降低生产效率。
发明内容
针对现有技术存在的上述不足，本发明提供一种强化转炉钒渣钙化提钒的方法，旨在提高转炉钒渣钙化焙烧效率，降低焙烧温度以缓解回转窑结圈现象。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种强化转炉钒渣钙化提钒的方法，包括以下步骤：
1）将工业选铁后的含钒渣作为原料，将原料破碎至粒度小于125微米，然后磁选以去除金属铁，得到钒渣细粉。
2）将步骤1）得到的钒渣细粉进行球磨活化，得到活化钒渣。
3）将步骤2）中得到的活化钒渣与粉末状的含钙化合物按照钒钙摩尔比1：1混合均匀，得到配钙混料。
4）将步骤3）得到的配钙混料在700~900℃的氧化焙烧炉中焙烧1h，然后空冷至室温，再破碎至粒度小于125微米，得到焙烧熟料。
5）将浸出液与步骤4）得到的焙烧熟料在50℃下按质量比为5:1混合形成混合液，再持续搅拌60min，将混合液过滤分离以去除浸出残渣，得到含钒浸出滤液，用于后续净化提钒；所述浸出液的pH值为2.5。
其中，所述钒渣细粉的粒度为1.7～125微米，平均粒径为50微米，比表面积为0.2m2/g。所述活化钒渣的粒度为0.04～45微米，平均粒度为1～5微米，比表面积为2.5～3.3m2/g。
作为优化，为保证球磨活化的效果 ，步骤2）中所述的球磨活化使用高能球磨机进行球磨活化，使用时的料球质量比为5:1，该高能球磨机的转速设定为400rpm，球磨时间为20～80min。
为降低成本，所述浸出液选用 pH值为2.5的硫酸溶液。
作为优化，为保证浸出的效果，进一步提高浸出率，步骤5）在持续搅拌过程中还需不断加入质量浓度为15%的硫酸溶液，以使混合液的pH值保持在2.5±0.2。
作为优化，所述的含钙化合物为氧化钙或碳酸钙。
作为优化，所述的氧化焙烧炉为回转窑、隧道窑或马弗炉等氧化焙烧设备。
作为优化，为使浸出液与焙烧熟料充分反应，步骤5）中持续搅拌的速率为200rpm。
与现有的技术相比，本发明具有如下有益效果：
1、相比传统钙化焙烧工艺中采用提高焙烧温度来提高氧化焙烧效率，本发明采用机械活化手段来提高氧化焙烧效率，将氧化焙烧温度降低了100℃左右。
2、在保证氧化焙烧效果的情况下，本发明通过降低焙烧温度可以降低烧结物相出现的比例，有效的缓解了回转窑结圈的问题。
3、本发明采用机械活化强化了转炉钒渣钙化提钒效果，机械活化后的钒渣粒度更小，比表面积更大，晶粒尺寸越小，晶格应变越大，也有利于浸出，使得钒的最大浸出率提高了3%左右。
4、机械活化强化工艺比较成熟，球磨设备简单，操作简单，适用范围广。
附图说明
图1为本发明的工艺流程图；
图2为未活化钒渣细粉配钙混料等温氧化热重图；
图3为球磨80min活化钒渣配钙混料等温氧化热重图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步详细说明。
实施例1
一种强化转炉钒渣钙化提钒的方法，参照图1的示的工艺流程，包括如下步骤：
1）将工业选铁后的含钒渣作为原料，在球磨机或粉碎机中破碎筛分至粒度小于125微米，然后使用干式磁选机磁选得到钒渣细粉，该钒渣细粉粒度分布在1.7～125微米，平均粒度为46微米，比表面积约为0.2m2/g。。
2）将步骤1）得到的钒渣细粉装入高能球磨机，按照料球质量比5:1，球磨机转速400rpm,球磨80min，得到活化钒渣。活化钒渣的粒度分布在0.04～45微米，平均粒度在5微米，比表面积为3.3m2/g。
3）将步骤2）得到的活化钒渣运用混料机与粉末状碳酸钙按照钒钙摩尔比1：1混合均匀，得到配钙混料。
4）先将马弗炉升温至800℃，再将装有步骤3）得到的配钙混料的氧化铝坩埚置于马弗炉炉膛中心，在该温度下恒温氧化焙烧1h，然后取出氧化铝坩埚，空冷至室温。将坩埚中配钙混料取出，并破碎至粒度小于125微米，得到焙烧熟料。
5）将步骤4）得到的焙烧熟料在烧瓶中进行浸出，浸出液为pH=2.5的硫酸溶液，浸出液与焙烧熟料质量比为5:1，浸出温度为50℃，采用机械搅拌，搅拌转速为200rpm。浸出过程中不断补加15%的硫酸维持浸出液pH在2.5±0.2。浸出过程持续60min后，过滤分离以去除浸出残渣，得到含钒浸出滤液，用于后续净化提钒。
最后，可以取样分析浸出滤液中钒含量，以得到钒的浸出率，其浸出率为91.98%。
实施例2至10
采用与实施例1相同的方法，不同之处仅在于步骤2）的球磨时间不同和步骤4）中的焙烧温度不同。实施例2至10的球磨和焙烧参数和浸出效果详见表1所示。未球磨钒渣细粉配钙混料和80min球磨活化钒渣配钙混料等温氧化焙烧热重曲线图如图2和图3所示。
表1实施例2至10的球磨、焙烧参数以及浸出率
球磨时间（min） 焙烧温度(℃) 焙烧时间（min） 浸出率(%)
实施例2 80 750 60 79.60
实施例3 80 850 60 86.32
实施例4 80 900 60 81.68
实施例5 40 800 60 91.25
实施例6 20 800 60 90.40
实施例7 0 750 60 40.69
实施例8 0 800 60 76.78
实施例9 0 850 60 85.31
实施例10 0 900 60 89.08
从表1中的数据可以看出：实施例7-10均采用钒渣细粉直接配加碳酸钙氧化焙烧，球磨时间为0min，当焙烧温度为750℃时，焙烧熟料的浸出率仅为40.69%，继续提高焙烧温度至900℃，焙烧熟料的浸出率逐渐提高至89.08%。然而钒渣细粉球磨80min后，如实施例2中经过750℃焙烧的焙烧熟料的浸出率相比实施例7提高了39%；实施例1中经过800℃的焙烧熟料的浸出率达到最大，达到了91.98%；继续提高焙烧温度至900℃反而降低了焙烧熟料的浸出率（如实施例3和4），这是由于过度焙烧导致了物相的烧结液相包裹了矿粒，阻碍了浸出。实施例5和6分别为球磨40min和20min，其焙烧熟料浸出率分别为91.25%和90.40%，但焙烧温度要增加。由上述实施例可知，在保证相同的浸出的条件下（浸出率>90%），球磨活化使最佳焙烧温度显著降低，降低了约100℃。
图2和图3分别为球磨时间为0min的钒渣细粉配钙混料和球磨80min的活化钒渣配钙混料的等温氧化热重图，其中混合的钙原料均选用由碳酸钙焙烧分解的氧化钙。由图2可知，未经过球磨活化的钒渣混料的氧化速率在850℃以下非常缓慢，900℃时氧化速率达到最大，在60min内氧化率达到最大，继续提高温度至1000℃并不能继续提高氧化率，由此可知，未球磨活化的钒渣配钙混料最佳氧化焙烧温度为900℃。球磨80min的活化钒渣配钙混料在低温下的氧化速率明显高于未球磨活化的钒渣配钙混料。在800℃时氧化率速率达到最大，继续提高温度至1000℃也不能继续提高氧化率，因此，球磨80min的活化钒渣配钙混料的最佳氧化焙烧温度为800℃。氧化焙烧的效果会直接影响焙烧熟料的钒浸出率，图2和图3的等温热重结果与实施例1～4和7～10的结果能互相印证。
本发明的上述实施例仅仅是为说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化和变动。这里无法对所有的实施方式予以穷举。凡是属于本发明的技术方案所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (8)

1.一种强化转炉钒渣钙化提钒的方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）将工业选铁后的含钒渣作为原料，将原料破碎至粒度小于125微米，然后磁选以去除金属铁，得到钒渣细粉；
2）将步骤1）得到的钒渣细粉进行球磨活化，得到活化钒渣；所述的球磨活化使用高能球磨机进行球磨活化，使用时的料球质量比为5:1，该高能球磨机的转速设定为400rpm，球磨时间为20～80min；
3）将步骤2）中得到的活化钒渣与粉末状的含钙化合物按照钒钙摩尔比1：1混合均匀，得到配钙混料；
4）将步骤3）得到的配钙混料在800~850℃的氧化焙烧炉中焙烧1h，然后空冷至室温，再破碎至粒度小于125微米，得到焙烧熟料；
5）将浸出液与步骤4）得到的焙烧熟料在50℃下按质量比为5:1混合形成混合液，再持续搅拌60min，将混合液过滤分离以去除浸出残渣，得到含钒浸出滤液，用于后续净化提钒；所述浸出液的pH值为2.5。
2.根据权利要求1所述的强化转炉钒渣钙化提钒的方法，其特征在于，所述钒渣细粉的粒度为1.7～125微米，平均粒径为50微米，比表面积为0.2m2/g。
3.根据权利要求1所述的强化转炉钒渣钙化提钒的方法，其特征在于，所述活化钒渣的粒度为0.04～45微米，平均粒度为1～5微米，比表面积为2.5～3.3m2/g。
4.根据权利要求1所述的强化转炉钒渣钙化提钒的方法，其特征在于，所述浸出液为pH值为2.5的硫酸溶液。
5.根据权利要求1所述的强化转炉钒渣钙化提钒的方法，其特征在于，步骤5）在持续搅拌过程中还需不断加入质量浓度为15%的硫酸溶液，以使混合液的pH值保持在2.5±0.2。
6.根据权利要求1-5任一所述的强化转炉钒渣钙化提钒的方法，其特征在于，所述的含钙化合物为氧化钙或碳酸钙。
7.根据权利要求1-5任一所述的强化转炉钒渣钙化提钒的方法，其特征在于，所述的氧化焙烧炉为回转窑、隧道窑或马弗炉。
8.根据权利要求1-5任一所述的强化转炉钒渣钙化提钒的方法，其特征在于，步骤5）中持续搅拌的速率为200rpm。
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