CN106282556A - 一种降低含钒物料浸出液中杂质含量的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种降低含钒物料浸出液中杂质含量的方法，所述方法包括以下步骤：(1)将含钒物料与钙质剂混合配料后在氧气的体积浓度为85～95％的含氧气氛下进行焙烧，得到熟料；(2)将步骤(1)得到的熟料在碱性条件下浸出，然后固液分离得到钒液和无钠浸出尾渣。本发明所述方法将含钒物料与改质剂混合后进行低钙富氧焙烧后在弱碱性条件下进行浸出，可以避免硅铝元素进入浸出液，从而得到低杂质含量的偏钒酸铵溶液，所述溶液通过结晶过滤可制备出高纯的偏钒酸铵产品；并且，该方法具有钒回收率高，浸液杂质含量少，工艺成本低，流程短以及过程清洁等优点。

Description

一种降低含钒物料浸出液中杂质含量的方法
技术领域
本发明属于钒渣湿法冶金与钒化工领域，涉及一种降低含钒物料浸出液中杂质含量的方法。
背景技术
钒钛磁铁矿是世界钒资源的主要矿物，钒渣是由钒钛磁铁矿冶炼成铁水，再氧化吹炼得到的钒含量较高的炉渣，钒渣是我国目前提钒的主要原料。钒是一种有色金属，是“现代工业的味精”，是十分重要的战略资源，世界上钒产量的88％是从钒钛磁铁矿中获得。
从钒渣中提钒的传统工艺为钠化焙烧-水浸法，其主要原理是以碳酸钠、氯化钠或者硫酸钠等钠盐作为添加剂，在700～900℃下焙烧，过程中各种物相分解，低价态组份氧化成高价态组份，其中钒被氧化成五价并与钠形成钒酸钠，水浸钒焙砂得到偏钒酸钠溶液。根据溶液杂质含量情况进行蒸发浓缩，加铵盐沉偏钒酸铵；或调整溶液pH至酸性水解沉钒以及沉多钒酸铵，再碱溶粗钒，得到高浓度钒溶液，加铵盐沉偏钒酸铵。该方法存在的主要问题是焙烧过程中产生的氯气和二氧化硫等会造成环境污染，而且后续工艺流程长，废水中有大量芒硝，废水处理能耗较大，成本高。从钒渣中提钒的方法还有全湿法提钒工艺。
CN 101412540A公开了一种硫酸浸取提钒的方法，浸出液先用石灰乳和纯碱中和至适合萃取的pH，再用萃取剂P2O4进行萃取，硫酸反萃，含钒反萃溶液经过氧化、氨水沉淀和热解得到五氧化二钒。酸浸提钒缺点主要是浸液中各种金属杂质较多，后续酸性废水处理困难。
CN 102127655A公开了一种氢氧化钠溶液常压分解钒渣的方法，其利用亚熔盐工艺，高温高压强碱浸取提钒，浸出液蒸发冷却结晶得到正钒酸钠产品。所述方法的优点是母液中的碱可以循环使用，然而，亚熔盐强碱浸出的主要问题是硅和铝等杂质含量较高，钒酸钠产品纯度不高，且正钒酸钠只是中间产品。湿法提钒虽然避免了高温焙烧产生有毒气体，但依然存在沉钒废水和芒硝副产物产生量大等问题。
CN 102560086A公开了一种碳酸铵浸出钒渣焙砂的提钒方法，所述方法将CaO/V2O5的摩尔比为2～3的钒渣钙化焙烧，用浓度为200～800g/L的碳酸铵溶液浸出，过滤得到含钒浸液。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，造成浸出剂消耗大，成本高，工作环境较差，洗涤液加入浸出液会导致浸出液中钒浓度较低的问题，不利于沉钒。
因此，如何找到一种可降低含钒物料浸出液中杂质含量，且工艺简单的方法是需要解决的问题。
发明内容
针对现有技术中含钒物料浸出液中杂质含量较多，且工艺流程复杂，成本高等问题，本发明提供了一种降低含钒物料浸出液中杂质含量的方法。本发明所述方法将含钒物料与改质剂混合后进行低钙富氧焙烧后在弱碱性条件下进行浸出，可以避免硅铝元素进入浸出液，从而得到低杂质含量的偏钒酸铵溶液。所述溶液通过结晶过滤可制备出高纯的偏钒酸铵产品；并且，该方法具有钒回收率高，浸液杂质含量少，工艺成本低，流程短以及过程清洁等优点。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一种降低含钒物料浸出液中杂质含量的方法，所述方法包括以下步骤：
(1)将含钒物料与钙质剂混合配料后在氧气的体积浓度为85～95％的含氧气氛下进行焙烧，得到熟料；
(2)将步骤(1)得到的熟料在碱性条件下浸出，然后固液分离得到钒液和尾渣。
其中，氧气的体积浓度可为85％、86％、87％、88％、89％、90％、91％、92％、93％、94％或95％等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。本发明中所述尾渣为含有硅酸钙和铝酸钙的尾渣。
本发明中，步骤(1)中含钒物料是经过预处理后与钙质剂混合的，步骤(1)中的焙烧温度可为800～900℃但并不仅限于此，步骤(1)中的预处理过程以及焙烧处理均为本领域常规技术手段，故此处不再赘述。
步骤(2)中浸出过程也为本领域常规技术手段，此处不再赘述。
本发明所述方法将含钒物料在富氧气氛下进行富氧钙化焙烧，可以使钒渣中的低价物质，如硅和铝元素等发生钙化反应，钒渣中低价钒被氧化为五价态，其中涉及的化学反应有：
SiO2+CaO＝CaSiO3
Al2O3+CaO＝Ca(AlO2)2
V2O3+O2＝V2O5
V2O5+NH4HCO3＝NH4VO3+H2O+CO2
同时，本发明在富氧气氛下进行钙化焙烧，还可以使含钒物料中各组分的结构发生改变，更有利于后续在弱碱性条件下的浸出反应。以下作为本发明优选的技术方案，但不作为本发明提供的技术方案的限制，通过以下技术方案，可以更好的达到和实现本发明的技术目的和有益效果。
作为本发明优选的技术方案，步骤(1)中所述含钒物料经过预处理后与钙质剂混合。
优选地，所述预处理为破碎球磨。
作为本发明优选的技术方案，步骤(1)中所述钙质剂为氧化钙、碳酸钙、氯化钙、硫酸钙、硝酸钙或氢氧化钙中任意一种或至少两种的组合，所述组合典型但非限制性实例有：氧化钙和碳酸钙的组合，氯化钙和硫酸钙的组合，硝酸钙和氢氧化钙的组合，硫酸钙和硝酸钙的组合，氧化钙、碳酸钙和氯化钙的组合，硫酸钙、硝酸钙和氢氧化钙的组合，氧化钙、碳酸钙、氯化钙、硫酸钙、硝酸钙和氢氧化钙的组合等。
优选地，步骤(1)中所述钙质剂的用量为含钒物料的0.1～3wt％，例如0.1wt％、0.3wt％、0.5wt％、0.7wt％、1wt％、1.3wt％、1.5wt％、1.7wt％、2wt％、2.3wt％、2.5wt％、2.7wt％或3wt％等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用，进一步优选为0.5～2.5wt％，特别优选为1～2wt％。
作为本发明优选的技术方案，步骤(1)中所述含氧气氛为空气、氧气或臭氧中任意一种或至少两种的组合，进一步优选为空气、氧气或臭氧中任意一种或任意两种的组合，进一步优选为氧气。
优选地，步骤(1)中焙烧过程中通入含氧气体的流速为0.05～3L/min，例如0.05L/min、0.1L/min、0.3L/min、0.5L/min、0.7L/min、1L/min、1.3L/min、1.5L/min、1.7L/min、2L/min、2.3L/min、2.5L/min、2.7L/min或3L/min等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用，进一步优选为0.3～2L/min，特别优选为0.5～1L/min。
本发明中，所述含氧气体的流速是指在处理1～2kg混合物料时的流速。
作为本发明优选的技术方案，步骤(2)所述浸出过程pH值为7～14，例如7、8、9、10、11、12、13或14等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用，进一步优选为7.8～12.8，特别优选为8.5～10.5。
作为本发明优选的技术方案，步骤(2)所述浸出过程中的浸出溶剂为碳酸氢铵、碳酸铵或氨水中任意一种或至少两种的组合，所述组合典型但非限制性实施例有：碳酸氢铵和碳酸铵的组合，碳酸铵和氨水的组合，碳酸氢铵、碳酸铵和氨水的组合等。
作为本发明优选的技术方案，步骤(2)所得钒液中Si元素的浓度为3～6mg/L，Al元素的浓度为0.5～3mg/L。
作为本发明优选的技术方案，所述方法包括以下步骤：
(1)将含钒物料与含钒物料质量1～2wt％的钙质剂混合配料后，在氧气的体积浓度为85～95％的含氧气氛下进行焙烧，得到熟料，其中，通入含氧气体的流速为0.5～1L/min；
(2)将步骤(1)得到的熟料在pH为8.5～10.5的碱性条件下浸出，然后固液分离得到钒液和尾渣。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明所述方法将含钒物料与改质剂混合后进行低钙富氧焙烧后在弱碱性条件下进行浸出，进而得到低杂质含量的钒液，具有较高的钒浸取率，可达90％以上；并且，所述钒液通过结晶过滤可制备出高纯的偏钒酸铵产品，所得偏钒酸铵产品的纯度可达99％以上；
(2)本发明所述方法得到的钒液中杂质含量少，Si元素含量低于6mg/L，Al元素含量低于3mg/L，进而可简化后续净化过程，有利于制备高纯钒产品，降低生产成本；
(3)本发明所述方法产生的尾渣少，且尾渣中不含钠盐，简化了后续处理过程。
(4)本发明所述方法中整个过程所用设备简单，易于操作，安全性高，为钒渣铵浸工艺的应用提供了保障。
附图说明
图1是本发明所述降低含钒物料浸出液中杂质含量的方法的工艺流程图。
具体实施方式
为更好地说明本发明，便于理解本发明的技术方案，下面对本发明进一步详细说明。但下述的实施例仅仅是本发明的简易例子，并不代表或限制本发明的权利保护范围，本发明保护范围以权利要求书为准。
如图1所示，本发明具体实施例部分提供了一种降低含钒物料浸出液中杂质含量的方法，所述方法包括以下步骤：
(1)将含钒物料与钙质剂混合配料后在氧气的体积浓度为85～95％的含氧气氛下进行焙烧，得到熟料；
(2)将步骤(1)得到的熟料在碱性条件下浸出，然后固液分离得到钒液和无钠浸出尾渣。
以下为本发明典型但非限制性实施例：
以下各实施例所处理的钒渣取自承钢钒钛事业部生产车间，ICP数据分析：
元素 Al Ca Cr Fe K Mg Mn P Si Ti V
含量(mg/L) 1.42 1.34 2.918 31.876 0.171 1.574 4.405 0.113 7.882 7.397 7.45
实施例1：
本实施例提供了一种降低含钒物料浸出液中杂质含量的方法，所述方法为：
(1)称取10kg经过破碎球磨的钒渣与100g固体氧化钙混合配料后，在回转窑中进行富氧钙化焙烧，其中，氧气的体积浓度为90％，控制氧气的流速为0.5L/min(处理1kg混料)，得到熟料；
(2)将步骤(1)得到的熟料在pH为8.5的碳酸氢铵溶液中浸出，然后固液分离得到钒液和无钠浸出尾渣。
本实施例中，钒的浸取率为95％，反应所得的钒液采用等离子电感耦合仪器进行分析，其处理结果如表1中所示。
表1：实施例1中浸出钒液的电感耦合仪器分析结果表
元素 Al Ca Cr Fe K Mg Mn Na P Si Ti V_
含量(mg/L) 0.802 18.60 0.58 0.15 232.20 50.33 0.66 731.20 12.250 5.421 0.020 17175
实施例2：
本实施例提供了一种降低含钒物料浸出液中杂质含量的方法，所述方法为：
(1)称取10kg经过破碎球磨的钒渣与130g固体氧化钙混合配料后，在回转窑中进行富氧钙化焙烧，其中，氧气的体积浓度为85％，控制氧气的流速为0.62L/min(处理1kg混料)，得到熟料；
(2)将步骤(1)得到的熟料在pH为8.9的碳酸氢铵溶液中浸出，然后固液分离得到钒液和无钠浸出尾渣。
本实施例中，钒的浸取率为94％，反应所得的钒液采用等离子电感耦合仪器进行分析，其处理结果如表2中所示。
表2：实施例2中浸出钒液的电感耦合仪器分析结果表
元素 Al Ca Cr Fe K Mg Mn Na P Si Ti V_
含量(mg/L) 1.690 16.99 0.82 0.25 211.200 57.64 1.70 807.70 7.089 3.351 1.250 13130
实施例3：
本实施例提供了一种降低含钒物料浸出液中杂质含量的方法，所述方法为：
(1)称取10kg经过破碎球磨的钒渣与150g固体氧化钙混合配料后，在回转窑中进行富氧钙化焙烧，其中，氧气的体积浓度为95％，控制氧气的流速为0.71L/min(处理1kg混料)，得到熟料；
(2)将步骤(1)得到的熟料在pH为9.5的碳酸氢铵溶液中浸出，然后固液分离得到钒液和无钠浸出尾渣。
本实施例中，钒的浸取率为93％，反应所得的钒液采用等离子电感耦合仪器进行分析，其处理结果如表3中所示。
表3：实施例3中浸出钒液的电感耦合仪器分析结果表
实施例4：
本实施例提供了一种降低含钒物料浸出液中杂质含量的方法，所述方法为：
(1)称取10kg经过破碎球磨的钒渣与170g固体氧化钙混合配料后，在回转窑中进行富氧钙化焙烧，其中，氧气的体积浓度为90％，控制氧气的流速为0.83L/min(处理1kg混料)，得到熟料；
(2)将步骤(1)得到的熟料在pH为9.9的碳酸氢铵溶液中浸出，然后固液分离得到钒液和无钠浸出尾渣。
本实施例中，钒的浸取率为92％，反应所得的钒液采用等离子电感耦合仪器进行分析，其处理结果如表4中所示。
表4：实施例4中浸出钒液的电感耦合仪器分析结果表
实施例5：
本实施例提供了一种降低含钒物料浸出液中杂质含量的方法，所述方法为：
(1)称取10kg经过破碎球磨的钒渣与200g固体氧化钙混合配料后，在回转窑中进行富氧钙化焙烧，其中，氧气的体积浓度为90％，控制氧气的流速为1.0L/min(处理1kg混料)，得到熟料；
(2)将步骤(1)得到的熟料在pH为10.5的碳酸氢铵溶液中浸出，然后固液分离得到钒液和无钠浸出尾渣。
本实施例中，钒的浸取率为92％，反应所得的钒液采用等离子电感耦合仪器进行分析，其处理结果如表5中所示。
表5：实施例5中浸出钒液的电感耦合仪器分析结果表
实施例6：
本实施例提供了一种降低含钒物料浸出液中杂质含量的方法，所述方法除了步骤(1)中钙质剂为碳酸钙，其添加量为50g，氧气的流速为0.3L/min；步骤(2)中pH为7.8外，其他物料用量与制备方法均与实施例1中相同。
本实施例中，钒的浸取率为91％，反应所得的钒液采用等离子电感耦合仪器进行分析，其处理结果如表6中所示。
表6：实施例6中浸出钒液的电感耦合仪器分析结果表
实施例7：
本实施例提供了一种降低含钒物料浸出液中杂质含量的方法，所述方法除了步骤(1)中钙质剂为碳酸钙，其添加量为250g，氧气的流速为2L/min；步骤(2)中pH为12.8外，其他物料用量与制备方法均与实施例1中相同。
本实施例中，钒的浸取率为90％，反应所得的钒液采用等离子电感耦合仪器进行分析，其处理结果如表7中所示。
表7：实施例7中浸出钒液的电感耦合仪器分析结果表
元素 Al Ca Cr Fe K Mg Mn Na P Si Ti V_
含量(mg/L) 1.231 16.73 1.02 0.58 244.68 65.43 0.66 731.20 7.250 3.421 0.020 17175
实施例8：
本实施例提供了一种降低含钒物料浸出液中杂质含量的方法，所述方法除了步骤(1)中钙质剂为碳酸钙，其添加量为300g，氧气的流速为3L/min外，其他物料用量与制备方法均与实施例1中相同。
本实施例中，钒的浸取率为88％，反应所得的钒液采用等离子电感耦合仪器进行分析，其处理结果如表8中所示。
表8：实施例8中浸出钒液的电感耦合仪器分析结果表
元素 Al Ca Cr Fe K Mg Mn Na P Si Ti V_
含量(mg/L) 0.857 32.79 0.29 0.21 259.19 48.42 0.53 700.27 6.250 3.313 0.102 16978
对比例1：
本对比例提供了一种降低含钒物料浸出液中杂质含量的方法，所述方法除了步骤(1)中在常规空气中进行焙烧(非富氧气氛)外，其他物料用量与制备方法均与实施例1中相同。
本对比例中，钒的浸取率为62％， 反应所得的钒液采用等离子电感耦合仪器进行分析，其处理结果如表9中所示。
表9：对比例1中浸出钒液的电感耦合仪器分析结果表
元素 Al Ca Cr Fe K Mg Mn Na P Si Ti V_
含量(mg/L) 1.832 21.60 0.28 0.17 262.20 40.33 0.57 757.31 5.250 3.421 0.020 10648
综合实施例1-8和对比例1的结果可以看出，本发明所述方法将含钒物料与钙质剂混合后进行低钙富氧焙烧后在弱碱性条件下进行浸出，进而得到低杂质含量的钒液，具有较高的钒浸取率，可达90％以上；并且，所述钒液通过结晶过滤可制备出高纯的偏钒酸铵产品，所得偏钒酸铵产品的纯度可达99％以上。
同时，本发明所述方法得到的钒液中杂质含量少，Si元素含量低于6mg/L，Al元素含量低于3mg/L，进而可简化后续净化过程，有利于制备高纯钒产品，降低生产成本；本发明所述方法产生的尾渣少，且尾渣中不含钠盐，简化了后续处理过程。
并且，本发明所述方法中整个过程所用设备简单，易于操作，安全性高，为钒渣铵浸工艺的应用提供了保障。
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细工艺设备和工艺流程，但本发明并不局限于上述详细工艺设备和工艺流程，即不意味着本发明必须依赖上述详细工艺设备和工艺流程才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (7)

1.一种降低含钒物料浸出液中杂质含量的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
(1)将含钒物料与钙质剂混合配料后在氧气的体积浓度为85～95％的含氧气氛下进行焙烧，得到熟料；
(2)将步骤(1)得到的熟料在碱性条件下浸出，然后固液分离得到钒液和尾渣。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中所述钙质剂为氧化钙、碳酸钙、氯化钙、硫酸钙、硝酸钙或氢氧化钙中任意一种或至少两种的组合；
优选地，步骤(1)中所述钙质剂的用量为含钒物料的0.1～3wt％，进一步优选为0.5～2.5wt％，特别优选为1～2wt％。
3.根据权利要求1或2任一项所述的方法，其特征在于，步骤(1)中所述含氧气氛为空气、氧气或臭氧中任意一种或至少两种的组合，进一步优选为空气、氧气或臭氧中任意一种或任意两种的组合，进一步优选为氧气；
优选地，步骤(1)中焙烧过程中通入含氧气体的流速为0.05～3L/min，进一步优选为0.3～2L/min，特别优选为0.5～1L/min。
4.根据权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，步骤(2)所述浸出过程pH值为7～14，进一步优选为7.8～12.8，特别优选为8.5～10.5。
5.根据权利要求1-4任一项所述的方法，其特征在于，步骤(2)所述浸出过程中的浸出溶剂为碳酸氢铵、碳酸铵或氨水中任意一种或至少两种的组合。
6.根据权利要求1-5任一项所述的方法，其特征在于，步骤(2)所得钒液中Si元素的浓度为3～6mg/L，Al元素的浓度为0.5～3mg/L。
7.根据权利要求1-6任一项所述的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
(1)将含钒物料与含钒物料质量1～2wt％的钙质剂混合配料后，在氧气的体积浓度为85～95％的含氧气氛下进行焙烧，得到熟料，其中，通入含氧气体的流速为0.5～1L/min；
(2)将步骤(1)得到的熟料在pH为8.5～10.5的碱性条件下浸出，然后固液分离得到钒液和尾渣。
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