CN106978543A - 处理转炉钒铬渣的系统和方法 - Google Patents

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曹志成
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Abstract

本发明公开了处理转炉钒铬渣的系统和方法，其中，系统包括：直接还原装置、熔分装置、破碎磨细装置、选择性氧化碱浸装置和沉钒‑煅烧装置，其中，直接还原装置具有转炉钒铬渣入口、还原剂入口和还原焙砂出口；熔分装置具有还原焙砂入口、铁水出口和除铁钒铬渣出口；破碎磨细装置具有除铁钒铬渣入口和除铁钒铬渣细粒出口；选择性氧化碱浸装置具有除铁钒铬渣细粒入口、碱液入口、氧化剂入口、铬渣出口和含钒浸出液出口；沉钒‑煅烧装置具有含钒浸出液入口、铵盐入口、酸度调节剂入口和五氧化二钒出口。利用该系统不仅可以实现转炉钒铬渣中钒和铬的高效分离，并回收钒铬渣中的铁元素，还能大幅提高回收得到的钒、铬、铁终产品的品位。

Description

处理转炉钒铬渣的系统和方法
技术领域
本发明属于冶金领域，具体而言，涉及处理转炉钒铬渣的系统和方法。
背景技术
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，铬与钒在原矿中的含量相当。国内对这种红格钒钛磁铁矿的处理方法为首先经过高炉冶炼成含钒铬铁水，然后在转炉中氧化吹炼出转炉钒铬渣(或简称钒铬渣)。转炉钒铬渣属钒铬相当或低钒高铬的高铬型钒渣，其铬含量(5％～13％)是普通钒渣的近10倍，具有较大的应用价值。现有技术对于该钒铬渣进行高温氧化钠化焙烧－水浸得到的低钒高铬溶液，含有较多的硅、铁、铝、磷等杂质，沉钒产品纯度不高，且得到的高铬溶液中含少量钒难以去除，目前条件下无法获得合格的铬产品。
钒铬的提取分离目前主要采用钠化焙烧-水浸-铵盐沉钒-废水还原沉淀铬的工艺，但该工艺目前仅适用于铬含量较低的低铬型钒渣。对于高铬型钒渣的钒铬分离，有先钙化焙烧提钒、再钠化焙烧提铬的分步提取工艺，但该方法经济性较差，且制得钒、铬产品纯度不高。不同来源的钒钛磁铁矿，得到钒铬含量不同的含铬钒渣，经不同的焙烧-浸出方法再得到不同的钒铬溶液体系，钒铬溶液的组分差异较大，这就加大了分离回收钒、铬的难度。针对传统的含铬钒渣，中科院过程所采用亚熔盐法分离回收钒、铬，钒和铬的浸出率可达95％和90％，但是高碱条件对反应器、管道、阀门、法兰等设备材质要求很高，实现工业化应用有一定难度。
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。因此，目前对于钒铬渣的处理技术有待进一步改进。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出处理转炉钒铬渣的系统和方法，通过采用该处理转炉钒铬渣的系统和方法，不仅可以实现转炉钒铬渣中钒、铬的高效分离，并回收钒铬渣中的铁元素，还能大幅提高回收得到的钒、铬、铁终产品的品位。
根据本发明的一个方面，本发明提出了一种处理转炉钒铬渣的系统，包括：
直接还原装置，所述直接还原装置具有转炉钒铬渣入口、还原剂入口和还原焙砂出口，所述直接还原装置适用于对转炉钒铬渣在1100～1280℃进行直接还原处理，以便使铁被还原而钒铬不被还原，得到还原焙砂；
熔分装置，所述熔分装置具有还原焙砂入口、铁水出口和除铁钒铬渣出口，所述还原焙砂入口与所述还原焙砂出口相连，所述熔分装置适于对所述还原焙砂进行熔分处理，以便得到铁水和除铁钒铬渣；
破碎磨细装置，所述破碎磨细装置具有除铁钒铬渣入口和除铁钒铬渣细粒出口，所述除铁钒铬渣入口与所述除铁钒铬渣出口相连，所述破碎磨细装置适于对所述除铁钒铬渣进行破碎磨细处理，以便得到除铁钒铬渣细粒；
选择性氧化碱浸装置，所述选择性氧化碱浸装置具有除铁钒铬渣细粒入口、碱液入口、氧化剂入口、铬渣出口和含钒浸出液出口，所述除铁钒铬渣细粒入口与所述除铁钒铬渣细粒出口相连，所述选择性氧化碱浸装置适于对所述除铁钒铬渣细粒进行选择性氧化浸出处理，以便得到含钒浸出液和铬渣；
沉钒-煅烧装置，所述沉钒-煅烧装置具有含钒浸出液入口、铵盐入口、酸度调节剂入口和五氧化二钒出口，所述含钒浸出液入口与所述含钒浸出液出口相连，所述沉钒-煅烧装置适于对所述含钒浸出液进行沉钒-煅烧处理，以便得到五氧化二钒。
由此，通过采用本发明上述实施例的处理转炉钒铬渣的系统，不仅可以有效解决现有技术中钒铬渣中钒、铬分离困难的难题，实现钒铬渣中钒、铬的高效分离，并回收钒铬渣中的铁元素，显著提高钒铬渣的综合利用率，同时还能大幅提高回收得到的钒、铬、铁终产品的品位，使钒铬渣资源的得到高效、清洁的利用。
另外，根据本发明上述实施例的处理转炉钒铬渣的系统还可以具有如下附加的技术特征：
在本发明的一些实施例中，所述直接还原装置为转底炉或气基竖炉，所述熔分装置为燃气熔分炉，所述沉钒-煅烧装置为沉钒设备和煅烧设备的联动装置。由此，可以进一步提高处理转炉钒铬渣的效率。
根据本发明的另一个方面，本发明还提出了一种采用上述处理转炉钒铬渣的系统处理转炉钒铬渣的方法，包括：
(1)将转炉钒铬渣供给至直接还原装置中于1100～1280℃下进行直接还原处理，以便使铁被还原而钒铬不被还原，得到还原焙砂；
(2)将所述还原焙砂供给至熔分装置中进行熔分处理，以便得到铁水和除铁钒铬渣；
(3)将所述除铁钒铬渣供给至破碎磨细装置中进行破碎磨细处理，以便得到除铁钒铬渣细粒；
(4)将所述除铁钒铬渣细粒供给至选择性氧化碱浸装置中进行选择性氧化碱浸处理，以便得到含钒浸出液和铬渣；
(5)将所述含钒浸出液供给至沉钒-煅烧装置进行沉钒-煅烧处理，以便得到五氧化二钒。
由此，通过采用本发明实施例的处理转炉钒铬渣的方法，不仅可以有效解决现有技术中钒铬渣中钒、铬分离困难的难题，实现钒铬渣中钒、铬的高效分离，并回收钒铬渣中的铁元素，显著提高钒铬渣的综合利用率，同时还能大幅提高回收得到的钒、铬、铁终产品的品位，使钒铬渣资源的得到高效、清洁的利用。
另外，根据本发明上述实施例的处理转炉钒铬渣的方法还可以具有如下附加的技术特征：
在本发明的一些实施例中，所述转炉钒铬渣中Cr2O3的含量为8～16重量％，V2O5的含量为8～16重量％，Fe的含量为20～35重量％。由此，本发明实施例的处理转炉钒铬渣的方法可以有效针对高铬型钒渣进行处理，进而提高该方法的适用范围。
在本发明的一些实施例中，所述还原焙砂的铁金属化率不低于80％。由此，可以有效提高转炉钒铬渣中铁的回收率，进而提高后续回收钒、铬终产品的品质。
在本发明的一些实施例中，所述熔分处理是在1500～1600摄氏度的温度下和非还原性气氛中完成的。由此，可以进一步促进钒、铬与铁的分离。进一步地，所述非还原性气氛优选气氛中含O2浓度为3～25体积％，由此可以进一步保证在熔分过程中金属能够更好地分离。
在本发明的一些实施例中，所述除铁钒铬渣中铁含量不大于6重量％。由此，可以进一步提高后续回收的钒、铬终产品的品质。
在本发明的一些实施例中，所述除铁钒铬渣细粒的粒度不大于0.15mm。由此，可以进一步提高后续选择性氧化碱浸处理的效率。
在本发明的一些实施例中，所述选择性氧化碱浸处理按照下列步骤进行：将所述除铁钒铬渣细粒和氧化剂加入到氢氧化钠溶液中，使钒被选择性氧化浸出，得到含钒浸出液和铬渣，其中，所述氧化剂为过氧化氢，所述过氧化氢的加入量为所述除铁钒铬渣细粒的2～4重量％；所述氢氧化钠溶液的浓度2～4mol/L，所述氢氧化钠溶液与所述述除铁钒铬渣细粒的液固质量比(3～6):1；所述选择性氧化碱浸处理的温度为85～95℃，时间为30～90min。由此，可以使除铁钒铬渣中的钒在碱液中被氧化浸出到溶液而铬不被浸出，实现钒铬的分离。
在本发明的一些实施例中，所述除铁钒铬渣细粒中钒的浸出率不低于85％，铬的浸出率不高于5％。由此，可以有效实现钒铬的分离。
在本发明的一些实施例中，所述沉钒-煅烧处理按照下列步骤进行：调节所述含钒浸出液的pH至1.0～2.5，并加入铵盐进行沉淀，以便得到多聚钒酸铵；将所述多聚钒酸铵进行煅烧处理，以便得到五氧化二钒。由此，可以使含钒浸出液中的钒被有效地分离出来，得到高品质的五氧化二钒。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是根据本发明一个实施例的处理转炉钒铬渣的系统的结构示意图。
图2是根据本发明一个实施例的采用处理转炉钒铬渣的系统处理转炉钒铬渣的方法流程图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
根据本发明的一个方面，本发明提出了一种处理转炉钒铬渣的方法的系统，如图1所示，包括：直接还原装置100、熔分装置200、破碎磨细装置300、选择性氧化碱浸装置400和沉钒-煅烧装置500。
其中，直接还原装置100具有转炉钒铬渣入口110、还原剂入口120和还原焙砂出口130；熔分装置200具有还原焙砂入口210、铁水出口220和除铁钒铬渣出口230，还原焙砂入口210与还原焙砂出口130相连；破碎磨细装置300具有除铁钒铬渣入口310和除铁钒铬渣细粒出口320，除铁钒铬渣入口310与除铁钒铬渣出口230相连；选择性氧化碱浸装置400具有除铁钒铬渣细粒入口410、碱液入口420、氧化剂入口430、铬渣出口440和含钒浸出液出口450，除铁钒铬渣细粒入口410与除铁钒铬渣细粒出口320相连；沉钒-煅烧装置500具有含钒浸出液入口510、铵盐入口520、酸度调节剂入口530和五氧化二钒出口540，含钒浸出液入口510与含钒浸出液出口450相连。
利用上述处理转炉钒铬渣系统，首先在直接还原装置100中将转炉钒铬渣在1100～1280℃进行直接还原处理，使铁被还原而钒铬不被还原，得到还原焙砂；再在熔分装置200中对还原焙砂进行熔分处理，获得铁水和除铁钒铬渣，实现铁与钒、铬的分离；接着在将除铁钒铬渣在破碎磨细装置300中进行破碎磨细处理后再在选择性氧化碱浸装置400中进行选择性氧化碱浸处理，得到含钒浸出液和铬渣，实现钒、铬的高效分离；最后在沉钒-煅烧装置500中对含钒浸出液进行沉钒-煅烧处理，得到高品质的五氧化二钒。
由此，通过采用本发明上述实施例的处理转炉钒铬渣的系统，不仅可以有效解决现有技术中钒铬渣中钒、铬分离困难的难题，实现钒铬渣中钒、铬的高效分离，并回收钒铬渣中的铁元素，显著提高钒铬渣的综合利用率，同时还能大幅提高回收得到的钒、铬、铁终产品的品位，使钒铬渣资源的得到高效、清洁的利用。
下面参考图1对本发明上述实施例的处理转炉钒铬渣的系统进行详细描述。
直接还原装置100
根据本发明的实施例，直接还原装置100具有转炉钒铬渣入口110、还原剂入口120和还原焙砂出口130。其中，直接还原装置100适用于对转炉钒铬渣在1100～1280℃进行直接还原处理，以便使铁被还原而钒铬不被还原，得到还原焙砂。
发明人发现，转炉钒铬渣的主要物相为FeO·(Cr,V,Ti)2O3和2FeO·SiO2，钒、铬和部分铁主要以钒铁和铬铁尖晶石的形式存在，还有一部分铁以铁橄榄石的形式存在。当在直接还原装置100中用还原剂对转炉钒铬渣进行还原处理时，根据金属的活泼程度不同，优先还原的是铁，然后是铬，最后是钒。由此，本发明中通过预先选择性还原铁，进而有效地将铁与铬和钒进行分离回收。
根据本发明的具体实施例，直接还原装置100可以为转底炉或气基竖炉。根据本发明的实施示例，还原剂可以为还原煤或一氧化碳，还原提铁反应可以按照下列反应进行：
2FeO·SiO2+2C＝2Fe+SiO2+2CO(1)
2FeO·SiO2+2CO＝2Fe+SiO2+2CO2(2)
FeO·(Cr,V,Ti)2O3+C＝(Cr,V,Ti)2O3+Fe+CO(3)
FeO·(Cr,V,Ti)2O3+CO＝(Cr,V,Ti)2O3+Fe+CO2(4)
由此，本发明中通过控制还原剂的用量和还原温度，可以选择性预先还原铁，进而有效地将铁与铬和钒进行分离回收。根据本发明的具体实施例，发明人发现，当在1100～1280℃下配入一氧化碳或氢气等气基还原剂或者还原煤、焦炭、半焦或兰炭等煤基还原剂，加入量满足按化学计量仅够还原转炉钒铬渣中的铁即可，由此，可以显著提高铁的选择性还原。
根据本发明的具体实施例，还原焙砂中的铁金属化率不低于80％。由此，可以有效提高转炉钒铬渣中铁的回收率，进而提高后续回收钒、铬终产品的品质。
根据本发明的具体实施例，还原焙砂的残碳质量含量不高于2％。由此，可以进一步提高后续回收钒、铬终产品的品质。
根据本发明的具体实施例，转炉钒铬渣中Cr2O3的含量为8～16重量％，V2O5的含量为8～16重量％，Fe的含量为20～35重量％。由此，本发明实施例的处理转炉钒铬渣的方法可以有效针对高铬型钒渣进行处理，并获得高品质的铁、钒、铬终产品。
熔分装置200
根据本发明的实施例，熔分装置200具有还原焙砂入口210、铁水出口220和除铁钒铬渣出口230，还原焙砂入口210与还原焙砂出口130相连。其中，熔分装置200适于对还原焙砂进行熔分处理，以便得到铁水和除铁钒铬渣。由此，实现铁与钒、铬的分离。
根据本发明的具体实施例，熔分装置200可以为燃气熔分炉。由此，可以进一步提高熔分处理的效率。
根据本发明的具体实施例，熔分处理可以在非还原性气氛中进行。根据本发明的实施例，熔分处理的条件并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本发明的具体实施例，熔分处理可以在1500～1600摄氏度的温度下和非还原性气氛中完成。发明人发现，而通过在非还原性气氛中进行熔分处理，保证还原焙砂中的钒和铬在1500～1600摄氏度的高温下不会被还原进入铁水，实现铁与钒、铬的有效分离。进一步地，非还原性气氛优选气氛中含O2浓度为3～25体积％，由此可以进一步保证在熔分过程中金属能够更好地分离。
根据本发明的具体实施例，通过预先对转炉钒铬渣进行直接还原后再进行熔分处理，可以有效分离出炉钒铬渣的铁，得到铁水和除铁钒铬渣。其中，转炉钒铬渣中铁的回收率不小于90重量％；铁水中铁的含量不小于95重量％，除铁钒铬渣残余铁含量不大于6重量％。由此不仅实现了铁与钒铬的有效分离和钒铬的富集，同时获得了高品质的铁，还可以进一步提高后钒铬终产品的品质。
破碎磨细装置300
根据本发明的实施例，破碎磨细装置300具有除铁钒铬渣入口310和除铁钒铬渣细粒出口320，除铁钒铬渣入口310与除铁钒铬渣出口230相连。其中，破碎磨细装置300适于对除铁钒铬渣进行破碎磨细处理，以便得到除铁钒铬渣细粒。由此，可以增加后续选择性氧化碱浸处理时除铁钒铬渣细粒与液相的接触面积，使除铁钒铬渣中的钒可以充分的转移到液相中，实现与铬的分离，进而提高后续选择性氧化碱浸处理的效率。
根据本发明的具体实施例，除铁钒铬渣细粒的粒度不大于0.15mm。由此，可以进一步提高后续选择性氧化碱浸处理的效率。
选择性氧化碱浸装置400
根据本发明的实施例，选择性氧化碱浸装置400具有除铁钒铬渣细粒入口410、碱液入口420、氧化剂入口430、铬渣出口440和含钒浸出液出口450，除铁钒铬渣细粒入口410与除铁钒铬渣细粒出口320相连。其中，选择性氧化碱浸装置400适于对除铁钒铬渣细粒进行选择性氧化浸出处理，以便得到含钒浸出液和铬渣。由此，实现钒、铬的分离。
发明人发现，钒和铬电极电位的不同，由此，本发明中通过在选择性氧化碱浸装置400中对除铁钒铬渣细粒进行选择性氧化碱浸处理，可以使除铁钒铬渣细粒中的钒转化为水溶性的钒酸钠Na3VO4并充分转移到液相中，实现钒、铬的分离。其中，选择性氧化碱浸处理得到的铬渣可以作为提铬原料。
根据本发明的具体实施例，选择性氧化碱浸处理可以按照下列步骤进行：将除铁钒铬渣细粒和氧化剂加入到氢氧化钠溶液中，使钒被选择性氧化浸出，得到含钒浸出液和铬渣。其中，氧化剂为可以为过氧化氢，过氧化氢的加入量可以为除铁钒铬渣细粒的2～4重量％；氢氧化钠溶液的浓度可以为2～4mol/L，氢氧化钠溶液与除铁钒铬渣细粒的液固质量比可以为(3～6):1；选择性氧化碱浸处理的温度可以为85～95℃，时间可以为30～90min。
根据本发明的具体实施例，在上述反应条件下进行的选择性氧化碱浸处理过程中的具体反应如下：
6NaOH+V2O3+2H2O2＝2Na3VO4+5H2O(4)
由此，可以使除铁钒铬渣细粒中的钒在碱液中被氧化浸出到溶液。根据本发明的具体实施例，除铁钒铬渣细粒中钒的浸出率不低于85％，铬的浸出率不高于5％。由此，不仅可以实现钒铬的有效分离，同时可以进一步提高回收的钒、铬终产品的品质。
沉钒-煅烧装置500
根据本发明的实施例，沉钒-煅烧装置500具有含钒浸出液入口510、铵盐入口520、酸度调节剂入口530和五氧化二钒出口540，含钒浸出液入口510与含钒浸出液出口450相连。其中，沉钒-煅烧装置500适于对含钒浸出液进行沉钒-煅烧处理，以便得到五氧化二钒。由此，可以使含钒浸出液中的钒被有效地分离出来，得到高品质的五氧化二钒。
根据本发明的具体实施例，可以为沉钒设备和煅烧设备的联动装置。由此，可以进一步提高沉钒-煅烧处理的效率。
根据本发明的具体实施例，在沉钒-煅烧装置500中进行的沉钒-煅烧处理可以按照下列步骤进行：调节含钒浸出液的pH至1.0～2.5，并加入铵盐进行沉淀，以便得到多聚钒酸铵；将多聚钒酸铵进行煅烧处理，以便得到五氧化二钒。
发明人发现，在上述酸性条件下，含钒浸出液中的钒以H2V10O28 4-形式存在，此时向含钒浸出液中加入铵盐，可以使钒以多聚钒酸铵的形式通过沉淀、过滤分离出来，再将多聚钒酸铵进行煅烧脱氨处理最终可得到高品质的五氧化二钒。具体地，上述沉钒-煅烧处理可以按照下列反应进行：
调酸度：VO4 3-+2H+＝VO3 -+H2O(5)
10VO3 -+6H+＝H2V10O28 4-+2H2O(6)
酸性铵盐沉钒：3H2V10O28 4-+10NH4 ++2H+＝5(NH4)2V6O16↓+4H2O(7)
多聚钒酸铵煅烧：(NH4)2V6O16＝3V2O5+2NH3↑+H2O(8)
根据本发明的具体实施例，沉钒处理可以在85～95℃的条件下进行，由此，可以进一步提高沉钒的效率。
根据本发明的具体实施例，铵盐的种类并不受特别限制。例如，根据本发明的实施示例，铵盐可以为NH4Cl或(NH4)2SO4。
根据本发明的具体实施例，铵盐与加入质量为含钒浸出液中V2O5质量的0.5～1.0倍。由此，可以进一步提高沉钒处理的效率。
根据本发明的另一个方面，本发明还提出了采用上述处理转炉钒铬渣的系统处理转炉钒铬渣的方法，包括：(1)将转炉钒铬渣供给至直接还原装置100中于1100～1280℃下进行直接还原处理，以便使铁被还原而钒铬不被还原，得到还原焙砂；(2)将还原焙砂供给至熔分装置200中进行熔分处理，以便得到铁水和除铁钒铬渣；(3)将除铁钒铬渣供给至破碎磨细装置300中进行破碎磨细处理，以便得到除铁钒铬渣细粒；(4)将除铁钒铬渣细粒供给至选择性氧化碱浸装置400中进行选择性氧化碱浸处理，以便得到含钒浸出液和铬渣；(5)将含钒浸出液供给至沉钒-煅烧装置500中进行沉钒-煅烧处理，以便得到五氧化二钒。
本发明实施例的处理转炉钒铬渣的方法，首先对转炉钒铬渣进行直接还原熔分处理，使钒铬渣中的铁资源得到有效回收，并进一步通过选择性氧化碱浸处理得到含钒浸出液和铬渣，实现钒、铬的分离，最后含钒浸出液通过沉钒-煅烧处理得到五氧化二钒产品。由此，通过采用本发明实施例的处理转炉钒铬渣的方法，不仅可以有效解决现有技术中钒铬渣中钒、铬分离困难的难题，实现钒铬渣中钒、铬的高效分离，并回收钒铬渣中的铁元素，显著提高钒铬渣的综合利用率，同时还能大幅提高回收得到的钒、铬、铁终产品的品位，使钒铬渣资源的得到高效、清洁的利用。
下面参考图2对本发明上述实施例的处理转炉钒铬渣的方法进行详细描述。
S100：直接还原处理
根据本发明的实施例，将转炉钒铬渣供给至直接还原装置100中于1100～1280℃下进行直接还原处理，以便使铁被还原而钒铬不被还原，得到还原焙砂。由此，可以有利于实现后续铁的分离。
发明人发现，转炉钒铬渣的主要物相为FeO·(Cr,V,Ti)2O3和2FeO·SiO2，钒、铬和部分铁主要以钒铁和铬铁尖晶石的形式存在，还有一部分铁以铁橄榄石的形式存在。当用还原剂对转炉钒铬渣进行还原处理时，根据金属的活泼程度不同，优先还原的是铁，然后是铬，最后是钒。由此，本发明中通过预先选择性还原铁，进而有效地将铁与铬和钒进行分离回收。
根据本发明的具体实施例，直接还原处理可以包括煤基直接还原处理或气基直接还原处理。根据本发明的实施示例，还原剂可以为还原煤或一氧化碳，还原提铁反应可以按照下列反应进行：
2FeO·SiO2+2C＝2Fe+SiO2+2CO (1)
2FeO·SiO2+2CO＝2Fe+SiO2+2CO2 (2)
FeO·(Cr,V,Ti)2O3+C＝(Cr,V,Ti)2O3+Fe+CO (3)
FeO·(Cr,V,Ti)2O3+CO＝(Cr,V,Ti)2O3+Fe+CO2 (4)
由此，本发明中通过控制还原剂的用量和还原温度，可以选择性预先还原铁，进而有效地将铁与铬和钒进行分离回收。根据本发明的具体实施例，发明人发现，当在1100～1280℃下配入一氧化碳或氢气等气基还原剂或者还原煤、焦炭、半焦或兰炭等煤基还原剂，加入量满足按化学计量仅够还原转炉钒铬渣中的铁即可，由此，可以显著提高铁的选择性还原。
根据本发明的具体实施例，还原焙砂中的铁金属化率不低于80％。由此，可以有效提高转炉钒铬渣中铁的回收率，进而提高后续回收钒、铬终产品的品质。
根据本发明的具体实施例，还原焙砂的残碳质量含量不高于2％。由此，可以进一步提高后续回收钒、铬终产品的品质。
根据本发明的具体实施例，转炉钒铬渣中Cr2O3的含量为8～16重量％，V2O5的含量为8～16重量％，Fe的含量为20～35重量％。由此，本发明实施例的处理转炉钒铬渣的方法可以有效针对高铬型钒渣进行处理，进而提高该方法的适用范围。
S200：熔分处理
根据本发明的实施例，将还原焙砂供给至熔分装置200中进行熔分处理，以便得到铁水和除铁钒铬渣。由此，实现对铁的分离。
根据本发明的实施例，熔分处理的条件并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本发明的具体实施例，熔分处理可以在1500～1600摄氏度的温度下和非还原性气氛中完成。发明人发现，而通过在非还原性气氛中进行熔分处理，保证还原焙砂中的钒和铬在1500～1600摄氏度的高温下不会被还原进入铁水，实现铁与钒、铬的有效分离。进一步地，非还原性气氛优选气氛中含O2浓度为3～25体积％，由此可以进一步保证在熔分过程中金属能够更好地分离。
根据本发明的具体实施例，通过预先对转炉钒铬渣进行直接还原后再进行熔分处理，可以有效分离出炉钒铬渣的铁，得到铁水和除铁钒铬渣。其中，转炉钒铬渣中铁的回收率不小于90重量％；铁水中铁的含量不小于95重量％，除铁钒铬渣残余铁含量不大于6重量％。由此不仅实现了铁与钒铬的有效分离和钒铬的富集，同时获得了高品质的铁，还可以进一步提高后钒铬终产品的品质。
S300：破碎磨细处理
根据本发明的实施例，将除铁钒铬渣供给至破碎磨细装置300中进行破碎磨细处理，以便得到除铁钒铬渣细粒。由此，可以增加后续选择性氧化碱浸处理时除铁钒铬渣细粒与液相的接触面积，使除铁钒铬渣中的钒可以充分的转移到液相中，实现与铬的分离，进而提高后续选择性氧化碱浸处理的效率。
根据本发明的具体实施例，除铁钒铬渣细粒的粒度不大于0.15mm。由此，可以进一步提高后续选择性氧化碱浸处理的效率。
S400：选择性氧化碱浸处理
根据本发明的实施例，将除铁钒铬渣细粒供给至选择性氧化碱浸装置400中进行选择性氧化碱浸处理，以便得到含钒浸出液和铬渣。由此，可以实现钒、铬的分离。
发明人发现，钒和铬电极电位的不同，由此，本发明中通过对除铁钒铬渣细粒进行选择性氧化碱浸处理，可以使除铁钒铬渣细粒中的钒转化为水溶性的钒酸钠Na3VO4并充分转移到液相中，实现钒、铬的分离。其中，选择性氧化碱浸处理得到的铬渣可以作为提铬原料。
根据本发明的具体实施例，选择性氧化碱浸处理可以按照下列步骤进行：将除铁钒铬渣细粒和氧化剂加入到氢氧化钠溶液中，使钒被选择性氧化浸出，得到含钒浸出液和铬渣。其中，氧化剂为可以为过氧化氢，过氧化氢的加入量可以为除铁钒铬渣细粒的2～4重量％；氢氧化钠溶液的浓度可以为2～4mol/L，氢氧化钠溶液与除铁钒铬渣细粒的液固质量比可以为(3～6):1；选择性氧化碱浸处理的温度可以为85～95℃，时间可以为30～90min。
根据本发明的具体实施例，在上述反应条件下进行的选择性氧化碱浸处理过程中的具体反应如下：
6NaOH+V2O3+2H2O2＝2Na3VO4+5H2O (4)
由此，可以使除铁钒铬渣细粒中的钒在碱液中被氧化浸出到溶液中。根据本发明的具体实施例，除铁钒铬渣细粒中钒的浸出率不低于85％，铬的浸出率不高于5％。由此，不仅可以实现钒铬的有效分离，同时可以进一步提高回收的钒、铬终产品的品质。
S500：沉钒-煅烧处理
根据本发明的实施例，将含钒浸出液供给至沉钒-煅烧装置500中进行沉钒-煅烧处理，以便得到五氧化二钒。由此，可以使含钒浸出液中的钒被有效地分离出来，得到高品质的五氧化二钒。
根据本发明的具体实施例，沉钒-煅烧处理可以按照下列步骤进行：调节含钒浸出液的pH至1.0～2.5，并加入铵盐进行沉淀，以便得到多聚钒酸铵；将多聚钒酸铵进行煅烧处理，以便得到五氧化二钒。
发明人发现，在上述酸性条件下，含钒浸出液中的钒以H2V10O28 4-形式存在，此时向含钒浸出液中加入铵盐，可以使钒以多聚钒酸铵的形式通过沉淀、过滤分离出来，再将多聚钒酸铵进行煅烧脱氨处理最终可得到高品质的五氧化二钒。具体地，上述沉钒-煅烧处理可以按照下列反应进行：
调酸度：VO4 3-+2H+＝VO3 -+H2O (5)
10VO3 -+6H+＝H2V10O28 4-+2H2O (6)
酸性铵盐沉钒：3H2V10O28 4-+10NH4 ++2H+＝5(NH4)2V6O16↓+4H2O (7)
多聚钒酸铵煅烧：(NH4)2V6O16＝3V2O5+2NH3↑+H2O (8)
根据本发明的具体实施例，沉钒处理可以在85～95℃的条件下进行，由此，可以进一步提高沉钒的效率。
根据本发明的具体实施例，铵盐的种类并不受特别限制。例如，根据本发明的实施示例，铵盐可以为NH4Cl或(NH4)2SO4。
根据本发明的具体实施例，铵盐与加入质量为含钒浸出液中V2O5质量的0.5～1.0倍。由此，可以进一步提高沉钒处理的效率。
实施例1
将国内某公司转炉钒铬渣(Cr2O3含量为8重量％，V2O5含量为8重量％，Fe含量为20重量％)在转底炉里1100℃进行煤基直接还原处理，得到还原焙砂，还原焙砂中铁金属化率为80％，残碳含量为1.5重量％。将还原焙砂在1500℃的非还原性气氛中进行熔分处理得到除铁钒铬渣(Fe含量为5.8重量％)和铁水(Fe含量95.5重量％)，铁水可以作为炼钢的优质原料。除铁钒铬渣进行破碎磨细处理得到除铁钒铬渣细粒(粒度小于0.15mm)，将除铁钒铬渣细粒进行选择性氧化碱液浸出，浸出条件为：2mol/L的NaOH溶液，液固质量比6:1，浸出温度85℃，浸出时间60min，过氧化氢加入量为除铁钒铬渣细粒的2重量％，浸出结束后，得到含钒浸出液和铬渣，钒的转浸率为92％，铬的转浸率为3.5％。铬渣可以作为提铬的原料。将含钒浸出液在pH＝1.0，温度85℃条件下，加入含钒浸出液中V2O5质量的0.5倍的NH4Cl，反应时间60min，最终钒以多聚钒酸铵的形式通过沉淀、过滤分离出来，再将多聚钒酸铵在煅烧炉内500℃煅烧处理得到五氧化二钒。整个工艺铁回收率为85％，钒回收率为90％，铬回收率为88％。
实施例2
将国内某公司转炉钒铬渣(Cr2O3含量为10重量％，V2O5含量为10重量％，Fe含量为24重量％)在气基竖炉里1150℃进行气基直接还原处理，得到还原焙砂，还原焙砂中铁金属化率为83％，残碳含量为1.0重量％。将还原焙砂在1550℃的非还原性气氛中进行熔分处理得到除铁钒铬渣(Fe含量为5.5重量％)和铁水(Fe含量为96.5重量％)，铁水可以作为炼钢的优质原料。除铁钒铬渣进行破碎磨细处理得到除铁钒铬渣细粒(粒度小于0.15mm)，将除铁钒铬渣细粒进行选择性氧化碱液浸出，浸出条件为：3mol/L的NaOH溶液，液固质量比5:1，浸出温度90℃，浸出时间90min，过氧化氢加入量为除铁钒铬渣细粒的3重量％，浸出结束后，得到含钒浸出液和铬渣，钒的转浸率为94％，铬的转浸率为2.5％。铬渣可以作为提铬的原料。将含钒浸出液在pH＝2.0，温度90℃条件下，加入含钒浸出液中V2O5质量的0.7倍的NH4Cl，反应时间90min，最终钒以多聚钒酸铵的形式通过沉淀、过滤分离出来，再将多聚钒酸铵在煅烧炉内500℃煅烧处理得到五氧化二钒。整个工艺铁回收率91为％，钒回收率92为％，铬回收率89为％。
实施例3
将国内某公司转炉钒铬渣(Cr2O3含量为12重量％，V2O5含量为12重量％，Fe含量为30重量％)在转底炉里1200℃进行煤基直接还原处理，得到还原焙砂，还原焙砂中铁金属化率为85％，残碳含量为0.8重量％。将还原焙砂在1600℃非还原性气氛中进行熔分处理得到除铁钒铬渣(Fe含量为5.2重量％)和铁水(Fe含量为97重量％)，铁水可以作为炼钢的优质原料。除铁钒铬渣进行破碎磨细处理得到除铁钒铬渣细粒(粒度小于0.15mm)，将除铁钒铬渣细粒进行选择性氧化碱液浸出，浸出条件为：4mol/L的NaOH溶液，液固质量比4:1，浸出温度95℃，浸出时间90min，过氧化氢加入量为除铁钒铬渣细粒的4重量％，浸出结束后，得到含钒浸出液和铬渣，钒的转浸率为94％，铬的转浸率为2％。铬渣可以作为提铬的原料。将含钒浸出液在pH＝2.5，温度95℃条件下，加入含钒浸出液中V2O5质量的0.8倍的(NH4)2SO4，反应时间120min，最终钒以多聚钒酸铵的形式通过沉淀、过滤分离出来，再将多聚钒酸铵在煅烧炉内500℃煅烧处理得到五氧化二钒。整个工艺铁回收率为92％，钒回收率为94％，铬回收率为90％。
实施例4
将国内某公司转炉钒铬渣(Cr2O3含量为16重量％，V2O5含量为16重量％，Fe含量为35重量％)在气基竖炉里1280℃进行气基直接还原处理，得到还原焙砂，还原焙砂中铁金属化率为87％，残碳含量为0.5重量％。将还原焙砂在1600℃的非还原性气氛中进行熔分处理得到除铁钒铬渣(Fe含量为5.0重量％)和铁水(Fe含量为98重量％)，铁水可以作为炼钢的优质原料。除铁钒铬渣进行破碎磨细处理得到除铁钒铬渣细粒(粒度小于0.15mm)，将除铁钒铬渣细粒进行选择性氧化碱液浸出，浸出条件为：4mol/L的NaOH溶液，液固质量比3:1，浸出温度90℃，浸出时间45min，过氧化氢加入量为除铁钒铬渣细粒的3重量％，浸出结束后，得到含钒浸出液和铬渣，钒的转浸率为97％，铬的转浸率为1.5％。铬渣可以作为提铬的原料。将含钒浸出液在pH＝1.8，温度90℃条件下，加入含钒浸出液中V2O5质量的1.0倍的(NH4)2SO4，反应时间100min，最终钒以多聚钒酸铵的形式通过沉淀、过滤分离出来，再将多聚钒酸铵在煅烧炉内500℃煅烧处理得到五氧化二钒。整个工艺铁回收率为94％，钒回收率为95％，铬回收率为92％。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种处理转炉钒铬渣的系统，其特征在于，包括：
直接还原装置，所述直接还原装置具有转炉钒铬渣入口、还原剂入口和还原焙砂出口；
熔分装置，所述熔分装置具有还原焙砂入口、铁水出口和除铁钒铬渣出口，所述还原焙砂入口与所述还原焙砂出口相连；
破碎磨细装置，所述破碎磨细装置具有除铁钒铬渣入口和除铁钒铬渣细粒出口，所述除铁钒铬渣入口与所述除铁钒铬渣出口相连；
选择性氧化碱浸装置，所述选择性氧化碱浸装置具有除铁钒铬渣细粒入口、碱液入口、氧化剂入口、铬渣出口和含钒浸出液出口，所述除铁钒铬渣细粒入口与所述除铁钒铬渣细粒出口相连；
沉钒-煅烧装置，所述沉钒-煅烧装置具有含钒浸出液入口、铵盐入口、酸度调节剂入口和五氧化二钒出口，所述含钒浸出液入口与所述含钒浸出液出口相连。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述直接还原装置为转底炉或气基竖炉，所述熔分装置为燃气熔分炉，所述沉钒-煅烧装置为沉钒设备和煅烧设备的联动装置。
3.一种采用权利要求1-2任一项所述的系统处理转炉钒铬渣的方法，其特征在于，包括：
(1)将转炉钒铬渣供给至直接还原装置中于1100～1280℃下进行直接还原处理，以便使铁被还原而钒铬不被还原，得到还原焙砂；
(2)将所述还原焙砂供给至熔分装置中进行熔分处理，以便得到铁水和除铁钒铬渣；
(3)将所述除铁钒铬渣供给至破碎磨细装置中进行破碎磨细处理，以便得到除铁钒铬渣细粒；
(4)将所述除铁钒铬渣细粒供给至选择性氧化碱浸装置中进行选择性氧化碱浸处理，以便得到含钒浸出液和铬渣；
(5)将所述含钒浸出液供给至沉钒-煅烧装置中进行沉钒-煅烧处理，以便得到五氧化二钒。
4.根据权利要求3中所述处理转炉钒铬渣的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述转炉钒铬渣中Cr2O3的含量为8～16重量％，V2O5的含量为8～16重量％，Fe的含量为20～35重量％。
5.根据权利要求3或4所述处理转炉钒铬渣的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述还原焙砂的铁金属化率不低于80％。
6.根据权利要求3所述处理转炉钒铬渣的方法，其特征在于，步骤(2)中，所述除铁钒铬渣中铁含量不大于6重量％。
7.根据权利要求3所述处理转炉钒铬渣的方法，其特征在于，步骤(3)中，所述除铁钒铬渣细粒的粒度不大于0.15mm。
8.根据权利要求3所述处理转炉钒铬渣的方法，其特征在于，步骤(4)中，所述选择性氧化碱浸处理按照下列步骤进行：
将所述除铁钒铬渣细粒和氧化剂加入到氢氧化钠溶液中，使钒被选择性氧化浸出，得到含钒浸出液和铬渣，
其中，所述氧化剂为过氧化氢，所述过氧化氢的加入量为所述除铁钒铬渣细粒的2～4重量％；
所述氢氧化钠溶液的浓度2～4mol/L，所述氢氧化钠溶液与所述述除铁钒铬渣细粒的液固质量比(3～6):1；
所述选择性氧化碱浸处理的温度为85～95℃，时间为30～90min。
9.根据权利要求3中所述处理转炉钒铬渣的方法，其特征在于，在步骤(4)中，所述除铁钒铬渣细粒中钒的浸出率不低于85％，铬的浸出率不高于5％。
10.根据权利要求3所述处理转炉钒铬渣的方法，其特征在于，在步骤(5)中，所述沉钒-煅烧处理按照下列步骤进行：
调节所述含钒浸出液的pH至1.0～2.5，并加入铵盐进行沉淀，以便得到多聚钒酸铵；
将所述多聚钒酸铵进行煅烧处理，以便得到五氧化二钒。
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