CN108285985A

CN108285985A - 一种钒渣中钒铬的提取方法

Info

Publication number: CN108285985A
Application number: CN201810085854.2A
Authority: CN
Inventors: 薛向欣; 滕艾均; 张学飞; 方得安
Original assignee: Northeastern University China
Current assignee: Northeastern University China
Priority date: 2018-01-29
Filing date: 2018-01-29
Publication date: 2018-07-17

Abstract

本发明涉及一种钒渣中钒铬的提取方法，包括如下步骤：S1、将钒渣、氢氧化钠与硝酸钠进行混合，获得反应物，其中，所述氢氧化钠与硝酸钠的质量比为1～5:5～1，所述钒渣的质量与所述氢氧化钠和硝酸钠的总质量相同；S2、将反应物置于马弗炉中进行焙烧，焙烧温度为400～550℃，S3、将所述步骤S2中焙烧后的样品进行水浸，之后过滤分离，得到含钒和铬的溶液和尾渣。本发明方法中不需要较高的焙烧的温度，即可有效将钒和铬氧化为易溶于水的VO₄ ^3‑和CrO₄ ^2‑，反应过程中充分节省能源，降低了成本，操作简单，焙烧反应过程中也没有污染物如废气的产生，钒的回收率大大提高，在回收钒的同时可有效回收铬。

Description

一种钒渣中钒铬的提取方法

技术领域

本发明涉及钒渣提钒的方法，具体涉及一种钒渣中钒铬的提取方法。

背景技术

钒是“现代工业的味精”，是发展现代工业、现代国防和现代科学技术不可缺少的重要材料。钒在冶金业中用量最大。从世界范围来看，钒在钢铁工业中的消耗量占其生产总量的85％。与此同时，钒在化工、钒电池、航空航天等其它领域的应用也在不断扩展，且具有良好发展前景。

目前利用钒渣为原料的提钒工艺有传统的钠化焙烧法和钙化焙烧法，其中，(1)钠化焙烧法采用NaCl、NaSO₄等钠的化合物，在800-1000℃范围内氧化焙烧4-8小时，生成水溶性钒酸钠，然后热水浸出钒；此过程中既造成熔融渣能耗较高，而且在焙烧过程中采用的NaCl、NaSO₄等钠盐作为添加剂而产生的大量的Cl₂、HCl、SO₂等有害气体，从而污染环境、危害人体健康。(2)采用钙化焙烧法，在钒渣中配加石灰石或石灰，在1000-1400℃范围内焙烧2小时左右，是焙烧料中生成不溶于水的钒酸钙，而后在200℃左右的碱溶液中浸出钒，沉淀分离浸出液中的五氧化二钒。相对于钠化焙烧法，钙化焙烧没有有害气体溢出，污染少，但在后续提钒过程中一般需要利用硫酸进行浸出，故而对浸出设备的耐腐蚀性要求较高，且酸溶浸出液中杂质多而五氧化二钒含量低，不利于后续钒产品的回收。

此外，传统的钠化焙烧提取工艺容易出现钒渣出现烧结粘结、结块现象，而且传统的钠化焙烧提钒工艺只能回收钒，铬则残留在了尾渣中，其中的部分铬在焙烧后转化为Cr⁶⁺不仅带来潜在的环境危害，同时造成有价元素的损失。

综上，现有技术中主要表现为钒回收率相对较低，存在高温焙烧、能耗较高和环境污染等问题。

发明内容

(一)要解决的技术问题

为了解决现有技术的上述问题，本发明提供一种钒渣中钒铬的提取方法，该方法采用低温焙烧，用较低的能耗，能获得较高回收率的钒和铬，且无污染物产生。

(二)技术方案

为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：

一种钒渣中钒铬的提取方法，其包括如下步骤：

S1、将钒渣、氢氧化钠与硝酸钠进行混合，获得反应物，其中，所述氢氧化钠与硝酸钠的质量比为1～5:5～1，所述钒渣的质量与所述氢氧化钠和硝酸钠的总质量相同；

S2、将反应物置于马弗炉中进行焙烧，焙烧温度为400～550℃，

S3、将所述步骤S2中焙烧后的样品进行水浸，之后固液分离，得到含钒和铬的溶液和尾渣。

如上所述的方法，优选地，在步骤S2中，所述焙烧时间为30～180分钟。

如上所述的方法，优选地，在步骤S2中，所述焙烧时，发生的反应为：

2FeO·V₂O₃+12NaOH+5NaNO₃＝4Na₃VO₄+5NaNO₂+Fe₂O₃+6H₂O

2FeO·Cr₂O₃+8NaOH+7NaNO₃＝4Na₂CrO₄+7NaNO₂+Fe₂O₃+4H₂O

在后续水浸时，Na₃VO₄、NaNO₂和Na₂CrO₄溶于水，形成含钒溶液，Fe₂O₃不溶于水，进入尾渣。

如上所述的方法，优选地，在步骤S3中，所述焙烧后的样品经过破碎筛分，选取粒度小于等于74μm的进行水浸。

如上所述的方法，优选地，在步骤S3中，所述水浸的温度25～95℃，时间为10～120分钟。

如上所述的方法，优选地，在步骤S3中，所述水浸的用水量为焙烧后用于水浸样品质量的1～10倍。

更优选为，在步骤S3中，所述水浸的用水量为焙烧后用于水浸样品质量的5～10倍。

如上所述的方法，优选地，在步骤S1中，所述钒渣的粒径小于等于74μm。粒径的限定有利于反应的充分进行，提高回收率。

如上所述的方法，主要适用于钒渣中的成分重量比含量为：FeO为30～38％，Cr₂O₃为5.5～8.5％，Al₂O₃为0.5～1.5％，TiO₂为8～12％，SiO₂为12～15％，MgO为0.5～1.5％，CaO为0.5～1.5％，V为6.5～9.5％，Mn为4～6％，P为0.01～0.1％和Na为0.2～0.8％。

(三)有益效果

本发明的有益效果是：

本发明提供一种钒渣中钒铬的提取方法，采用添加剂NaOH+NaNO₃进行钒渣中钒和铬的提取回收，反应过程中不需要较高的焙烧的温度，即可有效将钒和铬氧化为易溶于水的VO₄ ^3-和CrO₄ ^2-，反应过程中充分节省能源，降低了成本，操作简单，反应过程中也没有污染物如废气的产生，钒的回收率大大提高，在回收钒的同时可有效回收铬。

附图说明

图1为本发明方法的流程图。

具体实施方式

在本发明在利用钒渣提取钒和铬的过程中，采用NaOH和NaNO₃作为添加剂，直接参与反应，主要发生的化学反应为：

2FeO·V₂O₃+12NaOH+5NaNO₃＝4Na₃VO₄+5NaNO₂+Fe₂O₃+6H₂O

2FeO·Cr₂O₃+8NaOH+7NaNO₃＝4Na₂CrO₄+7NaNO₂+Fe₂O₃+4H₂O

由上述反应可见，V₂O₃被氧化为VO₄ ^3-，进行水浸时，溶于水中，同时Cr₂O₃也被氧化为CrO4^2-，水浸时，溶于水，可进行回收，FeO被氧化为Fe₂O₃不容易水进入尾渣，整个反应过程中没有污染物的产生，反应所需的温度为450℃左右，不超过550℃，在此条件下，NaNO₃发生自身分解反应，产生游离氧和氧气，能够增强氧化反应，促进高钒、铬的氧化反应，NaNO₃主要发生的化学反应为：

NaNO₃→NaNO₂+O

O+O→O₂↑。

当温度超过550℃时，NaNO₃分解会有NO和NO₂产生，发生如下的反应，污染环境，且不能很好地促进氧化反应，因此焙烧的温度设定在低于550℃以下。

2NaNO₂→Na₂O₂+2NO↑

NO+O→NO₂

为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。

本发明以下实施例中所用的钒渣的成分含量如下表1，含量为重量百分比含量。

表1.钒渣的成分含量

TFe％	FeO％	Cr₂O₃％	Al₂O₃％	TiO₂％	SiO₂％
						27.51	34.47	6.25	1.29	10.66	14.30
MgO％	CaO％	V％	Mn％	P％	Na％
						1.16	1.21	7.89	5.41	0.066	0.64

实施例1

一种钒渣中钒铬的提取方法，如图1所示，按如下步骤进行：

(1)将氢氧化钠与硝酸钠按质量比为5:1混合，将得到的氢氧化钠与硝酸钠的混合物与钒渣按照质量比为1:1进行配料混合均匀得到混合料；其中，选取的钒渣粒度大于等于200目，即小于等于74μm。

(2)将混合料放入马弗炉中进行烧结，将马弗炉升温至450℃，烧结时间为60min；将焙烧好样品取出进行室温冷却；将焙烧后的样品破碎，并用200目筛子进行筛分；选取粒径小于等于74μm的焙烧样品，将筛选好的样品放入蒸馏水中，样品质量与蒸馏水质量比为1:5，水温保持在60℃，浸出时间为60min；将得到的混合液固溶液用滤纸或者滤膜进行过滤分离，或在工业生产中可采用静置沉淀法，进行固液分离，得到含三氧化二铁的尾渣和含钒和铬的溶液。其中，经测定含钒溶液中含有NaNO₂，NaMnO₂，Na₂SiO₃，NaAlO₂，Na₃VO₄和Na₂CrO₄；尾渣中含有Fe₂O₃，Na₂TiO₃，MgTiO₃，CaSiO₃，SiO₂，MgO，Al₂O₃，MnO₂，CaO等。

经对尾渣中的钒和铬进行检测；本发明中采用浸出率来计算回收率，按公式计算，计算公式，m₀代表尾渣中的钒或铬的质量，m_t代表焙烧后样品中的钒或铬的质量，R为浸出率。其中，焙烧前钒渣样品的化学成分含量与浸出后尾渣中的化学成分含量用电感耦合等离子体发射光谱仪(ICP-OES)进行检测。

本实施例中钒的浸出率为95.56％，铬的浸出率为90.37％。

实施例2

本实施例是在实施例1的基础上，不同之处在于，氢氧化钠与硝酸钠按质量比为1:1，当焙烧温度为500℃时，其钒的浸出率为97.43％，铬的浸出率为92.37％。

随着焙烧温度的升高，钒的浸出率和铬的浸出率会逐渐提高，如在上述条件下，当焙烧温度为550℃时，钒的浸出率为98.67％，铬为94.36％。但是当焙烧温度在600℃，钒的浸出率和铬的浸出率会有所降低，钒的浸出率为93.26％，铬为86.13％。

实施例3

一种钒渣中钒铬的提取方法，按如下步骤进行：

(1)将氢氧化钠与硝酸钠按质量比为2:1混合，将得到的氢氧化钠与硝酸钠的混合物与钒渣按照质量比为1:1进行配料混合均匀得到混合料；其中，选取的钒渣粒度大于等于200目，即小于等于74μm。

(2)将混合料放入马弗炉中进行烧结，将马弗炉升温至450℃，烧结时间为120min；将焙烧好样品取出进行室温冷却；将焙烧后的样品破碎，并用200目筛子进行筛分；选取粒径小于等于74μm的焙烧样品，将筛选好的样品放入蒸馏水中，样品质量与蒸馏水质量比为1:7，水温保持在50℃，浸出时间为100min；将得到的混合液固溶液进行过滤分离，得到三氧化二铁的尾渣和含钒和铬溶液。

经检测、计算(同实施例1)，本实施例中钒的浸出率为97.35％，铬的浸出率为91.69％。

经过多次试验测试表明，焙烧时间的延长，钒的浸出率和铬的浸出率也会随着焙烧时间的延长而提高。如在本实施例中，当焙烧温度为450℃，焙烧时间为180min时，钒的浸出率为94.52％，铬的浸出率为87.42％。

实施例4

一种钒渣中钒铬的提取方法，按如下步骤进行：

(1)将氢氧化钠与硝酸钠按质量比为5:2混合，将得到的氢氧化钠与硝酸钠的混合物与钒渣按照质量比为1:1进行配料混合均匀得到混合料；其中，选取的钒渣粒度大于等于200目，即小于等于74μm。

(2)将混合料放入马弗炉中进行烧结，将马弗炉升温至550℃，烧结时间为60min；将焙烧好样品取出进行室温冷却；将焙烧后的样品破碎，并用200目筛子进行筛分；选取粒径小于等于74μm的焙烧样品，将筛选好的样品放入蒸馏水中，样品质量与蒸馏水质量比为1:10，水温保持在60℃，浸出时间为120min；将得到的混合液固溶液用滤纸或者滤膜进行过滤分离，得到三氧化二铁的尾渣和含钒和铬的溶液。

经检测、计算(同实施例1)，本实施例中钒的浸出率为95.67％，铬的浸出率为90.36％。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明做其它形式的限制，任何本领域技术人员可以利用上述公开的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims

1.一种钒渣中钒铬的提取方法，其特征在于，其包括如下步骤：

S2、将反应物置于马弗炉中进行焙烧，焙烧温度为400～550℃；

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤S2中，所述焙烧时间为30～180分钟。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述焙烧时，发生的反应为：

2FeO·V₂O₃+12NaOH+5NaNO₃＝4Na₃VO₄+5NaNO₂+Fe₂O₃+6H₂O

2FeO·Cr₂O₃+8NaOH+7NaNO₃＝4Na₂CrO₄+7NaNO₂+Fe₂O₃+4H₂O。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤S3中，所述焙烧后的样品经过破碎筛分，选取粒度小于等于74μm的进行水浸。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤S3中，所述水浸的温度25～95℃，时间为10～120分钟。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤S3中，所述水浸的用水量为焙烧后用于水浸样品质量的1～10倍。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤S3中，所述水浸的用水量为焙烧后用于水浸样品质量的5～10倍。

8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤S1中，所述钒渣的粒径小于等于74μm。

9.如权利要求1-8中任一项所述的方法，其特征在于，所述钒渣的成分重量比含量为：FeO为30～38％，Cr₂O₃为5.5～8.5％，Al₂O₃为0.5～1.5％，TiO₂为8～12％，SiO₂为12～15％，MgO为0.5～1.5％，CaO为0.5～1.5％，V为6.5～9.5％，Mn为4～6％，P为0.01～0.1％和Na为0.2～0.8％。