CN108950224A - 一种钒渣中有价组元综合回收利用的方法 - Google Patents

一种钒渣中有价组元综合回收利用的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种钒渣中有价组元综合回收利用的方法，属于冶金领域，超重力分离富钒相和富钛相。本发明能够使钒渣中的有价元素得到有效分离，同时产生的尾渣得到了循环利用，提高了钒渣品位及钒的收得率，实现了钒渣资源的综合利用，具有生产成本低、节能减排的优点。

Description

一种钒渣中有价组元综合回收利用的方法
技术领域
本发明涉及冶金渣资源综合利用，尤其是一种钒渣的处理方法，属于冶金领域。
背景技术
钒、钛是重要的战略物资，广泛应用于各工业领域。随着全球经济一体化进程的加快和我国市场经济的迅速发展，对钒、钛制品的需求愈加强烈。钒、钛在自然界中主要与铁等元素伴生、赋存于钒钛磁铁矿中。钒钛磁铁矿经选矿得到选铁尾矿(含钛约为原矿石的47％)和含钒铁精矿(含钛约为原矿石的53％)，其中选铁尾矿经精选和湿法冶炼得到钛产品。含钒铁精矿进入高炉还原形成含钒0.3％左右的铁水，再经转炉吹炼氧化得到富含V2O3为11％～18％，TiO2为10～15％，SiO2为13～20％，FeO为30～45％的钒渣。
传统钒渣进行提钒的工艺主要包括原料预处理、钠化焙烧、熟料浸出、沉钒及熔化5个工序。专利文献CN102086487B中公开了一种节能减排的钒渣的处理方法，首先，将与铁水分离后的高温液态钒渣置于渣罐中，然后，根据钒渣品位向渣罐中加入钠化合物，用水冷超音速或亚音速氧枪供氧，促使钒渣生成水溶性钒酸钠，处理得到V2O5。传统的钒渣提钒工艺中钒的品位低，提钒工艺能耗高、效率低，渣中非含钒氧化物以废弃物的形式进入固体渣或浸出液，存在钛、铁等有价资源流失、尾渣直接排放占地、污染环境、对生产设备要求高、所得产品质量低等问题。
为此，亟待一种新技术在钒渣熔融状态下有效分离富钒相(钒铁尖晶石)、富钛相(钛铁尖晶石)与其它物相(硅酸盐等)，以最大限度回收有价元素，降低浸出液中杂质提高钒渣品位及后序提钒收得率，进一步降低后序钒冶炼成本，提高冶炼效率和钒产品质量，加强资源的综合利用。
发明内容
本发明需要解决的技术问题是提供一种钒渣中有价组元综合回收利用的方法，能够使钒渣中的有价元素得到有效分离，同时产生的尾渣得到了循环利用，提高了钒渣品位及钒的收得率，实现了钒渣资源的综合利用，具有生产成本低、节能减排的优点。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
一种钒渣中有价组元综合回收利用的方法，超重力分离富钒相和富钛相。
本发明技术方案的进一步改进在于包括以下步骤：
A.富集含钒相：将钒渣倒入高温超重力炉内，进行加热并保温。钒渣中的钛铁尖晶石熔化并溶解，其中的钒以钒铁尖晶石形式充分析出并长大。
B.分离富钒相：保温结束后，超重力分离，得到富钒相和提钒后熔渣。
C.富集含钛相：将提钒后熔渣进行加热并保温。渣中钛铁尖晶石充分析出并长大。
D.分离富钛相：保温结束后，超重力分离，得到富钛相和尾渣。
E.出渣：关闭加热系统，排净炉内的尾渣。
本发明技术方案的进一步改进在于：钒渣为熔融钒渣。
本发明技术方案的进一步改进在于：加热为微波加热。
本发明技术方案的进一步改进在于：步骤A中加热温度为1400～1460℃，保温时间为1～1.5小时。
本发明技术方案的进一步改进在于：步骤B中超重力系数为900～1100，温度为1400～1460℃，分离时间为20～30分钟。
本发明技术方案的进一步改进在于：步骤C中加热温度为1280～1320℃，保温时间为1～1.5小时。
本发明技术方案的进一步改进在于：步骤D中超重力系数为600～700，温度为1280～1320℃，分离时间为20～30分钟。
本发明技术方案的进一步改进在于：尾渣用作球团矿、烧结矿、提钒冷料的原料。
由于采用了上述技术方案，本发明取得的技术进步是：
本发明提供的一种钒渣中有价组元综合回收利用的方法，能够使钒渣中的有价元素得到有效分离，同时产生的尾渣得到了循环利用，提高了钒渣品位及钒的收得率，实现了钒渣资源的综合利用，具有生产成本低、节能减排的优点。
本发明在传统的钒渣提钒工艺中间增加了分离工艺，即钒渣在湿法提钒之前，先进行超重力分离，同时得到富钒相(钒铁尖晶石)、富钛相(钛铁尖晶石)与尾渣(硅酸盐等)，经分离后的富钒相中钒品位(V2O3)达到48％以上，富钛相中钛品位(TiO2)达到38％以上，降低了后续提取温度、钠盐用量，提高了后序提钒、钛中钒、钛的回收率及最终产品的质量，尾渣中主要为铁的硅酸盐和锰的硅酸盐相，可用作球团矿、烧结矿、提钒冷料的原料，整个工艺有价组元回收利用率高，无废弃物排放，节能环保。而传统钒渣提钒工艺中，二氧化钛、二氧化硅、锰的氧化物、铁的氧化物有一部分溶于浸出液中，少量进入五氧化二钒产品中，影响浸出温度、钠盐用量，降低了钒的品位，而尾渣中主要为辉石固溶体相(高达70％以上)，目前尚无有效的处理方法，大部分直接作为废渣排放，占地且污染环境。
本发明采用超重力技术分离钒渣中的富钒相和富钛相。超重力炉是以气液、液液或液固两相进行质量传递、反应与分离的，本发明利用超重力来强化富钒相和富钛相相间传递与微观混合，提高富钒相和富钛相传质速率和分离效果，将钒、钛尖晶石从熔渣中选择性分离出来。钒渣中V、Ti与Si富集于不同物相中，且各相熔点、密度存在差异，钒铁尖晶石熔点为1750℃左右，密度约为4.32×103kg/m3；钛铁尖晶石熔点为1395℃，密度约为4.12×103kg/m3；硅酸盐相熔点为1300℃以下，熔体密度约为3.10×103kg/m3，基于选择性富集和分离，通过限定分离富钒相中超重力系数为900～1100，温度为1400～1460℃，分离时间为20～30分钟，可以使得固态钒与熔融的钛相分离完全；分离富钛相中超重力系数为600～700，温度为1280～1320℃，分离时间为20～30分钟，可以使得固态钛与熔融的尾渣分离完全，从而获得了纯度较高的钒铁尖晶石相和钛铁尖晶石相，提高后序湿法提钒中钒的回收及最终产品的质量，生产工艺简单，设备投资少。
本发明加热钒渣和熔渣时采用微波加热，传统的微波加热多用于食品加工或天然产物提取中，很少应用于冶炼中。当使用微波对钒渣进行加热时，可使钒渣快速、均匀受热，且微波加热无污染，节能环保、效率高。当富集含钒相时，加热温度为1400～1460℃，保温时间为1～1.5小时，可以确保熔渣中钒充分析出及钒铁尖晶石的长大，快速熔化和溶解已有的钛铁尖晶石；当富集含钛相时，加热温度为1280～1320℃，保温时间为1～1.5小时，可以确保熔渣中钛充分析出及钛铁尖晶石的长大，便于后续的分离。
本发明采用两次保温，两次分离。第一次保温可以确保熔渣中钒充分析出及钒铁尖晶石的长大，熔化和溶解已有的钛铁尖晶石；第二次保温可以确保熔渣中钛充分析出及钛铁尖晶石的长大。第一次将富钒相和含钛熔渣分离，得到富钒相(钒铁尖晶石)；第二次将富钛相和尾渣分离，得到富钛相(钛铁尖晶石)。通过两次保温、两次分离，可分别得到纯度较高的钒铁尖晶石和钛铁尖晶石，高效地回收了钒渣中钒、钛等有价资源，有效地解决了后序湿法提钒中大量有价元素流失的问题。利用微波加热和超重力分离，反应速率快、生产效率高。提高了钒渣品位，转炉钒渣品位(V2O3)在11～18％之间，经超重力富集后渣中钒铁尖晶石高达75％以上，钒(V2O3)品位高达45％以上，钒的回收率高达80％以上。
本发明待处理的钒渣为转炉熔融钒渣，充分利用了熔融钒渣的自身物理热，能耗低，提高了生产效率。
本发明尾渣中主要成分为含铁硅酸盐相，含铁硅酸盐含量高达50％以上，可作为烧结、球团或硅铁合金生产的原料进行二次利用。传统处理工艺中尾渣中主要为辉石固溶体相，再利用价值较低，直接丢弃，与传统工艺相比，本发明中尾渣得到了循环再利用，有效地解决了废渣占地的问题，实现了变废为宝。
本发明原料适用性强，可适用于各种类型的钒渣，钒、钛回收率高，分别达80％和75％以上，实现了资源的高效循环利用。
本发明通过微波加热和超重力分离，提高了钒渣品位，降低后序湿法提钒的温度、缩短保温时间，降低了能耗、生产成本及污染物的排放，提高产品质量，经济环保。
具体实施方式
下面是本发明的一些具体实施方式，用以作进一步详细说明。
一种钒渣中有价组元综合回收利用的方法，利用超重力分离富钒相和富钛相，包括以下步骤：
A.富集含钒相：将转炉熔融钒渣倒入高温超重力炉内，采用微波进行加热，使炉料温度升高到1400～1460℃，并保温1～1.5小时。在加热和保温过程中，渣中的钛铁尖晶石熔化并溶解，其中的钒以钒铁尖晶石形式充分析出，并长大。
B.分离富钒相：保温结束后，在超重力系数为900～1100(即900～1100倍重力)，温度为1400～1460℃条件下，分离20～30分钟，得到富钒相(钒铁尖晶石)和提钒后熔渣(含钛熔渣)。
C.富集含钛相：将提钒后熔渣进行二次微波加热，并在1280～1320℃，保温1～1.5小时。在加热和保温过程中，渣中钛铁尖晶石充分析出并长大。
D.分离富钛相：保温结束后，在超重力系数为600～700(即600～700倍重力)，温度为1280～1320℃条件下，分离20～30分钟，得到富钛相(钛铁尖晶石)和尾渣。
E.出渣：分离完富钛相之后，关闭加热系统，排净炉内的尾渣。
尾渣用作球团矿、烧结矿、提钒冷料的原料。
实施例1
采用河北省某钢厂的钒渣，其化学成分为FeO:35.12％、SiO2:19.35％、V2O3:14.23％、TiO2:13.23％、其它氧化物:18.07％。
钒渣中有价组元综合回收利用的方法包括以下步骤：
A.富集含钒相：将转炉熔融钒渣倒入高温超重力炉内，采用微波进行加热，使炉料温度升高到1400℃，并保温1小时。
B.分离富钒相：保温结束后，在超重力系数为900(即900倍重力)，温度为1400℃条件下，分离20分钟，得到富钒相(钒铁尖晶石)和提钒后熔渣(含钛熔渣)。
C.富集含钛相：将提钒后熔渣进行二次微波加热，并在1280℃，保温1小时。在加热和保温过程中，渣中钛铁尖晶石充分析出并长大。
D.分离富钛相：保温结束后，在超重力系数为600(即600倍重力)，温度为1280℃条件下，分离20分钟，得到富钛相(钛铁尖晶石)和尾渣。
E.出渣：分离完富钛相之后，关闭加热系统，排净炉内的尾渣。
分离得到的富钒相中钒品位48％，钒的回收率83％；富钛相中钛品位41％，钛的回收率80％。尾渣中含铁硅酸盐高达50％以上，用作球团矿的原料。
实施例2
采用河北省某钢厂的钒渣，其化学成分为FeO:35.12％、SiO2:19.35％、V2O3:14.23％、TiO2:13.23％、其它氧化物:18.07％。
钒渣中有价组元综合回收利用的方法包括以下步骤：
A.富集含钒相：将转炉熔融钒渣倒入高温超重力炉内，采用微波进行加热，使炉料温度升高到1420℃，并保温1小时。
B.分离富钒相：保温结束后，在超重力系数为1100(即1100倍重力)，温度为1420℃条件下，分离20分钟，得到富钒相(钒铁尖晶石)和提钒后熔渣(含钛熔渣)。
C.富集含钛相：将提钒后熔渣进行二次微波加热，并在1300℃，保温1小时。在加热和保温过程中，渣中钛铁尖晶石充分析出并长大。
D.分离富钛相：保温结束后，在超重力系数为600(即600倍重力)，温度为1300℃条件下，分离20分钟，得到富钛相(钛铁尖晶石)和尾渣。
E.出渣：分离完富钛相之后，关闭加热系统，排净炉内的尾渣。
富钒相中钒品位51％，钒的回收率82％；富钛相中钛品位42％，钛的回收率78％。尾渣中含铁硅酸盐高达50％以上，用作烧结矿的原料。
实施例3
采用河北省某钢厂的钒渣，其化学成分为FeO:35.12％、SiO2:19.35％、V2O3:14.23％、TiO2:13.23％、其它氧化物:18.07％。
钒渣中有价组元综合回收利用的方法包括以下步骤：
A.富集含钒相：将转炉熔融钒渣倒入高温超重力炉内，采用微波进行加热，使炉料温度升高到1450℃，并保温1.5小时。
B.分离富钒相：保温结束后，在超重力系数为1100(即1100倍重力)，温度为1450℃条件下，分离25分钟，得到富钒相(钒铁尖晶石)和提钒后熔渣(含钛熔渣)。
C.富集含钛相：将提钒后熔渣进行二次微波加热，并在1320℃，保温1.5小时。在加热和保温过程中，渣中钛铁尖晶石充分析出并长大。
D.分离富钛相：保温结束后，在超重力系数为700(即700倍重力)，温度为1320℃条件下，分离25分钟，得到富钛相(钛铁尖晶石)和尾渣。
E.出渣：分离完富钛相之后，关闭加热系统，排净炉内的尾渣。
富钒相中钒品位51％，钒的回收率83％；富钛相中钛品位43％，钛的回收率79％。尾渣中含铁硅酸盐高达50％以上，用作提钒冷料的原料。
实施例4
采用四川省某钢厂的钒渣，其化学成分为FeO:42.45％、SiO2:14.75％、V2O3:17.23％、TiO2:10.12％、其它氧化物:15.45％。
钒渣中有价组元综合回收利用的方法包括以下步骤：
A.富集含钒相：将转炉熔融钒渣倒入高温超重力炉内，采用微波进行加热，使炉料温度升高到1460℃，并保温1.2小时。
B.分离富钒相：保温结束后，在超重力系数为1000(即1000倍重力)，温度为1460℃条件下，分离25分钟，得到富钒相(钒铁尖晶石)和提钒后熔渣(含钛熔渣)。
C.富集含钛相：将提钒后熔渣进行二次微波加热，并在1320℃，保温1.5小时。在加热和保温过程中，渣中钛铁尖晶石充分析出并长大。
D.分离富钛相：保温结束后，在超重力系数为600(即600倍重力或600G)，温度为1320℃条件下，分离30分钟，得到富钛相(钛铁尖晶石)和尾渣。
E.出渣：分离完富钛相之后，关闭加热系统，排净炉内的尾渣。
富钒相中钒品位约54％，钒的回收率约85％；富钛相中钛品位约42％，钛的回收率约81％。尾渣中含铁硅酸盐高达52％以上，用作球团矿的原料。
实施例5
采用四川省某钢厂的钒渣，其化学成分为FeO:42.45％、SiO2:14.75％、V2O3:17.23％、TiO2:10.12％、其它氧化物:15.45％。
钒渣中有价组元综合回收利用的方法包括以下步骤：
A.富集含钒相：将转炉熔融钒渣倒入高温超重力炉内，采用微波进行加热，使炉料温度升高到1450℃，并保温1.2小时。
B.分离富钒相：保温结束后，在超重力系数为950(即950倍重力)，温度为1450℃条件下，分离25分钟，得到富钒相(钒铁尖晶石)和提钒后熔渣(含钛熔渣)。
C.富集含钛相：将提钒后熔渣进行二次微波加热，并在1300℃，保温1.2小时。在加热和保温过程中，渣中钛铁尖晶石充分析出并长大。
D.分离富钛相：保温结束后，在超重力系数为700(即700倍重力)，温度为1300℃条件下，分离25分钟，得到富钛相(钛铁尖晶石)和尾渣。
E.出渣：分离完富钛相之后，关闭加热系统，排净炉内的尾渣。
富钒相中钒品位约54％，钒的回收率约83％；富钛相中钛品位约41％，钛的回收率约82％。尾渣中含铁硅酸盐高达52％以上，用作球团矿的原料。
实施例6
采用四川省某钢厂的钒渣，其化学成分为FeO:42.45％、SiO2:14.75％、V2O3:17.23％、TiO2:10.12％、其它氧化物:15.45％。
钒渣中有价组元综合回收利用的方法包括以下步骤：
A.富集含钒相：将转炉熔融钒渣倒入高温超重力炉内，采用微波进行加热，使炉料温度升高到1440℃，并保温1.2小时。
B.分离富钒相：保温结束后，在超重力系数为900(即900倍重力)，温度为1440℃条件下，分离30分钟，得到富钒相(钒铁尖晶石)和提钒后熔渣(含钛熔渣)。
C.富集含钛相：将提钒后熔渣进行二次微波加热，并在1300℃，保温1.2小时。在加热和保温过程中，渣中钛铁尖晶石充分析出并长大。
D.分离富钛相：保温结束后，在超重力系数为700(即700倍重力)，温度为1300℃条件下，分离30分钟，得到富钛相(钛铁尖晶石)和尾渣。
E.出渣：分离完富钛相之后，关闭加热系统，排净炉内的尾渣。
富钒相中钒品位约53％，钒的回收率约80％；富钛相中钛品位约38％，钛的回收率约81％。尾渣中含铁硅酸盐高达52％以上，用作转炉提钒冷料的原料。
实施例7
采用河北省某钢厂的钒渣，其化学成分为FeO:40.45％、SiO2:18.02％、V2O3:12.37％、TiO2:13.33％、其它氧化物:15.83％。
钒渣中有价组元综合回收利用的方法包括以下步骤：
A.富集含钒相：将转炉熔融钒渣倒入高温超重力炉内，采用微波进行加热，使炉料温度升高到1420℃，并保温1.2小时。
B.分离富钒相：保温结束后，在超重力系数为900(即900倍重力)，温度为1420℃条件下，分离30分钟，得到富钒相(钒铁尖晶石)和提钒后熔渣(含钛熔渣)。
C.富集含钛相：将提钒后熔渣进行二次微波加热，并在1290℃，保温1.2小时。在加热和保温过程中，渣中钛铁尖晶石充分析出并长大。
D.分离富钛相：保温结束后，在超重力系数为700(即700倍重力)，温度为1290℃条件下，分离20分钟，得到富钛相(钛铁尖晶石)和尾渣。
E.出渣：分离完富钛相之后，关闭加热系统，排净炉内的尾渣。
富钒相中钒品位约50％，钒的回收率约83％；富钛相中钛品位约45％，钛的回收率约84％。尾渣中含铁硅酸盐高达50％以上，用作转炉提钒冷料的原料。
实施例8
采用河北省某钢厂的钒渣，其化学成分为FeO:40.45％、SiO2:18.02％、V2O3:12.37％、TiO2:13.33％、其它氧化物:15.83％。
钒渣中有价组元综合回收利用的方法包括以下步骤：
A.富集含钒相：将转炉熔融钒渣倒入高温超重力炉内，采用微波进行加热，使炉料温度升高到1450℃，并保温1.5小时。
B.分离富钒相：保温结束后，在超重力系数为1000(即1000倍重力)，温度为1450℃条件下，分离25分钟，得到富钒相(钒铁尖晶石)和提钒后熔渣(含钛熔渣)。
C.富集含钛相：将提钒后熔渣进行二次微波加热，并在1320℃，保温1.2小时。在加热和保温过程中，渣中钛铁尖晶石充分析出并长大。
D.分离富钛相：保温结束后，在超重力系数为650(即650倍重力)，温度为1320℃条件下，分离25分钟，得到富钛相(钛铁尖晶石)和尾渣。
E.出渣：分离完富钛相之后，关闭加热系统，排净炉内的尾渣。
富钒相中钒品位约53％，钒的回收率约80％；富钛相中钛品位约47％，钛的回收率约81％。尾渣中含铁硅酸盐高达50％以上，用作球团矿的原料。
实施例9
采用河北省某钢厂的钒渣，其化学成分为FeO:40.45％、SiO2:18.02％、V2O3:12.37％、TiO2:13.33％、其它氧化物:15.83％。
钒渣中有价组元综合回收利用的方法包括以下步骤：
A.富集含钒相：将转炉熔融钒渣倒入高温超重力炉内，采用微波进行加热，使炉料温度升高到1430℃，并保温1.3小时。
B.分离富钒相：保温结束后，在超重力系数为1100(即1100倍重力)，温度为1430℃条件下，分离20分钟，得到富钒相(钒铁尖晶石)和提钒后熔渣(含钛熔渣)。
C.富集含钛相：将提钒后熔渣进行二次微波加热，并在1300℃，保温1.2小时。在加热和保温过程中，渣中钛铁尖晶石充分析出并长大。
D.分离富钛相：保温结束后，在超重力系数为600(即600倍重力)，温度为1300℃条件下，分离30分钟，得到富钛相(钛铁尖晶石)和尾渣。
E.出渣：分离完富钛相之后，关闭加热系统，排净炉内的尾渣。
富钒相中钒品位约52％，钒的回收率约84％；富钛相中钛品位约46％，钛的回收率约82％。尾渣中含铁硅酸盐高达50％以上，用作球团矿的原料。

Claims (9)

1.一种钒渣中有价组元综合回收利用的方法，其特征在于：超重力分离富钒相和富钛相。
2.根据权利要求1所述的一种钒渣中有价组元综合回收利用的方法，其特征在于包括以下步骤：
A.富集含钒相：将钒渣倒入高温超重力炉内，进行加热并保温；
B.分离富钒相：保温结束后，超重力分离，得到富钒相和提钒后熔渣；
C.富集含钛相：将提钒后熔渣进行加热并保温；
D.分离富钛相：保温结束后，超重力分离，得到富钛相和尾渣；
E.出渣：关闭加热系统，排净炉内的尾渣。
3.根据权利要求2所述的一种钒渣中有价组元综合回收利用的方法，其特征在于：钒渣为熔融钒渣。
4.根据权利要求2所述的一种钒渣中有价组元综合回收利用的方法，其特征在于：加热为微波加热。
5.根据权利要求2所述的一种钒渣中有价组元综合回收利用的方法，其特征在于：步骤A中加热温度为1400~1460℃，保温时间为1~1.5小时。
6.根据权利要求2所述的一种钒渣中有价组元综合回收利用的方法，其特征在于：步骤B中超重力系数为900~1100，超重力分离时温度为1400~1460℃，分离时间为20~30分钟。
7.根据权利要求2所述的一种钒渣中有价组元综合回收利用的方法，其特征在于：步骤C中加热温度为1280~1320℃，保温时间为1~1.5小时。
8.根据权利要求2所述的一种钒渣中有价组元综合回收利用的方法，其特征在于：步骤D中超重力系数为600~700，温度为1280~1320℃，分离时间为20~30分钟。
9.根据权利要求2所述的一种钒渣中有价组元综合回收利用的方法，其特征在于：尾渣用作球团矿、烧结矿、提钒冷料的原料。
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