CN111099656A - 钙化焙烧酸浸液铵氢协同制备高密度多钒酸铵的方法 - Google Patents

钙化焙烧酸浸液铵氢协同制备高密度多钒酸铵的方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于钒的湿法冶金技术领域，具体涉及一种钙化焙烧酸浸液铵氢协同制备高密度多钒酸铵的方法。针对钒渣钙化焙烧酸浸液沉钒产物多钒酸铵密度低，钒损失大，生产成本高等问题，本发明提供了一种钙化焙烧酸浸液铵氢协同制备高密度多钒酸铵的方法，包括以下步骤：a、取钒渣钙化焙烧酸浸液，调节至pH值为2.2～3.8，温度为20℃～75℃，控制NH4 +浓度为酸浸液中钒浓度的0.22～0.33倍；b、调节溶液pH值至1.4～1.8，升温至沸腾，进行反应；c、将步骤b得到的产物固液分离、洗涤，干燥，得到高密度多钒酸铵。本发明采用钒渣钙化焙烧酸浸液制备得到了密度0.5g/cm3以上的多钒酸铵，密度较现有方法提高了2倍，同时酸浸液中的钒得到充分回收，经济效益显著。

Description

钙化焙烧酸浸液铵氢协同制备高密度多钒酸铵的方法
技术领域
本发明属于钒的湿法冶金技术领域，具体涉及一种钙化焙烧酸浸液铵氢协同制备高密度多钒酸铵的方法。
背景技术
酸浸液沉钒是指以钒渣为原料，采用钙化焙烧-酸浸得到的酸浸液，利用酸性铵盐沉钒技术制备多钒酸铵的过程。目前，采用该工艺制备得到的多钒酸铵及后续氧化钒产品质量能够达到行业要求，但得到的多钒酸铵产品粒度较细、密度低，导致沉淀料浆微细颗粒、絮状物多，沉降缓慢，液固分离时滤布穿透严重，同时后续冶炼钒铁时加料困难，扬尘大和挥发现象明显，从而增加了钒损失，可提高了冶炼成本。提高产物多钒酸铵的密度，是避免上述一系列缺陷的前提条件，因此，行业内越来越多的研究集中在如何提高酸浸液沉钒产物的密度。
何文艺发表的“高密度多钒酸铵制备技术研究”公开了一种采用钠化焙烧水浸液制备高密度多钒酸铵的方法，获得的工艺参数为水浸液钒浓度20～30g/L，在60～85℃下加入0.02倍全钒质量以上的晶种和1.5～3.5倍全钒质量的硫酸铵，硫酸调节pH到2.1～2.4，沸腾条件下依次在350r/min和200r/min转速下沉淀40min和20min，该方法得到的多钒酸铵堆密度大于0.95g/cm3。但该方法采用的是钠化水浸液沉钒，沉钒速度小于钙化酸浸液沉钒速度，更容易制备出高密度多钒酸铵，因此无法为钙化酸浸液沉钒如何得到密度高的多钒酸铵提供依据。
吴优发表的“多钒酸铵沉淀工艺及动力学研究”公开了一种沉淀多钒酸铵的最佳工艺条件，获得的工艺参数为钒液钒浓度32～40g/L，沉淀剂加入系数0.8～1.2，加酸前温度大于65℃，沉钒pH1.7～2.1，沸腾条件下沉淀52～60min，该方法得到的沉钒率大于99％。该研究未明确所用钒液是主流的钙化提钒工艺酸浸液还是钠化提钒工艺水浸液，或者是其他工艺的萃取液，无法为钙化提钒酸浸液沉钒提供依据；更何况，该方法研究的是最佳沉钒率对应的沉钒参数，而不是最佳多钒酸铵堆密度对应的沉钒参数。
伍珍秀发表的“高密度多钒酸铵的制备”公开了一种利用钒厂产生的细颗粒多钒酸铵制备高密度多钒酸铵的方法，获得的工艺参数为细颗粒加入量13％～31％，温度制度70～100℃，钒液pH＝2.5～4，该方法得到的多钒酸铵密度可达0.88g/cm3。同样的，该方法研究的是钠化提钒水浸液体系，该体系的沉钒速度小于钙化提钒酸浸液，更容易制备出高密度多钒酸铵，无法为钙化酸浸液沉钒如何得到密度高的多钒酸铵提供依据。
综上可见，钒渣钙化焙烧酸浸液沉钒过程依然存在多钒酸铵密度低，钒损失大，生产成本高的问题，亟待解决。
发明内容
本发明要解决的技术问题为：钒渣钙化焙烧酸浸液沉钒产物多钒酸铵密度低，钒损失大，生产成本高等问题。
本发明解决上述技术问题的技术方案为：提供一种钙化焙烧酸浸液铵氢协同制备高密度多钒酸铵的方法。该方法包括以下步骤：
a、取钒渣钙化焙烧酸浸液，调节至pH值为2.2～3.8，温度为20℃～75℃，控制NH4 +浓度为酸浸液中钒浓度的0.22～0.33倍；
b、调节溶液pH值至1.4～1.8，升温至沸腾，进行反应；
c、将步骤b得到的产物固液分离、洗涤，干燥，得到高密度多钒酸铵。
其中，上述钙化焙烧酸浸液铵氢协同制备高密度多钒酸铵的方法中，步骤a所述的酸浸液中的钒浓度为20g/L～35g/L。
其中，上述钙化焙烧酸浸液铵氢协同制备高密度多钒酸铵的方法中，步骤a所述的酸浸液中包含有0～0.33倍钒浓度的NH4 +。
其中，上述钙化焙烧酸浸液铵氢协同制备高密度多钒酸铵的方法中，步骤a中，当NH4 +浓度不足钒浓度的0.22～0.33倍时，加入铵盐补足。
其中，上述钙化焙烧酸浸液铵氢协同制备高密度多钒酸铵的方法中，步骤a中所述的铵盐为硫酸铵、碳酸铵或氯化铵中的一种。
其中，上述钙化焙烧酸浸液铵氢协同制备高密度多钒酸铵的方法中，步骤b中反应时间为45min～60min。
其中，上述钙化焙烧酸浸液铵氢协同制备高密度多钒酸铵的方法中，步骤c所述干燥时的温度为90℃～110℃，干燥时间为3h～12h。
其中，上述钙化焙烧酸浸液铵氢协同制备高密度多钒酸铵的方法中，步骤c所述高密度多钒酸铵为密度＞0.5g/cm3的多钒酸铵。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明提供一种钙化焙烧酸浸液铵氢协同制备高密度多钒酸铵的方法，可以采用钒渣钙化焙烧酸浸液为原料，制备得到高密度的多钒酸铵，密度可达0.5g/cm3以上，是现有采用钒渣钙化焙烧酸浸液沉钒得到的多钒酸铵密度的2倍左右；本发明可使废水中和石膏渣中的钒含量大幅降低，从而减少钒损失，还可为后续钒产品深加工提高优质原料，具有重要的经济价值。
具体实施方式
本发明提供了一种钙化焙烧酸浸液铵氢协同制备高密度多钒酸铵的方法，包括以下步骤：
a、取钒渣钙化焙烧酸浸液，调节至pH值为2.2～3.8，温度为20℃～75℃，控制NH4 +浓度为酸浸液中钒浓度的0.22～0.33倍；
b、调节溶液pH值至1.4～1.8，升温至沸腾，进行反应；
c、将步骤b得到的产物固液分离、洗涤，干燥，得到高密度多钒酸铵。
其中，上述钙化焙烧酸浸液铵氢协同制备高密度多钒酸铵的方法中，步骤a所述的酸浸液中的钒浓度为20g/L～35g/L。本发明所用的钙化焙烧酸浸液，常规浓度为20g/L～35g/L，这主要是受生产条件的影响所致，但本发明制备高密度多钒酸铵的方法并不需要将酸浸液中钒浓度限制为20g/L～35g/L，本发明方法也可以选择其他浓度的酸浸液。
其中，上述钙化焙烧酸浸液铵氢协同制备高密度多钒酸铵的方法中，步骤a所述的酸浸液中包含有0～0.33倍钒浓度的NH4 +。
其中，上述钙化焙烧酸浸液铵氢协同制备高密度多钒酸铵的方法中，步骤a中，当NH4 +浓度不足钒浓度的0.22～0.33倍时，加入铵盐补足。
其中，上述钙化焙烧酸浸液铵氢协同制备高密度多钒酸铵的方法中，步骤a中所述的铵盐为硫酸铵、碳酸铵或氯化铵中的一种。
在本发明中，钙化焙烧酸浸液中可能含有游离的NH4 +，其浓度最高可达钒浓度的0.33倍，当酸浸液未含有NH4 +时，需要加入酸浸液全钒质量的0.22～0.33倍的NH4 +，NH4 +以铵盐的形式加入酸浸液并作为沉淀剂参与反应，此处优选加入硫酸铵、碳酸铵或氯化铵。若酸浸液中存在一定浓度的NH4 +，则需按NH4 +总量为酸浸液全钒质量的0.22～0.33倍补足加入NH4 +。特别的，当酸浸液中NH4 +浓度达到钒浓度的0.22～0.33倍时，无需再额外添加铵盐。
本发明的关键也在于控制了体系中NH4 +的总量，NH4 +的总量过高过低均不合适，过高会加快反应速度，导致快速形成大量晶核，来不及生长长大，微观表现为粒度小，宏观表现为密度低；过低会使反应不充分，影响沉钒率，本发明在综合考虑多钒酸铵密度和沉钒率的情况下，经过大量的实验筛选验证，最终确定体系中的NH4 +的总量为酸浸液全钒质量的0.22～0.33倍，能够得到密度＞0.5g/cm3的多钒酸铵，同时也能使沉钒率达到99％以上。
其中，上述钙化焙烧酸浸液铵氢协同制备高密度多钒酸铵的方法中，为了提高沉钒率和多钒酸铵的密度，步骤b中反应时间为45min～60min。
其中，上述钙化焙烧酸浸液铵氢协同制备高密度多钒酸铵的方法中，步骤c所述干燥时的温度为90℃～110℃，干燥时间为3h～12h。
其中，上述钙化焙烧酸浸液铵氢协同制备高密度多钒酸铵的方法中，步骤c所述高密度多钒酸铵为密度＞0.5g/cm3的多钒酸铵。
本发明利用本领域普通技术人员公知的钒渣钙化焙烧-硫酸浸出得到的酸浸液作为原料，先加入硫酸铵沉淀剂，能够使反应所需要的NH4 +充分溶解到酸浸液中。本发明特别的将溶解了硫酸铵的酸浸液的pH值调至1.4～1.8，此时由于pH值低，酸浸液会自发进行缓慢的水解沉钒反应，即H+与钒酸根结合，产生的晶核随着温度的升高会慢慢长大。当温度达到沸腾时，NH4 +与钒酸根结合的反应剧烈进行，一部分重新形成较小的晶核，另一部分在反应初期形成的晶核上继续生长，45min～60min后达到反应终点。本发明通过调节pH值为1.4～1.8，再加热至沸腾进行沉淀反应，这是一个多钒酸根的铵氢协同沉淀过程，最终形成的产物为NH4V3O8·y HV3O8·z H2O。本发明从反应原理上提高了多钒酸铵的密度，比现有的方法提高了2倍以上，并且，上述方法同样能使沉钒率达到99％以上。
下面将通过实施例对本发明的具体实施方式做进一步的解释说明，但不表示将本发明的保护范围限制在实施例所述范围内。
实施例1采用本发明方法制备高密度多钒酸铵
取钒渣钙化焙烧酸浸液500mL，其中TV＝31.06g/L，NH4 +＝7.20g/L，pH＝2.89，加入硫酸铵0g，溶液中NH4 +/V浓度比为0.23，搅拌溶解后加硫酸调pH＝1.4，放入水浴锅中升温至沸腾沉淀60min，过滤洗涤干燥得到多钒酸铵；根据上层液钒浓度计算得到沉钒率为99.26％，多钒酸铵测定堆密度为0.77g/com3。
实施例2采用本发明方法制备高密度多钒酸铵
取钒渣钙化焙烧酸浸液500mL，其中TV＝28.77g/L，NH4 +＝3.28g/L，pH＝2.96，加入硫酸铵8.37g，溶液中NH4 +/V浓度比为0.27，搅拌溶解后加硫酸调pH＝1.6，放入水浴锅中升温至沸腾沉淀45min，过滤洗涤干燥得到多钒酸铵；根据上层液钒浓度计算得到沉钒率为99.18％，多钒酸铵测定堆密度为0.68g/com3。
实施例3采用本发明方法制备高密度多钒酸铵
于沉淀罐中加入钒渣钙化焙烧酸浸液约20m3,其中TV＝24.72g/L，NH4 +＝5.34g/L，pH＝3.07，加入硫酸铵200kg，溶液中NH4 +/V浓度比为0.33，搅拌溶解后加硫酸调pH＝1.8，通入高温蒸汽升温至沸腾沉淀60min，过滤洗涤干燥得到多钒酸铵；根据上层液钒浓度计算得到沉钒率为99.10％，多钒酸铵测定堆密度为0.62g/com3。
对比例4采用现有方法制备多钒酸铵
取钒渣钙化焙烧酸浸液500mL，其中TV＝32.42g/L，NH4 +＝4.20g/L，pH＝2.87，加入硫酸铵9.40g，溶液中NH4 +/V浓度比为0.33，搅拌溶解后加硫酸调pH＝2.1，放入水浴锅中升温至沸腾沉淀60min，过滤洗涤干燥得到多钒酸铵；根据上层液钒浓度计算得到沉钒率为99.33％，多钒酸铵测定堆密度为0.29g/com3。
由实施例和对比例可知，本发明采用钒渣钙化焙烧酸浸液进行沉钒，通过控制沉钒时的pH为1.4～1.8，使沉钒反应过程为多钒酸根的铵氢协同沉淀过程，最终形成的产物为NH4V3O8·y HV3O8·z H2O，从而最终提高多钒酸铵的密度，密度达到0.5g/cm3以上，相比现有方法提高了2倍，具有重要的经济意义。

Claims (8)

1.钙化焙烧酸浸液铵氢协同制备高密度多钒酸铵的方法，其特征在于，包括以下步骤：
a、取钒渣钙化焙烧酸浸液，调节至pH值为2.2～3.8，温度为20℃～75℃，控制NH4 +浓度为酸浸液中钒浓度的0.22～0.33倍；
b、调节溶液pH值至1.4～1.8，升温至沸腾，进行反应；
c、将步骤b得到的产物固液分离、洗涤，干燥，得到高密度多钒酸铵。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤a所述的酸浸液中的钒浓度为20g/L～35g/L。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：步骤a所述的酸浸液中包含有0～0.33倍钒浓度的NH4 +。
4.根据权利要求1～3任一项所述的方法，其特征在于：步骤a中，当NH4 +浓度不足钒浓度的0.22～0.33倍时，加入铵盐补足。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：所述的铵盐为硫酸铵、碳酸铵或氯化铵中的一种。
6.根据权利要求1～5任一项所述的方法，其特征在于：步骤b中反应时间为45min～60min。
7.根据权利要求1～6任一项的方法，其特征在于：步骤c所述干燥时的温度为90℃～110℃，干燥时间为3h～12h。
8.根据权利要求1～7任一项所述的方法，其特征在于：步骤c所述高密度多钒酸铵为密度＞0.5g/cm3的多钒酸铵。
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