CN112030011A - 一种含钒物料全湿法一步沉钒生产五氧化二钒的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属湿法冶金领域,具体涉及一种含钒物料全湿法一步沉钒生产五氧化二钒的方法,含钒物料采取以稀硫酸为浸出剂,以含钒物料的耗酸量和浸出终点残酸浓度确定浸出的硫酸浓度,添加萤石粉作助浸剂循环多次富集浸出;所得循环富集浸出液用钙粉中和净化控制一定的硫酸浓度;所得钙粉中和净化液在高酸条件下用双氧水氧化钒,通入CO2,加入一定量的湿聚合多钒酸作晶种,用蒸汽加温至沸保温沉钒生产粗钒,沉钒母液返回第一浸出配酸;粗钒精制,洗涤,生产含格的五氧化二钒产品。本发明的有益效果在于:本发明采取全湿法一步法提钒工艺不需焙烧,无焙烧废气和烟尘对外环境排放,环境友好。
Description
技术领域
本发明属湿法冶金领域,具体涉及一种含钒物料全湿法一步沉钒生产五氧化二钒的方法。
背景技术
传统的五氧化二钒生产工艺是将含钒物料经配料焙烧,烧渣经水浸或酸浸(或含钒物料采取酸、碱浸取)浸取液固液分离,采取树脂离子交换或溶剂萃取进行杂质分离和钒的富集,饱和树脂经解吸(溶剂萃取经反萃),所得的富钒液控制一定的pH值加入硫酸铵或氯化铵沉钒。传统提钒工艺流程长,回收率低,所涉及的化学试剂多,生产成本高,环保难以达标排放。
发明内容
本发明针对上述传统提钒工艺存在的技术问题而提出一种含钒物料全湿法一步沉钒生产五氧化二钒的方法,其工艺流程短,采用的化学试剂少,成本低。
本发明解决上述技术问题所采用的解决方案是:一种含钒物料全湿法一步沉钒生产五氧化二钒的方法,含钒物料采取以稀硫酸为浸出剂,以含钒物料的耗酸量和浸出终点残酸浓度确定浸出的硫酸浓度,添加萤石粉作助浸剂循环多次富集浸出;所得循环富集浸出液用钙粉中和净化控制一定的硫酸浓度;所得钙粉中和净化液在高酸条件下用双氧水氧化钒,通入CO2,加入一定量的湿聚合多钒酸作晶种,用蒸汽加温至沸保温沉钒生产粗钒,沉钒母液返回第一浸出配酸;粗钒精制,洗涤,生产含格的五氧化二钒产品。
所述的多次富集浸出具体步骤是:第一次浸出过滤液补加硫酸返回,添加萤石粉作第二次浸出剂用,第二次浸出过滤液补加硫酸和萤石粉作助浸剂返回第三次浸出,依次类推循环富集浸出至含钒溶液富集至工艺要求。
所述的循环富集浸出液用钙粉中和净化控制硫酸浓度为4%~5%,过滤渣返回浸出工系。
本发明钙粉中和净化除杂过滤液,加双氧水氧化至钒氧化完全,通入CO2气体,加入一定量湿聚合多钒酸作晶种,用蒸汽加温沉淀出粗钒。其中CO2是一种酸性气体,在水中溶解度较大,形成碳酸H2CO3,
CO2+H2O=H2CO3
在25℃标准大气压下二氧化碳溶解度为(体积比)1:0·759,60℃(体积比)为1:0·359。
钒在酸性条件下可发生聚合反应,生成聚合多钒酸沉淀,但在高酸条件下该反应是一可逆反应,沉钒难以完全。
当在溶液中通入大量的CO2可生成碳酸,因碳酸是一弱酸,溶液的酸度变化不大,但可源源不断地提供大量的H+促使上述反应向右移动而使在高酸条件下沉钒完全。
粗钒精制:湿粗钒(聚合多钒酸)加入稀乙酸溶液中,加入一定量的碳酸氢铵提供氨离子,(碳酸氢铵,碳酸氢铵+乙酸生成乙酸铵,主要是为节约成本,碳酸氢铵500元/t,乙酸氨6000多元/t)在常温条件下搅拌浸出精制过滤,过滤液补加一定量的碳酸氢铵循环使用,当杂质累积一定量时加温至沸过滤除杂,补加一定量的碳酸氢铵循环使用,精制过滤的聚合多钒酸用稀乙酸溶液和去离子水淋滤洗涤,于280℃脱氨0.5h,500℃~550℃灼烧2h得桔红色或桔黄色五氧化二钒含量>98·5%的钒产品。
本发明以含钒物料耗酸量和浸出终点残酸量控制硫酸浓度,添加萤石粉作助浸剂,保证钒的浸出完全,采取循环富集浸出,钒的富集在浸出工系中完成,不需釆取其它分离富集工艺;
循环富集浸出液一般含Ⅴ2O5在15~40g/L,硫酸浓度5%~10%。硫酸含量和杂质含量高,不能直接沉钒,需中和调碱。本发明不选用钠盐,铵盐和钠氨的氢氧化物作中和剂,因本发明为保证钒的浸取完全,添加萤石粉作助浸剂,萤石粉的成分是氟化钙,氟化钙在硫酸体系加温浸出过程中生成硫酸钙和氢氟酸,氢氟酸腐蚀性极强是一种无选择性强酸,可与含钒物料中大多数金属和非金属元素反应,在含钒物料酸浸提钒浸出过程中可与含钒物料中的铁、铝、硅反应,生成相应铁、硅、铝的配合物,破坏含钒矿物的晶格结构将钒释放出来溶于稀硫酸溶液中,氟和含钒物料中的三价铁和二价铁离子生成无色的Fe·FeF5晶体沉淀,氟和含钒物料中的硅和铝反应生成相应的SiF6 -2和AlF5 -2阴离子,采用钠盐或氨盐等碱性材料或氢氧化物调碱时,氟硅、氟铝离子生成相应可溶性的钠、氨盐类留在溶液中。而当用石灰调碱时,因局部碱性高易造成钒生成次钒酸钙沉淀造成富钒溶液含钒量的降低。
用钙粉(碳酸钙)中和调碱,因碳酸钙本身不具有碱性,只能与硫酸反应生成硫酸钙,CO2和水,因含钒物料未经焙烧酸浸液钒为四价钒,四价钒在硫酸体系为阳离子(VO3SO4)不能与碳酸钙反应,不会造成钒的沉淀。所生成的硫酸钙微溶于水,在低酸条件下溶解度大于氟硅酸钙和氟铝酸钙,氟硅酸根和氟铝酸根在低酸条件下可将硫酸钙中的钙离子置换生成相应的氟硅酸钙和氟铝酸钙沉淀进入调碱中和渣中,达到净化目的,为后续沉钒创造工艺条件。
将钙粉中和调碱液,用双氧水将钒氧化完全,加入双氧水作氧化剂不引入其它钠、氯杂质离子,通入CO2用蒸汽加温无氨沉钒,生产聚合多钒酸粗钒;
精钒精制:本发明粗钒精制采取稀乙酸溶液浸取粗钒中的杂质,利用乙酸几乎(除铬外)常见金属乙酸盐的可溶性,但又不能与钒反应的特性,用稀乙酸在常温条件下浸取分离粗钒中的钙、铁、铝等杂质元素提高钒含量。
乙酸是一种一元有机弱酸,水溶液呈弱酸性且蚀性强,酸度系数为4.8,1mOl/L浓度的乙酸的pH值为2.4,也就是说仅有0.4%的乙酸分子是解离的。
利用乙酸性质进行粗钒精制除杂其反应式如下:
6CH3COOH+Fe2(SO4)3=2(CH3COO)3Fe+3H2SO4 ①
6CH3COOH+Cα3V10O28=3(CH3COO)2Ca+H6V10O28 ②
3CH3COOH+Al(OH)3=(CH3COO)3Al+H2O ③
2CH3COOH+CαSO4=(CH3COO)2Ca+H2SO4 ⑤
当溶液中有氨离子存在时,聚合多钒酸与氨离子反应生成聚合多钒酸氨释放出乙酸。
6CH3COONH4+H6V10O28=6CH3COOH+(NH4)6V10O28
乙酸铁,乙酸钙在乙酸体系中因其pH值只有2.4在加温时水解生成氢氧化铁沉淀,钙与溶液中的硫酸根反应生成硫酸钙沉淀,将其溶液加温至沸过滤除去循环使用。
综上所述含钒物料(含含钒石煤)采取以稀硫酸为浸出剂,以含钒物料(含含钒石煤)的耗酸量和浸出终点残酸浓度确定浸出硫酸浓度用量,添加萤石粉作助浸剂循环富集浸出;
按上述方案,所述的含钒物料包括含钒石煤、含钒钢渣、含钒废催化剂、及其它含钒废料中的任意一种。
按上述方案,所述的含钒物料的耗酸量和浸出终点残酸浓度需作试验确定,所述的添加萤石粉作助浸剂循环多次富集浸出,所述的循环富集浸出液V2O5含量10g/L~40g/L。
按上述方案,所述的循环富集浸出液用钙粉中和净化控制硫酸浓度为质量体积百分比为4%~5%。
按上述方案,所述的高酸条件下为硫酸质量体积百分比4%~5%;所述的用双氧水氧化钒,其中,双氧水用量为钒含量理论量1~3倍量;所述的通入CO2用量为1L/min/m3~5L/min/m3,湿聚合多钒酸用量为1Kg/m3~50Kg/m3。
按上述方案,所述的粗钒用乙酸+乙酸铵溶液浸取精制,用稀乙酸溶液和去离子水洗涤,生产合格的五氧化二钒产品,所述的乙酸+乙酸铵溶液,乙酸体积百分比为1%~10%,优选6%~8%,乙酸铵以质量体积百分比加入2%~3%碳酸氢铵即可,控制乙酸+乙酸铵溶液中氨离子含量3g/L~5g/L;所述的用稀乙酸溶液和去离子水洗涤,稀乙酸溶液%含乙酸5g/~10g/L溶液。
本发明的有益效果在于:
1)本发明采取全湿法一步法提钒工艺不需焙烧,无焙烧废气和烟尘对外环境排放,环境友好;
2)本发明以含钒物料的耗酸量和浸出终点残酸量确定浸出的硫酸浓度,添加萤石粉作助浸剂,加温浸出,强化钒的浸出工艺条件,适应全部含钒物料(含含钒石煤),浸出率可达90%以上;
3)采取浸出液循环富集浸出不需用树脂离子交换或溶剂萃取工艺进行杂质分离和钒的富集,节省投资;缩短工艺流程,降低生产成本;
4)循环富集浸出的富钒溶液用钙粉中和净化,减少钒的沉淀;
5)用双氧水氧化钒,不引入其它杂质更环保,符合清洁生产工艺;
6)在4%~5%硫酸浓度强酸性条件下通入CO2沉钒,杂质沉淀少,有利于后续钒的精制;沉钒母液返回第一次浸出配酸可降硫酸用量节约生产成本;工业废水零排放:
7)本发明粗钒精制是利用乙酸性质在常温条件下可与大多数金属元素反应生成可溶性乙酸盐,但钒不能反应的性质,将杂质元素溶解分离,精钒质量稳定。浸取的乙酸溶液当杂质元素含量高时只需加温至沸过滤,就能将乙酸溶液中的杂质分离出去循环使用,粗钒精制工艺稳定,简单、可操作性强、成本低。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步详细的说明。
实施例1
一日处理2000吨/日钒土提钒企业,钒土含V2O5平均品位0.800%,矿山以泥质扳岩和硅质岩互层,钒赋存于泥质板岩中,矿石因氧化完全,泥化严重,矿石经破碎水洗筛分富集,可将钒品位富集至2.000%以上,以水洗富集浆料为原料采取添加干矿重2%萤石粉作助浸剂,按干矿耗酸量140Kg/吨矿和浸出终点残酸量25%控制硫酸浓度用量,第一次浸出用沉钒母液配酸,控制固液比1:2用蒸汽加温至沸,保温浸取4h过滤,过滤返回补酸和添加萤石粉作第二次浸出剂循环富集浸出,第二次循环富集浸出液补加硫酸和萤石粉作第三次浸出剂使用,主要是为了降低终点残酸量,第三次浸渣返回作第一次浸出原料。
经三次循环富集浸出,将钒富集至20g/L~24g/L,其残酸硫酸浓度10%~14%,用钙粉中和净化将硫酸浓度控制在4%~5%过滤,过滤渣返回浸出工系,过滤液调至沉钒罐,用计量泵按钒量的0.8倍量加入27.5%工业双氧水至钒氧化完全,按2Kg/m3加入湿聚合多钒酸作晶种,按3L/min/m3通入工业CO2,用蒸汽继续加温至沸保温2h过滤,得90%左右的粗钒。
配制80g/L乙酸+20g/L碳酸氢铵溶液,化验乙酸含量62.3g/L,氨离子4.35g/L,控制固液比1:4,在常温条件下搅拌浸取4h过滤,过滤渣用5g/L乙酸溶液和去离水淋洗,抽滤干。在钒灼烧炉中280℃脱氨0.5h,500℃灼烧2h得桔红色V2O5含量大于98.5%的精钒。乙酸+乙酸氨浸取液补碳酸氢铵至氨含量在3~5g/L循环使用。
实施例2
一日处理1000吨/日含钒石煤提钒企业,石煤钒含量0.900%左右,固定炭含量10%,矿石经鄂式破碎机破碎,反击式粉碎,湿式球磨制浆,浆料用真空带式过滤机过滤,过滤渣第一次用沉钒母液配酸,按该矿耗酸量80kg/吨矿,浸出终点残酸量10%加入硫酸,添加干矿重2%萤石粉作助浸剂,控制固液比1:2,用蒸汽加温至沸保温30min过滤。过滤液补加硫酸和萤石粉作助浸剂第二循环富集浸出。
经循环富集浸出四次,过滤液钒含量富集至20g/L以上。硫酸含量10%左右,加入钙粉中和净化至硫酸浓度4%~5%过滤,过滤渣返回浸出工系,过滤液调至沉钒罐中沉钒。
按钒量的1.2倍量加入27.5%工业双氧水将钒氧化完全,按每立方米溶液加入4Kg/m3湿聚合多钒酸作晶种,按每立方米溶液通入2L/min/m3工业CO2气体,用蒸汽加温至沸保温2h过滤,得90%粗钒。
粗钒精制:配制100g/L乙酸+20g/L碳酸氢铵溶液,化验乙酸含量80.2g/L,氨离子4.45g/L,控制固液比1:3常温条件下搅拌3h过滤,过滤渣用5g/L乙酸溶液和去离子水淋洗。在V2O5灼烧炉中280℃脱氨0.5h,550℃灼烧2h得桔红色>98.5%精钒。
实施例3
步骤与实施例1类似。
一含钒钢渣提钒企业,含钒钢渣V2O5平均含量6%,原工艺为添加碳酸钠在迴转窑中钠化焙烧,烧渣水浸,水浸液用硫酸酸化加硫酸铵用蒸汽加温沉钒。因该工艺钒回收率低,沉钒母液中含有大量的钠离子和氨离子,不能循环使用,环保压力大。现改为全湿法一步法沉钒提钒工艺:含钒钢渣经湿式球磨制浆,控制固液比1:5,添加萤石粉作助浸剂用稀硫酸加温循环富集浸出二次至钒含量大于20g/L,循环富集浸出液,用钙粉中和至硫酸浓度4%~5%过滤,过滤液用双氧水将钒氧化完全,通入2L/min/m3CO2,用蒸汽加温至沸,按每立方米加入2Kg湿聚合多钒酸作晶种,保温1h过滤得朱红色聚合多钒酸粗钒。
粗钒精制:配制80g/L乙酸+20g/L碳酸氢铵溶液,化验乙酸6.12g/L,氨离子4.35g/L,控制固液比1:5,在常温条件下搅拌5h过滤,过滤渣用5g/L乙酸溶液和去离子水淋洗,于V2O5灼烧炉中280℃脱氨0.5h,500℃灼烧2h得桔红色Ⅴ2O5大于98.5%精钒。
实施例4
步骤与实施例1类似。
一利用硫酸废触媒提钒企业,硫酸废触媒平均V2O5含量5%左右,采取稀硫酸用蒸汽加温循环富集浸出至浸出液V2O5大于20g/L,用钙粉中和至硫酸含量4%~5%过滤,过滤液用双氧水至钒氧化完全,通入1L/min/m3CO2,用蒸汽加温至沸,按每立方米溶液加入5kg湿聚合多钒酸作晶种,保温1h过滤得朱红色聚合多钒酸粗钒。
粗钒精制:配制80g/L乙酸+20g/L溶液,化验乙酸60.5g/L,氨离子4.3g/L,控制固液比1:4,在常温条件下搅拌5h过滤,过滤渣用5g/L乙酸溶液和去离子水淋洗。于V2O5灼烧炉中280℃脱氨0.5h,550℃灼烧1h得V2O5大于98.5%精钒。
Claims (8)
1.一种含钒物料全湿法一步沉钒生产五氧化二钒的方法,含钒物料采取以稀硫酸为浸出剂,以含钒物料的耗酸量和浸出终点残酸浓度确定浸出的硫酸浓度,添加萤石粉作助浸剂循环多次富集浸出;所得循环富集浸出液用钙粉中和净化控制一定的硫酸浓度;所得钙粉中和净化液在高酸条件下用双氧水氧化钒,通入CO2,加入一定量的湿聚合多钒酸作晶种,用蒸汽加温至沸保温沉钒生产粗钒,沉钒母液返回第一浸出配酸;粗钒精制,洗涤,生产含格的五氧化二钒产品。
2.根据权利要求1所述的含钒物料全湿法一步沉钒生产五氧化二钒的方法,其特征在于所述的多次富集浸出具体步骤是:第一次浸出过滤液补加硫酸返回,添加萤石粉作第二次浸出剂用,第二次浸出过滤液补加硫酸和萤石粉作助浸剂返回第三次浸出,依次类推循环富集浸出至含钒溶液富集至工艺要求。
3.根据权利要求1所述的含钒物料全湿法一步沉钒生产五氧化二钒的方法,其特征在于所述的含钒物料包括含钒石煤、含钒钢渣、含钒废催化剂、及其它含钒废料中的任意一种。
4.根据权利要求1所述的含钒物料全湿法一步沉钒生产五氧化二钒的方法,其特征在于所述的含钒物料的耗酸量和浸出终点残酸浓度需作试验确定,所述的添加萤石粉作助浸剂循环多次富集浸出,所述的循环富集浸出液V2O5含量10g/L~40g/L。
5.根据权利要求1所述的含钒物料全湿法一步沉钒生产五氧化二钒的方法,其特征在于所述的循环富集浸出液用钙粉中和净化控制硫酸浓度为质量体积百分比为4%~5%。
6.根据权利要求1所述的含钒物料全湿法一步沉钒生产五氧化二钒的方法,其特征在于所述的高酸条件下为硫酸质量体积百分比4%~5%;所述的用双氧水氧化钒,其中,双氧水用量为钒含量理论量1~3倍量;所述的通入CO2用量为1L/min/m3~5L/min/m3,湿聚合多钒酸用量为1Kg/m3~50Kg/m3。
7.根据权利要求1所述的含钒物料全湿法一步沉钒生产五氧化二钒的方法,其特征在于所述的粗钒用乙酸+乙酸铵溶液浸取精制,用稀乙酸溶液和去离子水洗涤,生产合格的五氧化二钒产品,所述的乙酸+乙酸铵溶液,乙酸体积百分比为1%~10%,乙酸铵以质量体积百分比加入2%~3%碳酸氢铵即可,控制乙酸+乙酸铵溶液中氨离子含量3g/L~5g/L;所述的用稀乙酸溶液和去离子水洗涤,稀乙酸溶液为含乙酸5g/~10g/L溶液。
8.根据权利要求1所述的含钒物料全湿法一步沉钒生产五氧化二钒的方法,其特征在于所述的乙酸体积百分比为6%~8%。
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RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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