CN114317990B - 一种含钒钢渣经钠化氧化水淬提钒的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种含钒钢渣经钠化氧化水淬提钒的方法，所述方法包括：(1)混合熔融状态的含钒钢渣和钠源，经氧化性气体氧化，得到钠化渣；(2)所述钠化渣经水淬，得到的水淬后固相再进行后续提钒。本发明通过直接采用熔融状态的含钒钢渣进行钠化，钠化效果更佳，并结合水淬步骤能够将含钒钢渣中的硅有效的玻璃化，使后续浸出时钒的浸出率更高，可实现常压下的钠化反应，能耗低；而且整个过程消耗无废水废气排放，是一种高效节能、清洁的提钒方法，适用于工业化生产，具有良好的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及钒化工冶金技术领域，尤其涉及一种含钒钢渣经钠化氧化水淬提钒的方法。
背景技术
钒是一种重要的战略金属，由于其具有优良的物理化学性质，被广泛应用在冶金、化工等领。目前，钢铁行业通常利用冶炼钒钛磁铁矿所产生的含钒钢渣来作为提取钒的主要原料。含钒钢渣是冶炼钒钛磁铁矿的副产品，是含钒铁水炼钢所形成的含V2O5在2-10％的钢渣(与钒渣相比其钙含量大)，其产生过程有两种途径，一种是半钢中残存的钒经炼钢后氧化进入渣中，另一种是未经吹炼钒渣的铁水直接炼钢得到含钒钢渣。尽管含钒钢渣中钒品位较低，但仍是很有价值的钒资源，可作为提钒的重要原料。但是，含钒钢渣中，CaO和铁的含量非常高，而钒品位很低，且赋存形态复杂，弥散分布于多种矿物相中，难以直接选冶分离，因而含钒钢渣提钒难度相当大。目前，含钒钢渣提钒已成为当今的一个研究热点与难点。
目前，含钒钢渣提钒主要有2种途径，一是含钒钢渣返回炼铁富集钒，炼出高含钒渣，再进一步提钒，即将含钒钢渣作为熔剂添加在烧结矿中进入高炉冶炼，钒熔于铁水中，经吹钒得到高品位钒渣，作为提钒或冶炼钒铁合金的原料。该工艺虽然能回收铁、锰等有价元素，同时降低铁钢比的能耗，但易造成磷在铁水中循环富集，加重钢渣脱磷任务；且钢渣杂质多，有效CaO含量相对较低，会降低烧结矿品位，增加炼铁过程能耗，因此该方法未能得到推广。另一种含钒钢渣的处理方法是直接提钒法，有钠化焙烧、钙化焙烧、降钙焙烧和直接酸浸等工艺。
钠化焙烧是以食盐或苏打为添加剂，通过焙烧将低价钒氧化为5价钒的可溶性钠盐，采用水或碳酸化浸出。该工艺优点在于钢渣的处理量大，工艺技术成熟。但钠化焙烧一方面存在钠盐消耗较大，焙烧过程中若选择含氯离子的钠盐将会产生有害气体；另一方面该工艺对含钒钢渣中V和Ca品位有严格要求，不适宜V2O5含量低、CaO含量高的钢渣等不足。钙化焙烧是以石灰等作焙烧熔剂，采用碳酸化浸出等浸出钒。此法无有害气体的产生、炉料不结块、粘料不结圈等优点；钙化焙烧也存在对物料具有一定的选择性，对于普通钢渣存在转化率低、成本高，此外由于除磷困难，钙化焙烧提钒不适用于高磷含钒钢渣等。
降钙焙烧—浸出提钒：Amiri提出的降钙焙烧—浸出提钒是指焙烧过程中添加磷酸盐和钠盐，促使钢渣中的CaO与磷酸盐结合生成微溶于水的磷酸钙，而钒氧化物则与钠盐结合生成水溶性的含钒钠盐，实现钢渣中CaO和钒氧化物的分离。降钙焙烧虽然可以减少酸浸过程中的酸耗，但是在焙烧过程中由于钢渣中CaO含量较高所需磷酸盐的配比较大，导致焙烧成本较高。
关于对含钒钢渣钠化氧化提钒的研究已有相关公开。
CN103131867A公开了一种前期通过选矿预处理后常温常压下不焙烧选择性分段酸浸提取钒的方法，此方法加入了选矿操作，不需要高温焙烧，过程中有效杜绝了C12、HCl、SO2、粉尘等大气污染物，并降低了废水产生量和排放量；缺点含钒钢渣渣系组成复杂选矿不易显著分离，而常温常压浸取反应速度慢且耗酸较多，导致生产成本偏高，产品效益降低。
CN102071321A公开了用高碱度的氢氧化钾介质从含钒钢渣中提取钒、铬的方法，此方法不需要高温焙烧，反应温度为到160-240℃，湿法提钒铬，过程中有效杜绝了C12、HCl、SO2、粉尘等大气污染物，并降低了废水产生量和排放量；缺点是KOH介质价格昂贵，而KOH与钢渣的质量比为3:1到5:1、反应碱浓度为60％-90％，则损耗的KOH介质较多，导致生产成本偏高，产品效益降低。
CN107090549A公开了一种低温钠化焙烧-加压酸浸的方法处理含钒钢渣的方法。含钒钢渣在焙烧过程中添加助剂以实现低温钠化焙烧，焙烧产物采用加压酸浸代替传统的热水浸出方式，提高钒浸出效率。该反应焙烧过程能耗低、浸出工序废水排放量小；缺点是需要添加助溶剂CaF2来参与反应，反应后固废对环境有害；且加压浸出生产成本高，且终渣中残余的V量较高。
综上，现有含钒钢渣提钒的工艺存在各种各样的问题，需要开发新路线来提高含钒钢渣中钒的利用率。
发明内容
鉴于现有技术中存在的问题，本发明提供一种含钒钢渣经钠化氧化水淬提钒的方法，而且是一种含钒钢渣清洁节能提钒的方法，实现了从含钒钢渣中高效的提钒，钒的浸出率一般≥80％，最高可达90％以上，且提钒过程中无废水废气排出，是一种高效节能、清洁的提钒方法。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
本发明提供一种含钒钢渣经钠化氧化水淬提钒的方法，所述方法包括：
(1)混合熔融状态的含钒钢渣和钠源，经氧化性气体氧化，得到钠化渣；
(2)所述钠化渣经水淬，得到的水淬后固相再进行后续提钒。
含钒钢渣与钒渣不同，钒渣是钒钛磁铁矿经高炉还原-转炉提钒后得到的一种富集钒的炉渣，钒渣中V2O5含量通常为10-20％。含钒铁水转炉吹炼分离钒渣后，在铁水中加入石灰，进一步氧化吹炼除去S、P等杂质，得到的炉渣为含钒钢渣，含钒钢渣中V2O5含量通常小于3％。此外，含钒钢渣和钒渣最大的区别为CaO的含量，钒渣的CaO含量一般＜5％，含钒钢渣CaO的含量＞20％。传统提钒工艺中渣中CaO含量对提钒效果影响非常大，因此，含钒钢渣中钒的提取率通常非常低，不足50％，属于难处理含钒二次资源。
含钒钢渣主要成分为辉石、镁长石、铝镁尖晶石、钛酸钙，钒可能与铝镁尖晶石共存在于渣中，所以实现钒提取的关键是强化分解铝镁尖晶石以及解除硅对钒的占据。在低温下焙烧很难实现铝镁尖晶石的分解，所以采取在含钒钢渣熔融态进行钠化氧化。熔融态含钒钢渣加入钠源并供入氧化性气体，使渣中的三价钒氧化成五价钒，并与钠源反应生成可溶性钒酸盐，有利于后续工艺中钒的浸出，提高钒的回收率。喷吹氧化性气体还起到搅拌的作用，使气-液反应更加充分，大幅降低氧化、钠化的时间。该方法可以充分利用转炉冶炼过程中含钒钢渣的余热，直接在排放的转炉钢渣中添加钠盐，并吹氧进行氧化钠化。
含钒钢渣中硅含量高，在含钒钢渣熔融状态下进行钠化后硅与钠、铝、钙等元素形成稳定的含硅物相，包裹含钒物相，不利于后续碱浸提钒，但快速急冷可以得到含硅的玻璃相，钠化渣的硬度减小，容易细磨，而且碱浸过程钒容易提取，提高了钒的转化率。
与传统的钠化焙烧相比，可大幅节约氧化、钠化能耗，钒转化率可提高20％。
优选地，步骤(1)中所述含钒钢渣的温度为1510～1600℃，例如可以是1510℃、1520℃、1530℃、1540℃、1550℃、1560℃、1570℃、1580℃、1590℃或1600℃等，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举。
优选地，所述含钒钢渣包括转炉吹炼过程中直接排放的熔融渣和/或将固体含钒钢渣重新加热得到的熔融渣。
优选地，所述含钒钢渣的来源为含钒铁水经过第二次氧化吹炼后得到的钢渣，本领域技术人员知晓一般第一次吹炼得到五氧化二钒含量为8～20％的钢渣，但本发明中优选针对含钒量更低的第二次氧化吹炼后得到的钢渣，即使针对含量仅为0.5～1.2％的含钒钢渣，本发明的方法仍然能够取得较高的浸出率。
优选地，步骤(1)中所述含钒钢渣中V2O5含量为0.5～1.2％，例如可以是0.5％、0.6％、0.7％、0.8％、0.9％、1％、1.1％或1.2％等，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举。
优选地，所述含钒钢渣中CaO含量为30～50％，例如可以是30％、33％、35％、37％、39％、42％、44％、46％、48％或50％等，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举。
优选地，所述含钒钢渣中SiO2含量为20～30％，例如可以是20％、22％、23％、24％、25％、26％、27％、28％、29％或30％等，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举。
优选地，所述含钒钢渣中Fe含量为1～5％，例如可以是1％、1.5％、1.9％、2.4％、2.8％、3.3％、3.7％、4.2％、4.6％或5％等，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举。
优选地，所述含钒钢渣中Al2O3含量为10～20％，例如可以是10％、12％、13％、14％、15％、16％、17％、18％、19％或20％等，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举。
优选地，所述钠源包括氢氧化钠和/或碳酸钠。
本发明通过选择NaOH或Na2CO3，无焙烧有害窑气产生，且Na2CO3高温分解产生气体可改善反应动力学，可以达到清洁生产的目的。
优选地，所述钠源中钠的质量占含钒钢渣的质量的3.3～7％，例如可以是3.3％、3.8％、4.2％、4.6％、5％、5.4％、5.8％、6.2％、6.6％或7％等，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举。
本发明优选钠源中钠的质量为上述范围，能够更好地强化分解铝镁尖晶石，更好地将硅转化为玻璃相，进一步提高浸出率。
优选地，所述氧化性气体包括空气和/或氧气。
优选地，所述氧化的方式包括利用氧化性气体进行顶吹。
优选地，所述氧化包括第一阶段氧化和第二阶段氧化。
本发明优选采用两段式供氧操作，第一阶段采用高压大流量供氧强度，将低价的钒和铁快速氧化，释放热量；二段采用小流量，可以节约能耗，同时能够在短时间内达到较佳的钠化效果，其中所述氧化的总时间为1.5～5min，例如可以是1.5min、2min、2.5min、3min、3.5min、4min、4.5min或5min等。
优选地，所述第一阶段氧化中氧化性气体的流量为3.0～4.8m3/(min·t渣)，例如可以是3.0m3/(min.t)、3.5m3/(min.t)、4m3/(min.t)、4.5m3/(min.t)或4.8m3/(min.t)等，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举。
优选地，所述第一阶段氧化中氧化吹炼喷枪插入含钒钢渣的深度为0.5～0.8m，例如可以是0.5m、0.6m、0.7m或0.8m等，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举。
优选地，所述第一阶段氧化中吹炼反应的时间为0.5～2min，例如可以是0.5min、0.8min、1.1min、1.4min、1.7min或2min等，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举。
优选地，所述第二阶段氧化中氧化性气体的流量为1.0～3.0m3/(min·t渣)，例如可以是1.0m3/(min.t渣)、1.5m3/(min.t)、2m3/(min.t)、2.5m3/(min.t)或3m3/(min.t)等，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举。
优选地，所述第二阶段氧化中氧化吹炼喷枪插入含钒钢渣的深度为0.7～1.0m，例如可以是0.7m、0.8m、0.9m或1.0m等，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举。
优选地，所述第二阶段氧化中吹炼反应的时间为1～3min，例如可以是1min、1.5min、2.0min、2.5min或3min等，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举。
优选地，步骤(2)中所述水淬的温度为25～35℃，例如可以是25℃、28℃、31℃或35℃等，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举。
优选地，所述水淬的用水量为钠化渣的质量的5～10倍，例如可以是5倍、6倍、7倍、8倍、9倍或10倍。以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举。
本发明进一步优选水淬的用水量在上述范围，达到更佳的急冷效果。
优选地，所述后续提钒包括：所述水淬后固相经烘干，得到干燥钠化渣；所述干燥钠化渣依次经球磨和浸出提钒，得到含钒溶液。
优选地，所述浸出提钒后趁热固液分离，得到含钒溶液。
优选地，所述球磨后粒度为-200目的占比为80～95％，例如可以是80％、82％、85％、88％、90％、92％或95％，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举。
优选地，所述浸出提钒采用的浸提液中含有碱。
优选地，所述碱包括氢氧化钠。
优选地，所述浸提液中氢氧化钠的浓度为30～40wt％，例如可以是30wt％、33wt％、36wt％、39wt％或40wt％，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举。
优选地，所述浸出提钒中浸提液与球磨后的钠化渣的液固比为(3～5):1，例如可以是3:1、3.2:1、3.4:1、3.6:1、3.8:1、4:1、4.2:1、4.4:1、4.6:1、4.8:1或5:1，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举。
优选地，所述浸出提钒的温度为80～95℃，例如可以是80℃、82℃、84℃、86℃、88℃、90℃、92℃、94℃或95℃，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举。
优选地，所述含钒溶液经结晶和固液分离，得到钒酸钠晶体。
优选地，所述结晶包括降温结晶。
优选地，所述结晶的终点温度为30～45℃，例如可以是30℃、32℃、34℃、36℃、38℃、40℃、42℃或45℃，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举。
优选地，所述结晶的保温时间为1～2h，例如可以是1h、1.2h、1.4h、1.6h、1.8h或2h，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举。
优选地，所述结晶的结晶母液可循环用于浸出含钒钢渣，从而使整个过程无废水排放，是一种清洁的提钒方法。
作为本发明优选的技术方案，所述方法包括如下步骤：
(1)混合熔融状态的温度为1510～1600℃的含钒钢渣和钠源，钠源中钠的质量占含钒钢渣的质量的3.3～7％，将氧化吹炼喷枪插入含钒钢渣的深度设置为0.5～0.8m，通入流量为3.0～4.8m3/(min·t渣)的氧化性气体进行吹炼反应0.5～2min；然后将氧化吹炼喷枪插入含钒钢渣的深度设置为0.7～1.0m，通入流量为1.0～3.0m3/(min·t渣)的氧化性气体进行吹炼反应1～3min，得到钠化渣；所述含钒钢渣中V2O5含量为0.5～1.2％；所述含钒钢渣中CaO含量为30～50％；所述含钒钢渣中SiO2含量为20～30％；所述含钒钢渣中Fe含量为1～5％；所述含钒钢渣中Al2O3含量为10～20％；
(2)所述钠化渣经温度为25～35℃的水淬，水淬的用水量为钠化渣的质量的5～10倍，得到的水淬后固相再进行后续提钒；
所述后续提钒包括：所述水淬后固相经烘干，得到干燥钠化渣；所述干燥钠化渣依次经球磨，球磨后粒度为-200目的占比为80～95％，然后利用氢氧化钠浓度为30～40wt％的浸提液进行80～95℃浸出提钒，浸提液与球磨后的钠化渣的液固比为(3～5):1，趁热固液分离，得到含钒溶液；
所述含钒溶液经降温结晶至终点温度为30～40℃，保温1～2h，然后固液分离，得到钒酸钠晶体。
本发明对上述工艺中的固液分离没有特殊限制，可采用本领域技术人员熟知的任何可用于固液分离的装置和方式，也可根据实际工艺进行调整，例如可以是过滤、离心或沉降分离等，也可以是不同方式的结合。
本发明对上述工艺中的烘干也没有特殊限制，可采用本领域技术人员熟知的任何可用于烘干的装置和方式，也可根据实际工艺进行调整，例如可以是风干、加热烘干等方式，也可以是不同方式的结合。
本发明对上述工艺中的球磨也没有特殊限制，可采用本领域技术人员熟知的任何可用于球磨的装置和方式，也可根据实际工艺进行调整，例如可以是高能球磨或普通机械球磨。
与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：
(1)本发明提供的含钒钢渣经钠化氧化水淬提钒的方法能够实现从含钒钢渣中高效提钒，钒的浸出率一般≥85％，最高可达90％以上，较传统钠化焙烧提钒方法相比，浸出率提高20％以上；
(2)本发明提供的含钒钢渣经钠化氧化水淬提钒的方法可采用转炉排放出的熔融态钢渣直接进行钠化氧化反应，无需添加燃料补充热量，避免了传统钠化焙烧工艺的高能耗过程，可大幅降低；
(3)本发明提供的含钒钢渣经钠化氧化水淬提钒的方法通过采用水淬的方式能够将高温下钠与硅反应的产物转变为玻璃相，从而减少硅对钒的包裹和占用，提高了钒的萃取率。
附图说明
图1是本发明具体实施方式提供的含钒钢渣经钠化氧化水淬提钒的方法的流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
下面对本发明进一步详细说明。但下述的实例仅仅是本发明的简易例子，并不代表或限制本发明的权利保护范围，本发明的保护范围以权利要求书为准。
作为本发明的一个具体实施方式，提供一种含钒钢渣经钠化氧化水淬提钒的方法，如图1所示，所述方法包括如下步骤：
(1)混合熔融状态的含钒钢渣和钠源(氢氧化钠和/或碳酸钠)，经氧化性气体进行顶吹氧化，得到钠化渣；
(2)所述钠化渣经水淬，得到的水淬后固相再进行后续提钒；
所述后续提钒包括：所述水淬后固相经烘干，得到干燥钠化渣；所述干燥钠化渣经球磨，然后利用浸提液进行浸出提钒，经固液分离，得到尾渣和含钒溶液；
所述含钒溶液经降温结晶，然后固液分离，得到钒酸钠晶体和结晶母液，结晶母液循环至所述浸出提钒中作为浸提液或作为浸提液的一部分实现循环浸提。
下面以具体实施例为例子进行详细说明。
实施例1
本实施例提供一种含钒钢渣经钠化氧化水淬提钒的方法，所述方法包括如下步骤：
(1)将含钒钢渣(成分为：V2O5含量0.5％，CaO含量30％，SiO2含量20％，TFe含量1％，Al2O3含量10％)放在坩埚里面加热到1510℃，混合熔融状态的含钒钢渣和氢氧化钠，氢氧化钠中钠的质量占含钒钢渣的质量的3.45％，将氧化吹炼喷枪插入含钒钢渣的深度设置为0.5m，通入流量为3m3/(min·t渣)的氧气进行吹炼反应0.5min；然后将氧化吹炼喷枪插入含钒钢渣的深度设置为0.7m，通入流量为1m3/(min·t渣)的氧气进行吹炼反应1min，得到钠化渣；
(2)所述钠化渣置于水中经温度为25℃的水淬，水淬的用水量为钠化渣的质量的5倍，得到的水淬后固相再进行后续提钒；
所述后续提钒包括：所述水淬后固相经烘干，得到干燥钠化渣；所述干燥钠化渣依次经球磨，球磨后粒度为-200目的占比为80％，然后利用氢氧化钠浓度为30wt％的浸提液进行90℃浸出提钒，浸提液与球磨后的钠化渣的液固比为3:1，90℃过滤，得到尾渣和含钒溶液；
所述含钒溶液经降温结晶至终点温度为30℃，保温1h，然后过滤，得到钒酸钠晶体和结晶母液，结晶母液循环至所述浸出提钒中作为浸提液或作为浸提液的一部分实现循环浸提。
实施例2
本实施例提供一种含钒钢渣经钠化氧化水淬提钒的方法，所述方法包括如下步骤：
(1)将含钒钢渣(成分为：V2O5含量0.7％，CaO含量35％，SiO2含量25％，TFe含量3％，Al2O3含量15％)放在坩埚里面加热到1590℃，混合熔融状态的含钒钢渣和氢氧化钠，氢氧化钠中钠的质量占含钒钢渣的质量的5.75％，将氧化吹炼喷枪插入含钒钢渣的深度设置为0.6m，通入流量为3.5m3/(min·t渣)的氧气进行吹炼反应0.8min；然后将氧化吹炼喷枪插入含钒钢渣的深度设置为1m，通入流量为1m3/(min·t渣)的氧气进行吹炼反应1.5min，得到钠化渣；
(2)所述钠化渣置于水中经温度为26℃的水淬，水淬的用水量为钠化渣的质量的8倍，得到的水淬后固相再进行后续提钒；
所述后续提钒包括：所述水淬后固相经烘干，得到干燥钠化渣；所述干燥钠化渣依次经球磨，球磨后粒度为-200目的占比为80％，然后利用氢氧化钠浓度为32wt％的浸提液进行90℃浸出提钒，浸提液与球磨后的钠化渣的液固比为3:1，85℃过滤，得到尾渣和含钒溶液；
所述含钒溶液经降温结晶至终点温度为30℃，保温1h，然后过滤，得到钒酸钠晶体和结晶母液，结晶母液循环至所述浸出提钒中作为浸提液或作为浸提液的一部分实现循环浸提。
实施例4
本实施例提供一种含钒钢渣经钠化氧化水淬提钒的方法，所述方法包括如下步骤：
(1)从转炉冶炼排出的熔融状态的含钒钢渣(成分为：V2O5含量0.5％，CaO含量39％，SiO2含量28％，TFe含量4％，Al2O3含量15％)直接加入加热炉中，加入碳酸钠，碳酸钠中钠的质量占含钒钢渣的质量的6.51％，将氧化吹炼喷枪插入含钒钢渣的深度设置为0.6m，通入流量为3.5m3/(min·t渣)的氧气进行吹炼反应1min；然后将氧化吹炼喷枪插入含钒钢渣的深度设置为0.8m，通入流量为1.5m3/(min·t渣)的氧气进行吹炼反应2min，得到钠化渣；
(2)所述钠化渣置于水中经温度为30℃的水淬，水淬的用水量为钠化渣的质量的8倍，得到的水淬后固相再进行后续提钒；
所述后续提钒包括：所述水淬后固相经烘干，得到干燥钠化渣；所述干燥钠化渣依次经球磨，球磨后粒度为-200目的占比为90％，然后利用氢氧化钠浓度为32wt％的浸提液进行90℃浸出提钒，浸提液与球磨后的钠化渣的液固比为5:1，80℃下过滤，得到尾渣和含钒溶液；
所述含钒溶液经降温结晶至终点温度为45℃，保温2h，然后离心分离，得到钒酸钠晶体和结晶母液，结晶母液循环至所述浸出提钒中作为浸提液或作为浸提液的一部分实现循环浸提。
实施例5
本实施例提供一种含钒钢渣经钠化氧化水淬提钒的方法，所述方法包括如下步骤：
(1)将含钒钢渣成分为：V2O5含量1.2％，CaO含量50％，SiO2含量28％，TFe含量3％，Al2O3含量16％)放在坩埚里面加热到1580℃，混合熔融状态的含钒钢渣和碳酸钠，碳酸钠中钠的质量占含钒钢渣的质量的5.21％，将氧化吹炼喷枪插入含钒钢渣的深度设置为0.5m，通入流量为3.8m3/(min·t渣)的氧气进行吹炼反应2min；然后将氧化吹炼喷枪插入含钒钢渣的深度设置为0.8m，通入流量为1.5m3/(min·t渣)的氧气进行吹炼反应1min，得到钠化渣；
(2)所述钠化渣置于水中经温度为25℃的水淬，水淬的用水量为钠化渣的质量的6倍，得到的水淬后固相再进行后续提钒；
所述后续提钒包括：所述水淬后固相经烘干，得到干燥钠化渣；所述干燥钠化渣依次经球磨，球磨后粒度为-200目的占比为80％，然后利用氢氧化钠浓度为39wt％的浸提液进行90℃浸出提钒，浸提液与球磨后的钠化渣的液固比为5:1，趁热85℃离心分离，得到尾渣和含钒溶液；
所述含钒溶液经降温结晶至终点温度为35℃，保温2h，然后过滤，得到钒酸钠晶体和结晶母液，结晶母液循环至所述浸出提钒中作为浸提液或作为浸提液的一部分实现循环浸提。
实施例6
本实施例提供一种含钒钢渣经钠化氧化水淬提钒的方法，所述方法包括如下步骤：
(1)将含钒钢渣成分为：V2O5含量1.0％，CaO含量45％，SiO2含量29％，TFe含量4％，Al2O3含量18％)放在坩埚里面加热到1540℃，混合熔融状态的含钒钢渣和氢氧化钠，氢氧化钠中钠的质量占含钒钢渣的质量的5.18％，将氧化吹炼喷枪插入含钒钢渣的深度设置为0.5m，通入流量为3.8m3/(min·t渣)的氧气进行吹炼反应0.8min；然后将氧化吹炼喷枪插入含钒钢渣的深度设置为0.9m，通入流量为1m3/(min·t渣)的氧气进行吹炼反应1min，得到钠化渣；
(2)所述钠化渣置于水中经温度为32℃的水淬，水淬的用水量为钠化渣的质量的5倍，得到的水淬后固相再进行后续提钒；
所述后续提钒包括：所述水淬后固相经烘干，得到干燥钠化渣；所述干燥钠化渣依次经球磨，球磨后粒度为-200目的占比为80％，然后利用氢氧化钠浓度为36wt％的浸提液进行90℃浸出提钒，浸提液与球磨后的钠化渣的液固比为5:1，趁热80℃离心分离，得到尾渣和含钒溶液；
所述含钒溶液经降温结晶至终点温度为38℃，保温2h，然后过滤，得到钒酸钠晶体和结晶母液，结晶母液循环至所述浸出提钒中作为浸提液或作为浸提液的一部分实现循环浸提。
实施例7
本实施例提供一种含钒钢渣经钠化氧化水淬提钒的方法，所述方法包括如下步骤：
(1)将含钒钢渣成分为：V2O5含量1.2％，CaO含量50％，SiO2含量30％，TFe含量5％，Al2O3含量20％)放在坩埚里面加热到1590℃，混合熔融状态的含钒钢渣和氢氧化钠，氢氧化钠中钠的质量占含钒钢渣的质量的6.9％，将氧化吹炼喷枪插入含钒钢渣的深度设置为0.8m，通入流量为4.8m3/(min·t渣)的氧气进行吹炼反应2min；然后将氧化吹炼喷枪插入含钒钢渣的深度设置为1m，通入流量为3m3/(min·t渣)的氧气进行吹炼反应3min，得到钠化渣；
(2)所述钠化渣置于水中经温度为35℃的水淬，水淬的用水量为钠化渣的质量的10倍，得到的水淬后固相再进行后续提钒；
所述后续提钒包括：所述水淬后固相经烘干，得到干燥钠化渣；所述干燥钠化渣依次经球磨，球磨后粒度为-200目的占比为95％，然后利用氢氧化钠浓度为40wt％的浸提液进行90℃浸出提钒，浸提液与球磨后的钠化渣的液固比为5:1，趁热85℃离心分离，得到尾渣和含钒溶液；
所述含钒溶液经降温结晶至终点温度为40℃，保温2h，然后过滤，得到钒酸钠晶体和结晶母液，结晶母液循环至所述浸出提钒中作为浸提液或作为浸提液的一部分实现循环浸提。
实施例8
本实施例提供一种含钒钢渣经钠化氧化水淬提钒的方法，所述方法与实施例4的区别仅在于碳酸钠中钠的质量占含钒钢渣的质量的1.3％。
实施例9
本实施例提供一种含钒钢渣经钠化氧化水淬提钒的方法，所述方法与实施例5的区别仅在于仅进行第一步通氧，即将氧化吹炼喷枪插入含钒钢渣的深度设置为0.5m，通入流量为3.8m3/(min·t渣)的氧气进行吹炼反应2min，得到钠化渣。
实施例10
本实施例提供一种含钒钢渣经钠化氧化水淬提钒的方法，所述方法与实施例5的区别仅在于水淬的用水量为钠化渣的质量的2倍。
对比例1
本对比例提供一种含钒钢渣提钒的方法，所述方法与实施例1的区别仅在于不进行通氧。
对比例2
本对比例提供一种含钒钢渣提钒的方法，所述方法与实施例1的区别仅在于水淬替换为：所述钠化渣采用缓冷方式让其自然冷却。
测试方法：原渣中V2O5的含量减去尾渣中V2O5的含量，然后除以原渣中V2O5含量，计算即可得到钒的浸出率，以上实施例和对比例的测试结果如表1所示。
表1
从表1可以看出以下几点：
(1)综合实施例1～3可以看出，本发明提供的含钒钢渣经钠化氧化水淬提钒的方法，通过高温钠化和水淬的方式实现了高效提钒，其中钒的浸出率≥85％；
(2)综合实施例1和实施例8可以看出，实施例8中钠的质量占含钒钢渣的质量仅为1.3％，钠盐含量少，高温下钒的氧化效率显著降低，导致钒浸出率大幅降低；由此表明，本发明通过将钠源的加入量控制在特定范围，显著提高了钒的浸出率；
(3)综合实施例1和实施例9可以看出，实施例1分两段进行氧化，相较于实施例9只进行了一段氧化而言，实施例1中钒的浸出率高达85％，而实施例9中含钒钢渣中的钒氧化不充分，导致钒转化率偏低，仅为65％；由此表明，本发明优选采用两段氧化的方式，显著提高了钒的浸出率；
(4)综合实施例1和实施例10可以看出，实施例1中水淬的用水量为钠化渣的质量的5倍，相较于实施例10中水淬的用水量仅为2倍而言，实施例1中钒浸出率高，而实施例10中冷却后的硅生成稳定的渣相，玻璃相减少，使钒转化率显著降低；
(5)实施例1和对比例1～2对比而言，对比例1不通入氧气，含钒钢渣中的钒氧化受到影响，导致钒浸出率降低；对比例2采用缓冷方式降温，冷却后生成稳定、难分解的硅酸盐相，生成的玻璃相很少，导致浸出过程钒难以溶出，影响钒的浸出率。
综上所述，本发明提供的含钒钢渣经钠化氧化水淬提钒的方法结合高温钠化和水淬，显著提升了钒的浸出率，可达到60％以上，优选在85％以上。
本发明通过上述实施例来说明本发明的详细结构特征，但本发明并不局限于上述详细结构特征，即不意味着本发明必须依赖上述详细结构特征才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明所选用部件的等效替换以及辅助部件的增加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
Claims (23)
1.一种含钒钢渣经钠化氧化水淬提钒的方法，其特征在于，所述方法包括：
(1)混合熔融状态的含钒钢渣和钠源，所述含钒钢渣中V2O5含量为0.5～1.2％，经氧化性气体氧化，所述氧化包括第一阶段氧化和第二阶段氧化，所述第一阶段氧化中氧化性气体的流量为3.0～4.8m3/(min·t渣)，所述第二阶段氧化中氧化性气体的流量为1.0～3.0m3/(min·t渣)，得到钠化渣；
(2)所述钠化渣经水淬，得到的水淬后固相再进行后续提钒，所述后续提钒包括：所述水淬后固相经烘干，得到干燥钠化渣；所述干燥钠化渣依次经球磨和浸出提钒，得到含钒溶液。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中所述含钒钢渣的温度为1510～1600℃。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述含钒钢渣包括转炉吹炼过程中直接排放的熔融渣和/或将固体含钒钢渣重新加热得到的熔融渣。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述含钒钢渣中CaO含量为30～50％。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述含钒钢渣中SiO2含量为20～30％。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述含钒钢渣中Fe含量为1～5％。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述含钒钢渣中Al2O3含量为10～20％。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述钠源包括氢氧化钠和/或碳酸钠。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述钠源中钠的质量占含钒钢渣的质量的3.3～7％。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述氧化性气体包括空气和/或氧气。
11.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述氧化的方式包括利用氧化性气体进行顶吹。
12.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一阶段氧化中氧化吹炼喷枪插入含钒钢渣的深度为0.5～0.8m。
13.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一阶段氧化中吹炼反应的时间为0.5～2min。
14.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二阶段氧化中氧化吹炼喷枪插入含钒钢渣的深度为0.7～1.0m。
15.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二阶段氧化中吹炼反应的时间为1～3min。
16.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)中所述水淬的温度为25～35℃。
17.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述水淬的用水量为钠化渣的质量的5～10倍。
18.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述球磨后粒度为-200目的占比为80～95％。
19.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述浸出提钒采用的浸提液中含有碱。
20.根据权利要求19所述的方法，其特征在于，所述碱包括氢氧化钠。
21.根据权利要求20所述的方法，其特征在于，所述浸提液中氢氧化钠的浓度为30～40wt％。
22.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述浸出提钒中浸提液与球磨后的钠化渣的液固比为(3～5):1。
23.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述浸出提钒的温度为80～95℃。
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