CN115305351B - 一种强化提钒尾渣还原挥发脱除碱金属的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种强化提钒尾渣还原挥发脱除碱金属的方法，包括以下步骤：S1.将提钒尾渣、添加剂、粘结剂、水按设定比例配矿、混匀制粒，干燥后得到制粒产物，所述的添加剂为石灰石、消石灰、生石灰中的一种或几种；S2.将步骤S1中所得制粒产物与还原剂混合均匀，采用回转窑进行干燥及还原焙烧，冷却后分离混合物料，残余还原剂返回还原焙烧工序，得到脱碱渣返回烧结‑高炉炼铁流程作为炼铁原料。本发明通过上述强化后的固态还原法可脱除提钒尾渣中90％以上的碱金属元素，脱碱渣可返回烧结‑高炉工序循环利用，含碱金属烟尘返回钒渣钠化提钒工序，实现了提钒尾渣的综合利用。

Description

一种强化提钒尾渣还原挥发脱除碱金属的方法
技术领域
本发明属于二次资源综合利用领域，涉及一种强化提钒尾渣还原挥发脱除碱金属的方法。
背景技术
钠化提钒是目前钒渣主要的提钒方法，钒渣经钠化焙烧-浸出后，获得含钒溶液的同时，也会产生大量的提钒尾渣，我国每年产生的提钒尾渣总量在60万吨以上。提钒尾渣中的主要元素有铁、钒、钠、钾、钛、硅、钙、镁、铝等，因其中碱金属含量高，无法返回炼铁系统循环利用，目前只能堆存处理，造成环境污染的同时，造成铁、钒、钛等资源的浪费。
目前针对提钒尾渣的利用以提取其中铁资源为主，常见回收铁资源的方法为磁化焙烧-磁选分离，但此方法只注重回收提钒尾渣中的铁资源，分离铁元素后，其余的有价成分及碱金属仍然富集在尾矿中，造成尾矿仍无法利用，堆存后碱金属对环境污染的问题未解决。目前针对提钒尾渣的脱碱金属研究主要针对碱金属赋存状态较简单的提钒尾渣，有研究采用酸浸法脱除提钒尾渣中的碱金属，酸浸试剂以硫酸、氢氟酸为主，该方法碱金属脱除率虽能达到90％以上，但是尾渣中含有残留有部分难容的硫酸盐和氟化物，造成尾渣硫或氟含量高，也难以利用，另外产生的大量废酸无法循环利用，易造成二次污染。还有研究采用氧化钙和氢氧化钠浸出脱除提钒尾渣中的碱金属，该方法以碱金属赋存状态简单的提钒尾渣为原料，碱金属脱除率仅能达到80％左右，且浸出过程需要加入过量的氧化钙，氧化钙在水溶液中溶解度小，形成大量的氢氧化钙沉淀残存在脱碱渣中，从而稀释了原渣中的碱金属元素含量([1]李兰杰,赵备备,王海旭,白瑞国,陈东辉.提钒尾渣高效脱碱及配矿炼铁工艺[J].过程工程学报,2017,17(01):138-143.)。
综上所述，虽然对提钒尾渣脱碱金属已进行了大量研究，但仍存在碱金属脱除率低、对环境不友好等问题。因此，开发一种提钒尾渣高效脱除碱金属的方法，高效脱除提钒尾渣中碱金属，经收集后返回钠化提钒工序循环利用，脱碱终渣能返回炼铁流程循环利用，对实现提钒尾渣中有价元素的综合利用具有重要意义。
发明内容
针对目前提钒尾渣中钠元素含量高，直接返回高炉会造成高炉碱负荷增加的问题，本发明的目的在于提供一种强化提钒尾渣还原挥发脱除碱金属的方法，该工艺流程设计合理，操作简单，无环境污染。
本发明提供以下技术方案：一种强化提钒尾渣还原挥发脱除碱金属的方法，包括以下步骤：
S1.将提钒尾渣、添加剂、粘结剂、水按设定比例配矿、混匀制粒，干燥后得到制粒产物，所述的添加剂为石灰石、消石灰、生石灰中的一种或几种；
S2.将步骤S1中所得制粒产物与还原剂混合均匀，采用回转窑进行干燥及还原焙烧，冷却后分离混合物料，残余还原剂返回还原焙烧工序，得到脱碱渣返回烧结-高炉炼铁流程作为炼铁原料。
优选的方案，步骤S1中，提钒尾渣与添加剂中有效CaO的质量比为1:0～1。
优选的方案，步骤S1中，所述的提钒尾渣制粒产物的粒度为0～30mm。
优选的方案，步骤S2中，所述的还原剂为无烟煤、焦粉中的一种或几种。
进一步，所述的还原剂的粒度为0～30mm。
进一步，所述的制粒产物与还原剂中总碳量的质量比为1:0～2。
优选的方案，步骤S2中，所述的还原焙烧温度为1000～1300℃，还原焙烧时间为30～180min。
优选的方案，步骤S2中，还原过程中挥发出的含碱金属烟尘经收集后，返回钒渣钠化提钒工序。
本发明的有益技术效果为：
提钒尾渣中碱金属赋存状态复杂，主要以含铁、钛、硅、铝等元素的复杂固溶体形式存在，其结构稳定，难以分解。本发明采用钙化还原焙烧的方法，利用添加钙化剂与复杂含碱金属固溶体在还原气氛下发生反应，使复杂含碱金属固溶体转变为含钙固溶体，钠组分被还原为简单的氧化物或金属钠蒸汽挥发脱除进入烟气，进而通过收集烟尘，实现钠的回收，含碱金属烟尘可返回钒渣钠化提钒工序循环利用。在还原过程中，铁、钒、钛等元素仍保留在脱碱金属产品中，与残留还原剂分离后，可作为烧结-高炉工序作为炼铁原料，进一步回收其中的铁、钒、钛等有价元素。还原后分离出的残留还原剂可返回还原焙烧工序进行循环利用。
本发明工艺流程设计合理，操作简单，无废弃物产生，环境友好。
附图说明
图1为本发明的工艺流程图。
具体实施方式
下面通过实施例来进一步说明本发明的具体实施方式，但本发明的具体实施方式不局限于以下实施例。
在本发明实施例中，如无特别说明，采用的手段均为本领域常规的手段，采用的试剂均可通过常规的商业途径获取。
以下通过具体实施例和附图对本发明技术方案进行详细的阐述。
实施例1
以提钒尾渣(35.89％TFe，10.34％SiO2，10.72％TiO2，4.81％Na2O，0.02％K2O)为原料。使用消石灰作为添加剂，提钒尾渣与消石灰中有效CaO的质量比为1:0.25。将提钒尾渣、消石灰、总重量百分含量为8％的水混匀后制粒，制粒产物粒度范围为3～10mm。将制粒产物与焦粉混匀，焦粉粒度范围为0～10mm，提钒尾渣与焦粉中总碳量的质量比为1:0.8，混合物在1250℃下进行固态还原焙烧120min。冷却后磁选分离，获得脱碱渣和残焦。残焦返回还原焙烧工序，得到脱碱渣可返回烧结-高炉炼铁流程作为炼铁原料。
实施例1中提钒尾渣脱碱金属率为96.35％，提钒尾渣脱碱渣中Na2O含量为0.11％。
实施例2
以提钒尾渣(32.23％TFe，13.64％SiO2，11.92％TiO2，4.85％Na2O，0.02％K2O)为原料。使用碳酸钙作为添加剂，提钒尾渣与碳酸钙中有效CaO的质量比为1:0.3。将提钒尾渣、碳酸钙、1％淀粉和总重量百分含量为8％的水混匀后制粒，制粒产物粒度范围为3～10mm。将制粒产物与焦粉混匀，焦粉粒度范围为0～10mm，提钒尾渣与焦粉中总碳量的质量比为1:1.2，混合物在1250℃下进行固态还原焙烧120min。冷却后磁选分离，获得脱碱渣和残焦。残焦返回还原焙烧工序，得到脱碱渣可返回烧结-高炉炼铁流程作为炼铁原料。
实施例2中提钒尾渣脱碱金属率为97.53％，脱碱渣中Na2O含量为0.085％。
实施例3
以提钒尾渣(31.05％TFe，15.45.64％SiO2，11.15％TiO2，4.72％Na2O，0.01％K2O)为原料。使用生石灰作为添加剂，提钒尾渣与生石灰中有效CaO的质量比为1:0.4。将提钒尾渣、充分消化后的生石灰、总重量百分含量为8％的水混匀后制粒。制粒产物粒度范围为3～10mm。将制粒产物与焦粉混匀，焦粉粒度范围为0～10mm，提钒尾渣与焦粉中总碳量的质量比为1:1，混合物在1200℃下进行固态还原焙烧120min。冷却后磁选分离，获得脱碱渣和残焦。残焦返回还原焙烧工序，得到脱碱渣可返回烧结-高炉炼铁流程作为炼铁原料。
实施例3中提钒尾渣脱碱金属率为93.21％，脱碱渣中Na2O含量为0.13％。
对比例
以提钒尾渣(35.89％TFe，10.34％SiO2，10.72％TiO2，4.81％Na2O，0.02％K2O)为原料。将提钒尾渣、总重量百分含量为8％的水混匀后制粒。制粒产物粒度范围为3～10mm。将制粒产物与焦粉混匀，焦粉粒度范围为0～10mm，提钒尾渣与焦粉中总碳量的质量比为1:1，混合物在1200℃下进行固态还原焙烧120min。冷却后磁选分离，获得脱碱渣和残焦。提钒尾渣脱碱金属率为45.55％，脱碱渣中Na2O含量为2.96％。脱碱渣不可直接返回烧结-高炉炼铁流程作为炼铁原料。
本发明通过上述强化后的固态还原法可脱除提钒尾渣中90％以上的碱金属元素，脱碱渣可返回烧结-高炉工序循环利用，含碱金属烟尘返回钒渣钠化提钒工序，实现了提钒尾渣的综合利用。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例。对于本技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明技术构思前提下所得到的改进和变换也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种强化提钒尾渣还原挥发脱除碱金属的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1. 将提钒尾渣、添加剂、粘结剂、水按设定比例配矿、混匀制粒，干燥后得到制粒产物，所述的添加剂为石灰石、消石灰、生石灰中的一种或几种；
S2. 将步骤S1中所得制粒产物与还原剂混合均匀，采用回转窑进行干燥及还原焙烧，冷却后分离混合物料，残余还原剂返回还原焙烧工序，得到脱碱渣返回烧结-高炉炼铁流程作为炼铁原料；
步骤S1中，所述的提钒尾渣与添加剂中有效CaO的质量比为1:0.25~1；
步骤S2中，所述的制粒产物与还原剂中总碳量的质量比为1:0.8~2；
步骤S2中，所述的还原焙烧温度为1000~1300℃，还原焙烧时间为30~180min。
2.根据权利要求1所述强化提钒尾渣还原挥发脱除碱金属的方法，其特征在于，步骤S1中，所述的提钒尾渣制粒产物的粒度小于30mm。
3.根据权利要求1所述强化提钒尾渣还原挥发脱除碱金属的方法，其特征在于，步骤S2中，所述的还原剂为无烟煤、焦粉中的一种或几种。
4.根据权利要求3所述强化提钒尾渣还原挥发脱除碱金属的方法，其特征在于，所述的还原剂的粒度小于30mm。
5.根据权利要求1所述强化提钒尾渣还原挥发脱除碱金属的方法，其特征在于，步骤S2中，还原过程中挥发出的含碱金属烟尘经收集后，返回钒渣钠化提钒工序。
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