CN115466848B - 一种富钒炉渣中多种元素提取方法及应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种富钒炉渣中多种元素提取方法及应用，其中提取方法包括：将富钒炉渣通过破碎、筛分、磁选，然后与含碱金属或碱土金属的化合物冷冻干燥，并在氧气气氛下加热处理，通过破碎、筛分，再与酸溶液加入球磨罐中，进行低转速活化与高转速酸浸，并经过滤得到滤液；在滤液中加入沉淀剂与沉淀添加剂，调节pH值，通过离心收集不同pH条件下所产生的固体沉淀：包括含钒元素沉淀物、含钒、硅元素的沉淀混合物、含铝和铬元素的沉淀混合物、含镁和锰元素的沉淀混合物和含钙元素的沉淀物。本发明提高了富钒炉渣中钒的回收率，且引入杂质减少。本发明还提供了不同沉淀物的用途，拓宽了富钒炉渣的资源化利用途径，实现了矿产资源的循环使用。

Description

一种富钒炉渣中多种元素提取方法及应用

技术领域

本发明涉及富钒炉渣处理技术领域，特别是涉及一种富钒炉渣中多种元素提取方法及应用。

背景技术

钒被称为是“现代工业味精”，是发展现代工业，现代国防和现代科学技术不可缺少的重要材料。工业中生产的钒80%作为合金元素以FeV形式用于钢铁中，钒在钢铁中能够细化钢的组织和晶粒，提高晶粒粗化温度，改善金属件的机械强度及韧性。钒用于钛合金中，能够起到稳定和强化的作用，提高钛合金的延展性和可塑性，广泛用于航空航天领域。目前，已开发的多种含钒合金，在磁性材料、超导材料、储氢材料、硬质合金以及核反应堆材料中都有应用。钒在新能源领域也有重要的应用，钒基电池以其特殊的结构，可深度大电流大密度放电，并具有快速充放电、比能量高和价格低廉等优势。钒电池大规模储能，有望为机场、轮船、潜艇等高耗能设施提供电力。

目前，针对钒渣的处理手段主要有以下几个方面的：一方面是通过对钒渣无害化处理用来制备水泥混合材以及免烧砖等材料，但是此类工艺产品单一，对于钒渣的高值化利用具有局限性；另一方面是对钒渣中的钒元素进行高温冶炼提取钒元素以制备硅钒合金，但此类工艺未对高炉矿渣中有价金属钛、铬以及锰元素等有价金属元素有效回收处理，并且能耗高、效率低、产物杂质含量高。此外，有研究提出了从含钒转炉渣中梯度回收钒、铁、钛的多级利用工艺，但此类工艺会产生大量的废水废酸，对环境污染严重，回收元素单价成本太高，无法实现“闭环利用，富集回收”，同时，缺乏对钒渣中各元素的充分利用，导致部分元素流失。

发明内容

本发明的目的是提供一种富钒炉渣中多种元素提取方法及应用，以解决上述现有技术存在的问题，使含钒炉渣中多种元素低污染提取，并回收多种元素，实现高值化利用。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种富钒炉渣中多种元素的提取方法，其包括以下步骤：

1）将富钒炉渣预处理得到产物A；

2）将所述产物A与含碱金属或碱土金属的化合物按质量比1:1.5～2.5研磨混匀后于-70～-100℃冷冻干燥12～24小时，然后加热处理，破碎、筛分，得到产物B；

3）将所述产物B加入酸溶液中进行球磨，通过控制球磨转速依次进行活化与酸浸，并经过滤得到滤液为产物C；

4）在所述产物C中加入沉淀剂与沉淀添加剂，调节pH值离心回收沉淀。

作为本发明的进一步优化，其特征在于，步骤1）所述预处理包括破碎、筛分、磁选，所述产物A粒径为20μm～100μm，步骤2）中所述产物B粒径为10μm～50μm。

作为本发明的进一步优化，步骤2）中于-70～-100℃冷冻干燥12～24小时具体操作为，先于-70～-100℃冷冻12～24小时然后在真空室温条件下干燥12～24小时。

作为本发明的进一步优化，步骤2）中，所述含碱金属或碱土金属的化合物包含碱金属氯化物、碱金属氧化物、碱金属氢氧化物、碱土金属氯化物、碱土金属氧化物、碱土金属氢氧化物和碳酸盐中的至少一种；所述热处理为在氧气气氛下升温速率为5℃/分钟，保温温度为500～1000℃，保温时间为1～10小时。

作为本发明的进一步优化，步骤3）中，产物B与酸溶液的固液比为1:15～25 g/mL，所述酸溶液包括质量分数为90%的硫酸、质量分数为36%盐酸、质量分数为72%硝酸、质量分数为35%草酸、质量分数为10%醋酸、质量分数为95%酒石酸和质量分数为72%柠檬酸中的至少一种；所述球磨过程中球磨珠和产物B的球料比为5～20:1；所述活化设置球磨转速为100～500转/分钟，时间为1～5小时；所述酸浸设置球磨转速为500～1000转/分钟，时间为1～10小时。

作为本发明的进一步优化，步骤4）中，所述沉淀剂包含氨水、氢氧化铝、氢氧化钙、氢氧化镁、氧化镁、氧化钙和氧化铝中的至少一种，所述沉淀添加剂包含丙烯酰胺、丁二酮肟、8-羟基喹啉、四苯硼酸钠、4-氟-3-硝基苯胺和硅藻土中的至少一种；所述产物C、所述沉淀剂和所述沉淀添加剂的质量比依次为1：0.1～0.5：1～1.5。

作为本发明的进一步优化，步骤4）中，所述沉淀剂和所述沉淀添加剂的加入速度为0.05 mL/min。

作为本发明的进一步优化，步骤4）中，所述调节pH值离心回收沉淀分为五个阶段，依次为：第一阶段控制pH为0～1.5，离心收集产物D含钒元素沉淀；第二阶段控制pH为1.5～3，离心收集产物E含钒、硅元素的沉淀混合物；第三阶段控制pH为3～7，离心收集产物F含铝和铬元素的沉淀混合物；第四阶段控制pH为7～11，离心收集产物G含镁和锰元素的沉淀混合物；第五阶段控制pH为11～14，离心收集产物H含钙元素的沉淀。

作为本发明的进一步优化，所述产物F的回收标准为其中铝含量≥20%和铬含量≥10%，所述产物G的回收标准为其中镁含量≥40%和锰含量≥20%，所述产物H的回收标准为其中钙含量≥50%。

作为本发明的进一步优化，若所述产物F未达到回收标准，则将所述产物F加入所述步骤4）中的所述产物C中；

若述产物G未达到回收标准，则将所述产物G加入所述步骤4）中的所述产物C中；

若所述产物H未达到回收标准，则将所述产物H加入所述步骤4）中的所述产物C中。

本发明还提供了所述回收沉淀的利用方法，将产物D在氧气气氛下煅烧，得到产物为五氧化二钒粉末；

将产物E与碳材料混合放入管式炉中，在氩气气氛中进行热处理，得到产物为硅钒复合负极材料；

将产物F用于制备合金表面抗高温腐蚀的铬铝涂层；

将产物G用于制备镁锰合金的原料；

将产物H用于制备高纯度氧化钙粉末。

本发明公开了以下技术效果：

1）本发明的提取方法，按pH值从小到大，通过收集不同pH下所产生的五种固体沉淀D、E、F、G和H，可以实现富钒炉渣中不同元素的逐级提取，并将提取产物进行回收利用，既保护了自然矿产资源，又拓宽了富钒炉渣的资源化利用途径，实现了矿产资源的循环使用，富钒炉渣的提取利用率达到80％以上。

2）本发明的提取方法，提高了富钒炉渣中钒的回收率，且引入杂质减少，钒的回收率可达到90％～97％，具有钒回收率高、工艺简单、绿色环保、经济效益好等特点。

3）本发明方法，工艺流程简单，操作简便安全，对环境污染少，可实现规模化生产。

4）本发明直接利用了pH交叉处的共沉淀产物，尤其是硅钒共沉淀产物，将其制备成硅钒复合负极材料，利用二者存在的电位差，将五氧化二钒作为稳定骨架，硅元素作为高放电比容量提供者，从而制备出了高性能，长稳定性的硅钒复合负极材料。

5）本发明实现了闭环工艺处理富钒炉渣，减少沉淀剂和酸溶液的使用量，节约了成本，实现高效利用、绿色工艺的目标。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例1的工艺流程示意图。

具体实施方式

现详细说明本发明的多种示例性实施方式，该详细说明不应认为是对本发明的限制，而应理解为是对本发明的某些方面、特性和实施方案的更详细的描述。

应理解本发明中所述的术语仅仅是为描述特别的实施方式，并非用于限制本发明。另外，对于本发明中的数值范围，应理解为还具体公开了该范围的上限和下限之间的每个中间值。在任何陈述值或陈述范围内的中间值以及任何其他陈述值或在所述范围内的中间值之间的每个较小的范围也包括在本发明内。这些较小范围的上限和下限可独立地包括或排除在范围内。

除非另有说明，否则本文使用的所有技术和科学术语具有本发明所述领域的常规技术人员通常理解的相同含义。虽然本发明仅描述了优选的方法和材料，但是在本发明的实施或测试中也可以使用与本文所述相似或等同的任何方法和材料。本说明书中提到的所有文献通过引用并入，用以公开和描述与所述文献相关的方法和/或材料。在与任何并入的文献冲突时，以本说明书的内容为准。

在不背离本发明的范围或精神的情况下，可对本发明说明书的具体实施方式做多种改进和变化，这对本领域技术人员而言是显而易见的。由本发明的说明书得到的其他实施方式对技术人员而言是显而易见得的。本发明说明书和实施例仅是示例性的。

关于本文中所使用的“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等等，均为开放性的用语，即意指包含但不限于。

具体实施例中的硫酸质量分数为90%、盐酸质量分数为36%、硝酸质量分数为72%、草酸质量分数为35%、醋酸质量分数为10%、酒石酸质量分数为95%、柠檬酸质量分数为72%。

实施例1

本实施例提供了的富钒炉渣中多种元素提取及利用的方法，具体流程如图1所示。

（1）称量100 g富钒炉渣放到额定功率为1.5KW的破壁机中，破碎时间设置为30min。将所得产物过400目筛，进行粒度筛分，未通过筛分的富钒炉渣进行二次破碎后筛分，然后通过磁选后得到产物A。富钒炉渣的化学组成成分见表1。

（2）将产物A和碳酸钙粉末按质量比1:2进行研磨混匀，在-70℃的环境下进行冷冻干燥。冷冻时间为24 h，真空室温干燥时间24 h。将干燥后的产物放入马弗炉中，在氧气气氛下，升温速率为5℃/分钟，保温温度为850℃，为了更好地让样品充分的与氧气接触，每隔30 min使用刚玉棒对样品进行翻动，保温时间为2.5 h，保温结束后取出坩埚空冷至室温。破碎筛分和上述步骤（1）一致。得产物B。

（3）将产物B与体积浓度20%的稀硫酸溶液按固液比为1:20(g/ mL)加入到氧化锆球磨罐中，同时按球料比为15:1加入直径为1 mm的氧化锆球磨珠。设置不同的球磨程序依次进行活化与酸浸，即：活化转速300 r/min，活化时间为3 h；酸浸转速800 r/min，酸浸10h。酸浸结束后过滤收集滤液，即为产物C，产物C化学成分见表2。

（4）按质量比1：0.2：1依次称取将产物C、氨水和丙烯酰胺，将称取得产物C放入烧杯中，然后控制蠕动泵将称取的氨水和丙烯酰胺分别以0.05 mL/min的流速加入烧杯中，最后通过台式pH计检测溶液中的实时PH来离心收集不同pH下所产生的固体沉淀，收集pH=1.5的固体沉淀命名为产物D，收集pH=3的固体沉淀命名为产物E，收集pH=7的固体沉淀命名为产物F，收集pH=11的固体沉淀命名为产物G，收集pH=14的固体沉淀命名为产物H。

（5）将产物F、G及H分别回输给步骤4）中与产物C混合实现闭环工艺，当产物F中铝含量≥20%和铬含量≥10%，产物G中镁含量≥40%和锰含量≥20%，产物H中钙含量≥50%，将固体沉淀F、G以及H分别进行回收。

（6）将产物D在氧气气氛下煅烧，得到产物为五氧化二钒粉末；将固体沉淀E与碳材料混合放入管式炉中，在氩气气氛中进行热处理，得到产物为硅钒复合负极材料；将固体沉淀F用于制备合金表面抗高温腐蚀的铬铝涂层；将固体沉淀G用于制备镁锰合金的原料；将固体沉淀H用于制备高纯度氧化钙粉末。

实施例2

（1）称量100 g富钒炉渣放到额定功率为1.5KW的破壁机中，破碎时间设置为30min。将所得产物用600目筛进行筛分，未通过筛分的富钒炉渣进行二次破碎后筛分，然后通过磁选后得到产物A。富钒炉渣的化学组成成分见表1。

（2）将产物A和氧化钙粉末按质量比1:1.5进行研磨混匀，在-90℃的环境下进行冷冻干燥。冷冻时间为15 h，真空室温干燥时间15 h。将干燥后的产物放入马弗炉中，在氧气气氛下，升温速率为5℃/分钟，保温温度为500℃，为了更好地让样品充分的与氧气接触，每隔30 min使用刚玉棒对样品进行翻动，保温时间为6 h，保温结束后取出坩埚空冷至室温。破碎筛分和上述步骤（1）一致。得产物B。

（3）将产物B与体积浓度20%的盐酸溶液按固液比为1:25(g/ mL)加入到氧化锆球磨罐中，同时按球料比为20:1加入直径为1 mm的氧化锆球磨珠。设置不同的球磨程序依次进行活化与酸浸，即：活化转速100 r/min，活化时间为5 h；酸浸转速1000r/min，酸浸3 h。酸浸结束后过滤收集滤液，即为产物C，产物C化学成分见表2。

（4）按质量比1：0.5：1.2依次称取将产物C、氨水和丙烯酰胺，将称取得产物C放入烧杯中，然后控制蠕动泵将称取的氨水和8-羟基喹啉分别以0.05 mL/min的流速加入烧杯中，最后通过台式PH计检测溶液中的实时pH来离心收集不同pH下所产生的固体沉淀，收集pH=1的固体沉淀命名为产物D，收集pH=2的固体沉淀命名为产物E，收集pH=6的固体沉淀命名为产物F，收集pH=10的固体沉淀命名为产物G，收集pH=12的固体沉淀命名为产物H。

（5）将产物F、G及H分别回输给步骤4）中与产物C混合实现闭环工艺，当产物F中铝含量≥20%和铬含量≥10%，产物G中镁含量≥40%和锰含量≥20%，产物H中钙含量≥50%，将固体沉淀F、G以及H分别进行回收。

（6）将产物D在氧气气氛下煅烧，得到产物为五氧化二钒粉末；将固体沉淀E与碳材料混合放入管式炉中，在氩气气氛中进行热处理，得到产物为硅钒复合负极材料；将固体沉淀F用于制备合金表面抗高温腐蚀的铬铝涂层；将固体沉淀G用于制备镁锰合金的原料；将固体沉淀H用于制备高纯度氧化钙粉末。

实施例3

（1）称量100 g富钒炉渣放到额定功率为1.5KW的破壁机中，破碎时间设置为30min。将所得产物用400目筛，进行筛分，未通过筛分的富钒炉渣进行二次破碎后筛分，然后通过磁选后得到产物A。富钒炉渣的化学组成成分见表1。

（2）将产物A和氯化钠粉末按质量比1:2.5进行研磨混匀，在-100℃的环境下进行冷冻干燥。冷冻时间为20 h，真空室温干燥时间20 h。将干燥后的产物放入马弗炉中，在氧气气氛下，升温速率为5℃/分钟，保温温度为1000℃，为了更好地让样品充分的与氧气接触，每隔30 min使用刚玉棒对样品进行翻动，保温时间为9 h，保温结束后取出坩埚空冷至室温。破碎筛分和上述步骤（1）一致。得产物B。

（3）将产物B与体积浓度20%的醋酸溶液按固液比为1:15(g/ mL)加入到氧化锆球磨罐中，同时按球料比为8:1加入直径为1 mm的氧化锆球磨珠。设置不同的球磨程序依次进行活化与酸浸，即：活化转速500r/min，活化时间为1.5 h；酸浸转速500 r/min，酸浸2 h。酸浸结束后过滤收集滤液，即为产物C，产物C化学成分见表2。

（4）按质量比1：0.1：1.5依次称取将产物C、氢氧化铝和丁二酮肟，将称取得产物C放入烧杯中，然后控制蠕动泵将称取的氢氧化铝和丁二酮肟分别以0.05 mL/min的流速加入烧杯中，最后通过台式PH计检测溶液中的实时PH来离心收集不同PH下所产生的固体沉淀，收集pH=0.5的固体沉淀命名为产物D，收集pH=1.5的固体沉淀命名为产物E，收集pH=4的固体沉淀命名为产物F，收集pH=8的固体沉淀命名为产物G，收集pH=13的固体沉淀命名为产物H。

（5）将产物F、G及H分别回输给步骤4）中与产物C混合实现闭环工艺，当产物F中铝含量≥20%和铬含量≥10%，产物G中镁含量≥40%和锰含量≥20%，产物H中钙含量≥50%，将固体沉淀F、G以及H分别进行回收。

（6）将产物D在氧气气氛下煅烧，得到产物为五氧化二钒粉末；将固体沉淀E与碳材料混合放入管式炉中，在氩气气氛中进行热处理，得到产物为硅钒复合负极材料；将固体沉淀F用于制备合金表面抗高温腐蚀的铬铝涂层；将固体沉淀G用于制备镁锰合金的原料；将固体沉淀H用于制备高纯度氧化钙粉末。

对比例1

专利CN105907984A公开了一种综合利用钒渣的方法，其具体步骤如下：

将国内某提钒炼钢厂钒渣(含全铁35％，五氧化二钒16％)、氧化钙(CaO质量含量99 .8％)、还原煤(固定碳含量78％)、按重量配比钒渣：氧化钙：还原煤＝100:10:6行配料混料，混合料加入转底炉进行直接还原冶炼，冶炼温度1300℃，冶炼时间45min，得到金属化球团(金属化率85％)，将金属化球团磨矿磁选得到还原铁粉(全铁品位95％)和富钒渣，还原铁粉可以作为炼钢原料。再将富钒渣直接进行在回转窑内进行氧化焙烧，焙烧温度800℃，焙烧时间1 .5h，得到钒酸钙熟料，钒回收率98％，最后利用成熟的湿法提钒工艺处理钒酸钙熟料得到五氧化二钒产品

对比例2

专利CN110256235A公开了一种利用钒渣制备草酸亚铁的方法，其具体步骤如下：

(1)首先将季铵盐与二水合草酸按照摩尔比为1:1置于烧杯混合均匀后形成低共熔溶剂作为浸出剂，其中季铵盐为氯化胆碱；

(2)然后将钒渣加入到低共熔溶剂中(液固比为1:15)，搅拌速度为400转/分，温度为333K，浸出时间为8h；

(3)再将浸出后的矿浆进行固液分离，将过滤得到浸出液加入4倍体积的去离子水静置沉淀3h；

(4)最后将静置沉淀后的浸出液进行过滤，将生成的粉体用去离子水超声、醇洗、真空干燥即可得到纯度较高的草酸亚铁晶体，其纯度为99 .1％。

对比例3

专利CN111235349A公开了一种富钒渣冶炼生产硅钒合金方法及硅钒合金，其具体步骤如下：

分别称量45.27份富钒渣、11.27份75％硅铁和43.46份生石灰(以质量计)，由胶带机运送至电炉炉顶料仓，经料管加入倾动式精炼炉内，通电埋弧冶炼，在1650～1700°C的炉温下进行硅热还原。每隔2.5h便打开出铁口，让铁水流入铁水包中，炉渣溢流至渣沟，沿渣沟流入至冲渣池内进行水淬处理。铁水包由行车吊至浇铸跨进行锭模浇铸，随后由锭模小车运至成品跨进行破碎、精整，得到合格的硅钒合金，其主要组成为Fe 64.89％，Si19.94％，V 10.95％，C＜0.50％。

对比例4

专利CN106544515B公开了一种钒渣提钒的方法，其具体步骤如下：

钒渣100g，其中钒元素的含量为5 .2重量％(折算成V2O5的含量为9 .28重量％)，粒度为全部过80目(其中85％属于-120目～+200目)。

将钒渣加入至可控温搅拌器中，边搅拌边加热钒渣至100℃，保温并持续搅拌50min，搅拌速度为320rpm，同时缓慢喷加氢氧化钠饱和溶液(含氢氧化钠4 .89g)至钒渣中，待溶液喷加完后，升温至500℃，在该温度下继续保持搅拌90min，搅拌速度为200rpm，随后将物料倒入200mL水中搅拌30min，过滤，洗涤，洗水合并入浸出液中，共获得钒浸出液280mL。

经检验，钒浸出液中钒元素的浓度为17 .28g/L，经计算得出钒的浸出率为93.1％。

对比例5

专利CN113913628B公开了一种处理钒渣的方法，具体步骤如下：

所用钒渣化学成分（质量百分比）为V 9 .15%，Fe 37 .49%，Cr 3 .04%，P 0 .21%。

（1）钒渣破碎细磨，并用孔径为70目的筛网筛分得到粗金属铁颗粒（Fe含量93.31wt%），以及钒渣细料（V9 .81wt%，Fe 32 .94wt%，Cr 3 .31wt%，P 0 .23wt%）。

（2）将步骤（1）得到的钒渣细料配入0 .8wt% 的CaCl2，800℃焙烧2小时，得到焙砂。

（3）将步骤（2）所得焙砂进行低酸高温浸出（浸杂），浸出温度90℃，浸出时间0 .5小时，加入浓硫酸调节pH值，控制浸出终点pH为1 .3。得到浸出渣A和浸出液A，其中P的浸出率为93%，铁的浸出率为1 .30%。将浸出液A进行脱磷除杂，得到除杂后液。

（4）将步骤（3）所得浸出渣A与除杂后液混合并加入50wt%（与焙砂的质量比）的浓硫酸进行高酸低温浸出，浸出温度30℃，浸出时间2小时得到浸出渣B和浸出液B。其中钒的浸出率达到97 .5%。所得浸出液中杂质成分Fe 0.32g/L，P 0.02g/L。

（5）将步骤（4）所得浸出液B进行直接95℃高温水解沉钒6小时得到钒酸和沉钒后液，沉钒后液返步骤（3）作为浸出溶液，钒酸经300℃煅烧3h得到五氧化二钒。其中钒的收率达到96.1%。

对比例6

专利CN111719053A公开了一种钒渣焙烧提取钒和锰的方法，具体操作步骤如下：

取钒渣500g(含钒10 .35％、锰6 .17％)、软锰矿41 .4g(含锰38 .05％)，混合均匀，在800℃焙烧100min，冷却后粉碎至过120目筛；熟料在25℃下与水按照液固比4:1、pH＝1 .5的条件下酸浸反应40min，加入氨水调节pH值至2 .5，固液分离得到浸出液(TV 22.75g/L、Mn17 .04g/L)和浸出残渣(含钒1 .34％、锰2 .17％)。焙烧浸出过程钒收率为85.4％、锰收率为75 .3％。浸出液采用酸性铵盐沉钒法得到多钒酸铵和沉钒上层液，沉钒率为98 .9％。多钒酸铵进一步氧化煅烧得到五氧化二钒，产品质量满足标准YB/T 5304-2011的要求。沉钒上层液经硫酸亚铁还原除去钒后，采用直流电解得到金属锰产品(纯度99.91％)和酸性阳极液，阳极液(pH＝0 .8、Mn＝8 .50g/L)可用于含钒熟料浸出。

对比例7

专利CN113234935B公开了一种从钒渣中共提取钒钛铬的方法，具体操作步骤如下：

(1)取5g钒渣，放入高温管式炉中，反应条件为氢气流量100mL/min，反应温度为700℃，保温时间为80min，随炉冷却至室温；

(2)取2g氢还原后的钒渣，与20mL浓度为500g/L的三氯化铁溶液共同放入反应釜中，设置浸出温度为60℃，浸出时间为40min，搅拌速度为400 r/min，待反应结束后，过滤、洗涤、烘干。

(3)取1 .5g除铁后的钒渣，1 .48g草酸，15mL去离子水，混匀成料浆，加入到反应釜内，反应温度为75℃，反应时间为60min，反应压力为0 .02MPa，搅拌速度为300r/min，待反应结束后，冷却至室温，过滤、洗涤后，得到钒、钛、铬的浸出液和浸出渣。

实验结果表明：钒渣中钒的浸出率为98 .1％、钛的浸出率为98 .4％、铬的浸出率为97 .6％。

对比例1～3其中是通过工艺对钒渣无害化处理，此类工艺未对高炉矿渣中有价金属钛、铬以及锰元素等有价金属元素有效回收处理，工艺产品单一并且能耗高、效率低、产物杂质含量高，对于钒渣的高值化利用具有明显局限性。

对比例5～7中的工艺会产生大量废水废酸，环境污染严重，回收元素单价成本太高，无法实现“闭环利用，富集回收”。同时，缺乏对钒渣中各元素的充分利用，导致部分元素流失

本发明能够有效从富钒炉渣中梯度回收钒、硅、铝、铬、镁、锰、钙等并利用，将固体沉淀D在氧气气氛下煅烧，得到产物为五氧化二钒粉末，这不仅实现对钒钛磁铁矿冶炼工艺产生的钒渣的有效利用，减少资源浪费，而且可实现批量回收处理的生产。

本发明产物E从钒渣中提取其钒的同时利用现有技术钒渣处理过程中未利用到的硅元素，实现了提取其钒元素的同时，原位制备了硅钒复合负极材料。同时本发明通过调节pH值回收沉淀F、G以及H同样是两种元素的沉淀混合物，并且可以将沉淀E、F、G、H进行产业应用，制备同时包含两种元素复合材料产品。

同时本发明当固体沉淀F、G以及H的混合物中可在提取过程中回输再提取利用以实现闭环工艺，并待富集后再回收，合理利用了矿物质特性，实现对钒渣中各元素的充分利用，经测定，钒的回收率可达到90％～98％。本发明既保护了自然矿产资源，又拓宽了钒钛磁铁矿冶炼的资源化利用途径，利于推广应用。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (3)

1.一种富钒炉渣中多种元素提取方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）将富钒炉渣预处理得到产物A；所述预处理包括破碎、筛分、磁选，所述产物A粒径为20μm～100μm；

2）将所述产物A与含碱金属或碱土金属的化合物按质量比1:1.5～2.5研磨混匀后于-70～-100℃冷冻干燥12～24小时，然后加热处理，破碎、筛分，得到产物B；所述产物B粒径为10μm～50μm；所述含碱金属或碱土金属的化合物为氯化钠、氧化钙或碳酸钙中的一种；所述热处理包括氧气气氛，升温速率为5℃/min，于温度500～1000℃保温1～10小时；

3）将所述产物B加入酸溶液中进行球磨，通过控制球磨转速依次进行活化与酸浸，并经过滤得到滤液为产物C；

4）在所述产物C中加入沉淀剂与沉淀添加剂，调节pH值离心回收沉淀；所述沉淀剂包含氨水，所述沉淀添加剂包含丙烯酰胺、丁二酮肟、8-羟基喹啉、四苯硼酸钠、4-氟-3-硝基苯胺和硅藻土中的至少一种；所述产物C、所述沉淀剂和所述沉淀添加剂的质量比依次为1：0.1～0.5：1～1.5；

所述调节pH值离心回收沉淀分为五个阶段，依次为：第一阶段控制pH为0-1，离心收集产物D含钒元素沉淀；第二阶段控制pH为2-3，离心收集产物E含钒、硅元素的沉淀混合物；第三阶段控制pH为6-7，离心收集产物F含铝和铬元素的沉淀混合物；第四阶段控制pH为10-11，离心收集产物G含镁和锰元素的沉淀混合物；第五阶段控制pH为12-14，离心收集产物H含钙元素的沉淀；

步骤3）中，产物B与酸溶液的固液比为1:15～25 g/mL ，所述酸溶液包括硫酸、盐酸、硝酸、醋酸、酒石酸、草酸和柠檬酸中的至少一种；所述球磨过程中球磨珠和所述产物B的球料比为5～20:1；所述活化设置球磨转速为100～500转/分钟，时间为1～5小时；所述酸浸设置球磨转速为500～1000转/分钟，时间为1～10小时；

所述产物F的回收标准为其中铝含量≥20%、铬含量≥10%，所述产物G的回收标准为其中镁含量≥40%、锰含量≥20%，所述产物H的回收标准为其中钙含量≥50%。

2.根据权利要求1所述的富钒炉渣中多种元素提取方法，其特征在于，若所述产物F未达到回收标准，则将所述产物F加入所述步骤4）中的所述产物C中；

若述产物G未达到回收标准，则将所述产物G加入所述步骤4）中的所述产物C中；

若所述产物H未达到回收标准，则将所述产物H加入所述步骤4）中的所述产物C中。

3.根据权利要求1-2任一项所述的富钒炉渣中多种元素提取方法，其特征在于，将产物D在氧气气氛下煅烧，得到产物为五氧化二钒粉末；

将产物E与碳材料混合放入管式炉中，在氩气气氛中进行热处理，得到产物为硅钒复合负极材料；

将产物F用于制备合金表面抗高温腐蚀的铬铝涂层；

将产物G用于制备镁锰合金的原料；

将产物H用于制备高纯度氧化钙粉末。