CN117025983B - 采用超声外场与微气泡联用实现钒铬氧化浸出的方法 - Google Patents
采用超声外场与微气泡联用实现钒铬氧化浸出的方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN117025983B CN117025983B CN202311302955.8A CN202311302955A CN117025983B CN 117025983 B CN117025983 B CN 117025983B CN 202311302955 A CN202311302955 A CN 202311302955A CN 117025983 B CN117025983 B CN 117025983B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- vanadium
- chromium
- reaction
- leaching
- concentration
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000002386 leaching Methods 0.000 title claims abstract description 104
- WFISYBKOIKMYLZ-UHFFFAOYSA-N [V].[Cr] Chemical compound [V].[Cr] WFISYBKOIKMYLZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 49
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 34
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 title claims abstract description 18
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 title claims abstract description 17
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 153
- LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N vanadium atom Chemical compound [V] LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 153
- 239000002893 slag Substances 0.000 claims abstract description 91
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 64
- 239000011651 chromium Substances 0.000 claims abstract description 64
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 63
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 54
- 239000012670 alkaline solution Substances 0.000 claims abstract description 47
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 claims abstract description 29
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims abstract description 28
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 27
- 238000000227 grinding Methods 0.000 claims abstract description 24
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims abstract description 21
- 239000012066 reaction slurry Substances 0.000 claims abstract description 17
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 13
- 238000012216 screening Methods 0.000 claims abstract description 10
- 230000009471 action Effects 0.000 claims abstract description 8
- 238000002604 ultrasonography Methods 0.000 claims abstract description 8
- 238000001914 filtration Methods 0.000 claims abstract description 7
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims abstract description 4
- 239000002002 slurry Substances 0.000 claims abstract description 4
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 30
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 25
- KWYUFKZDYYNOTN-UHFFFAOYSA-M Potassium hydroxide Chemical compound [OH-].[K+] KWYUFKZDYYNOTN-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 18
- 229910052596 spinel Inorganic materials 0.000 claims description 17
- 239000011029 spinel Substances 0.000 claims description 17
- 239000002994 raw material Substances 0.000 claims description 11
- 238000007873 sieving Methods 0.000 claims description 10
- 239000003513 alkali Substances 0.000 claims description 9
- SZVJSHCCFOBDDC-UHFFFAOYSA-N iron(II,III) oxide Inorganic materials O=[Fe]O[Fe]O[Fe]=O SZVJSHCCFOBDDC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 239000002585 base Substances 0.000 claims description 6
- 230000035484 reaction time Effects 0.000 claims description 6
- 229910052840 fayalite Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 claims description 3
- CNLWCVNCHLKFHK-UHFFFAOYSA-N aluminum;lithium;dioxido(oxo)silane Chemical compound [Li+].[Al+3].[O-][Si]([O-])=O.[O-][Si]([O-])=O CNLWCVNCHLKFHK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 238000002844 melting Methods 0.000 claims description 3
- 230000008018 melting Effects 0.000 claims description 3
- 229910052642 spodumene Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000010959 steel Substances 0.000 claims description 3
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 claims description 2
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 abstract description 3
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 27
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 19
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 15
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 15
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 15
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 11
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 8
- 238000005276 aerator Methods 0.000 description 7
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 7
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 6
- 230000008569 process Effects 0.000 description 6
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 6
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 6
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 6
- 229910052609 olivine Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000010450 olivine Substances 0.000 description 5
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 4
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 4
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 3
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 3
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 3
- 229910052611 pyroxene Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 3
- 238000005303 weighing Methods 0.000 description 3
- DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M Ilexoside XXIX Chemical compound C[C@@H]1CC[C@@]2(CC[C@@]3(C(=CC[C@H]4[C@]3(CC[C@@H]5[C@@]4(CC[C@@H](C5(C)C)OS(=O)(=O)[O-])C)C)[C@@H]2[C@]1(C)O)C)C(=O)O[C@H]6[C@@H]([C@H]([C@@H]([C@H](O6)CO)O)O)O.[Na+] DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M 0.000 description 2
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L Sodium Carbonate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-]C([O-])=O CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- 239000012752 auxiliary agent Substances 0.000 description 2
- 238000000498 ball milling Methods 0.000 description 2
- 159000000007 calcium salts Chemical class 0.000 description 2
- 239000003518 caustics Substances 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 238000000658 coextraction Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000003912 environmental pollution Methods 0.000 description 2
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 2
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 2
- 230000033116 oxidation-reduction process Effects 0.000 description 2
- 238000004064 recycling Methods 0.000 description 2
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 2
- 239000011734 sodium Substances 0.000 description 2
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 description 2
- CMZUMMUJMWNLFH-UHFFFAOYSA-N sodium metavanadate Chemical compound [Na+].[O-][V](=O)=O CMZUMMUJMWNLFH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 159000000000 sodium salts Chemical class 0.000 description 2
- 238000005728 strengthening Methods 0.000 description 2
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 description 2
- 229910000166 zirconium phosphate Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000010718 Oxidation Activity Effects 0.000 description 1
- CBENFWSGALASAD-UHFFFAOYSA-N Ozone Chemical compound [O-][O+]=O CBENFWSGALASAD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- 238000004220 aggregation Methods 0.000 description 1
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 1
- 230000002308 calcification Effects 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 1
- -1 chromium metals Chemical class 0.000 description 1
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 1
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 238000010494 dissociation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000005593 dissociations Effects 0.000 description 1
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 description 1
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 238000001125 extrusion Methods 0.000 description 1
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N iron oxide Inorganic materials [Fe]=O UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 229910021645 metal ion Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 description 1
- 239000011707 mineral Substances 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000006911 nucleation Effects 0.000 description 1
- 238000010899 nucleation Methods 0.000 description 1
- 239000007800 oxidant agent Substances 0.000 description 1
- NDLPOXTZKUMGOV-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoferriooxy)iron hydrate Chemical compound O.O=[Fe]O[Fe]=O NDLPOXTZKUMGOV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000001698 pyrogenic effect Effects 0.000 description 1
- 239000000376 reactant Substances 0.000 description 1
- 230000003014 reinforcing effect Effects 0.000 description 1
- 238000007363 ring formation reaction Methods 0.000 description 1
- 239000013049 sediment Substances 0.000 description 1
- 238000010008 shearing Methods 0.000 description 1
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 1
- 229910000029 sodium carbonate Inorganic materials 0.000 description 1
- PXLIDIMHPNPGMH-UHFFFAOYSA-N sodium chromate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-][Cr]([O-])(=O)=O PXLIDIMHPNPGMH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000007790 solid phase Substances 0.000 description 1
- 231100000331 toxic Toxicity 0.000 description 1
- 230000002588 toxic effect Effects 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22B—PRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
- C22B34/00—Obtaining refractory metals
- C22B34/20—Obtaining niobium, tantalum or vanadium
- C22B34/22—Obtaining vanadium
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22B—PRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
- C22B34/00—Obtaining refractory metals
- C22B34/30—Obtaining chromium, molybdenum or tungsten
- C22B34/32—Obtaining chromium
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22B—PRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
- C22B7/00—Working up raw materials other than ores, e.g. scrap, to produce non-ferrous metals and compounds thereof; Methods of a general interest or applied to the winning of more than two metals
- C22B7/006—Wet processes
- C22B7/008—Wet processes by an alkaline or ammoniacal leaching
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22B—PRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
- C22B7/00—Working up raw materials other than ores, e.g. scrap, to produce non-ferrous metals and compounds thereof; Methods of a general interest or applied to the winning of more than two metals
- C22B7/04—Working-up slag
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P10/00—Technologies related to metal processing
- Y02P10/20—Recycling
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Geology (AREA)
- Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
Abstract
本申请公开了一种采用超声外场与微气泡联用实现钒铬氧化浸出的方法，包括以下步骤：预处理：将钒渣进行研磨以及筛分处理，得到反应物料；浆料制备：将所述反应物料与碱性溶液混合，得到反应浆料；将所述反应浆料进行搅拌并在超声作用下通入氧化性气体，进行加热反应；反应结束后过滤浸出液，得到高浓度钒铬碱浸液，所述高浓度钒铬碱浸液中钒浓度大于2g/L，铬浓度大于1g/L。本申请无需经过高温焙烧，在低温条件下就能完成钒、铬的浸出反应，能耗大幅降低，节省成本，且钒、铬的单级浸出率高。
Description
技术领域
本申请涉及有色金属冶金技术领域，尤其涉及一种采用超声外场与微气泡联用实现钒铬氧化浸出的方法。
背景技术
钒和铬是重要的战略金属元素，常被用于化工、能源、航空航天、储能等关键领域，具有极高的金属资源回收价值。转炉钒渣是目前生产和回收钒、铬的主要原料，然而在转炉钒渣中，钒铬尖晶石具有非常稳定的八面体结构，且通常被包覆在铁橄榄石内部。现有技术公开了一种钒渣钠化焙烧提钒的方法，经过细磨除铁后的钒渣与碳酸钠混合，再经过高温焙烧-水浸后得到钒酸钠碱液，焙烧温度高（700-900℃）且工艺流程长，能耗较高。因此，亟需提供一种条件相对温和、安全性高且更高效的钒、铬提取方法。
发明内容
有鉴于此，本申请提供一种采用超声外场与微气泡联用实现钒铬氧化浸出的方法，所述方法能够实现在温和环境且无需外加氧化还原助剂的条件下实现钒渣中钒、铬元素的高效同步提取，浸出液为高浓度钒酸钠、铬酸钠碱液，可用于后续制备高纯钒、铬产品，浸出渣主要成分为无定形氧化铁，且浸出渣中钒、铬含量低于0.5%。
一种采用超声外场与微气泡联用实现钒铬氧化浸出的方法，包括以下步骤：
（1）预处理：将钒渣进行研磨以及筛分处理，得到反应物料；
（2）浆料制备：将步骤（1）中的所述反应物料与碱性溶液混合，得到反应浆料；
（3）将步骤（2）中的反应浆料进行搅拌并在超声作用下通入氧化性气体，进行加热反应；
（4）反应结束后过滤浸出液，得到高浓度钒铬碱浸液，所述高浓度钒铬碱浸液中钒浓度大于2g/L，铬浓度大于1g/L。
本申请采用预先研磨筛分的方式，首先将被包裹在钒渣内部的钒铬尖晶石相充分暴露，增大其与浸出液中碱介质以及活性氧的有效接触面积和碰撞机率，然后本申请在通入氧化性气体的同时还增设搅拌以及超声作用，通过调控通入的氧化性气体的流量在合适范围以及协同调控超声条件以及搅拌的转速均合适，三者配合，能够实现对微气泡尺寸的精准控制。超声波振动产生的振荡压力波会驱动微气泡的生长，当气泡生长到一定程度时，超声波传播引起的压力变化又导致气泡快速坍缩破裂，形成强烈的冲击波和局部高温，此时，可侵蚀钒渣表面的橄榄石、辉石等物相，促使钒渣分解，进而使得钒渣中的钒铬尖晶石相完全暴露，且超声外场与微气泡的联用进一步促进了碱性溶液中活性氧的生成，更利于钒、铬的高效浸出。
在一些实施方式中，在步骤（3）中，搅拌的转速范围为1200rmp至1500rmp，超声频率为20 kHz至30kHz，超声功率为200 W/L 至600W/L，氧化性气体的流量为0.1 L/min至1.5L/min。如此，利于产生足够数量、大小合适的微气泡用于与钒渣充分接触，且更利于碱性溶液中活性氧的生成，具有较高的气体利用率，可实现钒渣中低价钒、铬的高效氧化。搅拌的转速、超声条件以及氧化性气体的流量在上述范围时，可以实现在温和环境且无需外加氧化还原助剂的条件下实现转炉钒渣中钒元素、铬元素的高效同步提取，从而避免了现有技术中钠盐、钙盐等物质的消耗，显著降低了钒渣火法处理过程中的环境污染问题。优选地，搅拌的转速范围为1250rmp至1400rmp，超声频率为20 kHz至25kHz，超声功率为300 W/L至500W/L，氧化性气体的流量为0.8 L/min至1.2 L/min。
在一些实施方式中，所述微气泡为单独气路引入，所述超声外场是采用超声波发生器提供，其超声端与反应器内部连接，用于筛选控制大小合适的气泡，同时避免反应物颗粒的过度聚集。优选的，所述微气泡产生方式为微气泡发生器产生、曝凹机旋转剪切产生或者空气滤头挤压产生中的任一种；优选地，所述氧化性气体的类型为高纯氧气、空气、臭氧的一种或混合气体，用于实现钒渣矿物和浸出液中低价态金属离子的氧化。
在一些实施方式中，所述钒渣是以钒钛磁铁矿作为原料生产钢铁时，经过高炉熔化后选择性氧化并富集得到的渣相，所述渣相包括40%以上的钒铬尖晶石、37%以上的铁橄榄石、10%以上的钙镁辉石以及磁铁矿。
在一些实施方式中，在步骤（1）中，将钒渣进行研磨以及筛分处理，得到反应物料包括：将钒渣研磨1~2h后过100~325目筛网，得到D90值小于150μm的钒渣颗粒，记为反应物料，其中，D90是指由粒径小的一侧开始体积累计为90%时所对应的粒径。研磨和筛分目的在于降低钒渣粒径，利于暴露钒铬矿相，所述的研磨采用机械研磨或者球磨，所述的筛分采用机械筛分或者手动筛分。
在一些实施方式中，在步骤（2）中，所述碱性溶液中碱的质量百分含量为40wt%至60wt%，所述反应物料的质量与所述碱性溶液的体积比为1g:(5~15)ml。反应物料的质量与碱性溶液的体积比在上述范围时，更利于提高钒渣中钒、铬目标金属的浸出效率。
在一些实施方式中，当75μm≤D90值<150μm时，所述反应物料的质量与所述碱性溶液的体积比为1g:(13~15)ml ，当45μm≤D90值<75μm时，所述反应物料的质量与所述碱性溶液的体积比为1g:(9~12)ml，当D90值<45μm时，所述反应物料的质量与所述碱性溶液的体积比为1g:(5~8)ml。
在一些实施方式中，所述碱性溶液中的所述碱选自氢氧化钠和/或氢氧化钾，基于所述碱性溶液的质量，所述氢氧化钠和/或氢氧化钾的质量百分含量为45wt%至55 wt%。
在一些实施方式中，在步骤（3）中，所述加热反应的条件包括：加热温度为130℃~140℃，反应时间为4~6h。
在一些实施方式中，所述碱浸液中钒浓度大于3.5g/L，铬浓度大于1.3g/L。相比于浸出尾渣，钒的浸出率达到90%以上，铬的浸出率大于85%。
本申请一些实施例提供的技术方案带来的有益效果至少包括：本申请所述的浸出方法首先将被包裹在钒渣内部的钒铬尖晶石相充分暴露，增大其与浸出液中碱介质以及活性氧的有效接触面积和碰撞机率，然后在加热反应过程中通入氧化性气体的同时还增设搅拌以及超声作用，通过调控通入的氧化性气体的流量在合适范围以及协同调控超声条件以及搅拌的转速均合适，三者协同配合，极大提高了氧化性气体的利用效率，同时利用超声波振动产生的振荡压力波驱动气泡的生长和破裂，促使钒铬尖晶石相的完全暴露，可实现钒、铬金属由钒渣固相向高浓度液相的迁移，提取流程大幅缩减。本申请无需经过高温焙烧，在低温条件下就能完成反应，能耗大幅降低，节省成本，且钒、铬的单级浸出率高。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，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申请的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请所述采用超声外场与微气泡联用实现钒铬氧化浸出的方法的工艺流程示意图；
图2为本申请实施例2与对比例3中钒、铬浸出效率对比图；
图3为本申请实施例2与对比例3中钒、铬浸出浓度对比图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
在传统的钒、铬回收方法中，钒渣经过高温焙烧如钠化焙烧或钙化焙烧后，尖晶石外部的橄榄石首先被分解，随后暴露出的钒铬尖晶石相被氧化，形成易溶态的金属钠盐或钙盐，之后再经过稀酸浸出。但在回收过程中辅料加入量大，易造成焙砂软化烧结、窑体结圈等问题造成设备损耗，同时在焙烧过程中会释放大量的有毒有害气体，造成严重的环境污染，且对铬资源的回收有限。因此，在清洁生产的背景下，寻求一种低碳、绿色、高效的钒铬共提回收工艺路线具有重要的经济效益和环境效益。
采用超声外场与微气泡联用实现钒铬氧化浸出的方法
步骤（1）：预处理：将钒渣进行研磨以及筛分处理，得到反应物料；
步骤（2）：浆料制备：将步骤（1）中的所述反应物料与碱性溶液混合，得到反应浆料；
步骤（3）：将步骤（2）中的反应浆料进行搅拌并在超声作用下通入氧化性气体，进行加热反应；
步骤（4）：反应结束后过滤浸出液，得到高浓度钒铬碱浸液，所述高浓度钒铬碱浸液中钒浓度大于2g/L，铬浓度大于1g/L。
在一些实施例中，在步骤（3）中，搅拌的转速范围为1200rmp至1500rmp，超声频率为20 kHz至30kHz，超声功率为200 W/L 至600W/L，氧化性气体的流量为0.1 L/min至1.5L/min。
示例性地，搅拌的转速为1200rmp、1250rmp、1300rmp、1350rmp、1400rmp、1450rmp、1500rmp或上述任意两个值组成的范围。
示例性地，超声频率为20 kHz、22kHz、24kHz、25kHz、26kHz、28kHz、30kHz或上述任意两个值组成的范围。
示例性地，超声功率为200 W/L、250W/L、300W/L、350W/L、400W/L、450W/L、500W/L、550W/L、600W/L或上述任意两个值组成的范围。
示例性地，氧化性气体的流量为0.1 L/min、0.3L/min、0.5L/min、0.8L/min、1L/min、1.2L/min、1.4L/min、1.5L/min或上述任意两个值组成的范围。
在一些实施例中，所述钒渣是以钒钛磁铁矿作为原料生产钢铁时，经过高炉熔化后选择性氧化并富集得到的渣相，所述渣相包括40%以上的钒铬尖晶石、37%以上的铁橄榄石、10%以上的钙镁辉石以及磁铁矿。
在一些实施例中，在步骤（1）中，将钒渣进行研磨以及筛分处理，得到反应物料包括：将钒渣研磨1~2h后过100~325目筛网，得到D90值小于150μm的钒渣颗粒，记为反应物料。
示例性地，D90值为5μm、15μm、25μm、35μm、45μm、65μm、75μm、85μm、105μm、125μm、135μm、150μm或上述任意两个值组成的范围。
在一些实施例中，在步骤（2）中，所述碱性溶液中碱的质量百分含量为40wt%至60wt%，所述反应物料的质量与所述碱性溶液的体积比为1g:(5~15)ml。
示例性地，所述碱性溶液中碱的质量百分含量为40wt%、45wt%、50wt%、55wt%、60wt%或上述任意两个值组成的范围。
在一些实施例中，当75μm≤D90值<150μm时，所述反应物料的质量与所述碱性溶液的体积比为1g:(13~15)ml。示例性地，所述反应物料的质量与所述碱性溶液的体积比为1g:13ml、1g:14ml或1g:15ml中的任一种。
当45μm≤D90值<75μm时，所述反应物料的质量与所述碱性溶液的体积比为1g:(9~12)ml。示例性地，所述反应物料的质量与所述碱性溶液的体积比为1g: 9ml、1g: 10ml、1g:11ml或1g: 12ml中的任一种。
当D90值<45μm时，所述反应物料的质量与所述碱性溶液的体积比为1g:(5~8)ml。示例性地，所述反应物料的质量与所述碱性溶液的体积比为1g:5ml、1g:6ml、1g:7ml或1g:8ml中的任一种。
在一些实施例中，所述碱性溶液中的所述碱选自氢氧化钠和/或氢氧化钾，基于所述碱性溶液的质量，所述氢氧化钠和/或氢氧化钾的质量百分含量为45wt%至55 wt%。具体地，在一个实施例中，所述碱性溶液中的所述碱为氢氧化钠，在另一个实施例中，所述碱性溶液中的所述碱为氢氧化钾，在其他实施例中，所述碱性溶液中的所述碱为氢氧化钠和氢氧化钾的混合物。
在一些实施例中，在步骤（3）中，所述加热反应的条件包括：加热温度为130℃~140℃，反应时间为4~6h。
在一些实施例中，所述碱浸液中钒浓度大于3.5g/L，铬浓度大于1.3g/L。
本申请的原理：（1）本申请采用预先球磨筛分的方式，将被包裹的钒铬尖晶石相完全暴露，增大与浸出液中碱介质和活性氧的有效接触面积和碰撞机率，能够实现钒渣的快速解离；（2）本申请在加热反应的搅拌过程中采用超声外场辅助微气泡作为钒铬共提的强化方式，一方面，本发明中微气泡作为强氧化剂的新型替代方式，由于其在水中的停留时间较长，可增加氧化性气体的溶解、扩散、以及氧化活性，极大提高了氧化性气体的利用效率，并且产生的氧化性物质有利于钒渣中低价态钒、铬元素的氧化反应，提高体系中钒铬目标金属的浸出效率；另一方面，超声波的加入可用于实现对微气泡尺寸的控制，超声波振动产生的振荡压力波驱动大量气泡的生长和破裂，当气泡在钒渣颗粒表面破裂时，会伴随冲击波和微射流可侵蚀钒渣表面的橄榄石、辉石等物相，造成钒渣的分解，进一步促使钒铬尖晶石相的完全暴露，利于提高钒、铬浸出率。
下面通过实施例来进一步说明本发明，但不局限于以下实施例。
实施例1
本实施例提供了一种采用超声外场与微气泡联用实现钒铬氧化浸出的方法，所述方法包括如下步骤：
（1）采用机械研磨将钒渣原料进行研磨1 h后过100目细筛，得到75μm≤D90值<150μm的钒渣颗粒备用，记为待提钒渣（即反应物料，下同）；
（2）将上述研磨筛分后的待提钒渣加入到质量分数为50%的NaOH碱性溶液中，得到待提钒渣与碱性溶液组成的反应浆料，将上述反应浆料转移至预热好的微气泡反应器中，所述待提钒渣与碱性溶液的固液比为1 g : 15 mL，所述预热温度为130 ℃；
（3）在超声外场作用下，采用曝凹机向所述反应浆料中通入氧气微气泡，曝凹机螺旋桨转速设置1400rpm，气体流速设置为1.0L/min，超声频率为25 kHz，超声功率为500W/L，产生为所述气泡平均大小为50-100μm，反应时间为4 h；
（4）反应结束后过滤浸出液，得到高浓度钒铬碱浸液（即钒铬碱液，下同），钒铬碱液中钒的质量浓度为4.3 g/L，铬的质量浓度为2.5 g/L。对浸出尾渣进行充分水洗（洗水体积与钒渣质量之比为3:1）后在80℃下烘干24h，称重，计算浸出尾渣的质量。基于浸出尾渣的质量，计算得到钒、铬的浸出率，其中，钒的浸出率为96.86%，铬的浸出率为86.59%。
实施例2
本实施例提供了一种采用超声外场与微气泡联用实现钒铬氧化浸出的方法，所述方法包括如下步骤：
（1）采用机械研磨将钒渣原料进行研磨1.5 h后过200目细筛，得到45μm≤D90值<75μm的钒渣颗粒备用，记为待提钒渣；
（2）将上述研磨筛分后的待提钒渣加入到质量分数为60%的NaOH碱性溶液中，得到待提钒渣与碱性溶液组成的反应浆料，将上述反应浆料转移至预热好的微气泡反应器中，所述待提钒渣与碱性溶液的固液比为1 g : 10 mL，所述预热温度为140 ℃；
（3）在超声外场作用下，采用曝凹机向所述反应浆料中通入氧气微气泡，曝凹机螺旋桨转速设置1250 rpm，超声频率为20 kHz，超声功率为300 W/L，产生为所述气泡平均大小为80-120μm，气体流速设置为1.0 L/min，反应时间为5 h；
（4）反应结束后过滤浸出液，得到高浓度钒铬碱浸液，所述钒铬碱液中钒的质量浓度为3.9 g/L，铬的质量浓度为1.62 g/L。对浸出尾渣进行充分水洗（洗水体积与钒渣质量之比为3:1）后在80℃下烘干24h，称重，计算浸出尾渣的质量。基于浸出尾渣的质量，计算得到钒、铬的浸出率，其中，钒的浸出率为95.53%，铬的浸出率为88.70%。
实施例3
本实施例提供了一种采用超声外场与微气泡联用实现钒铬氧化浸出的方法，所述方法包括如下步骤：
（1）采用机械研磨将钒渣原料进行研磨1 h后过325目细筛，得到D90小于45 um的钒渣颗粒备用，记为待提钒渣；
（2）将上述研磨筛分后的待提钒渣加入到质量分数为50%的NaOH碱性溶液中，得到待提钒渣与碱性溶液组成的反应浆料，将上述反应浆料转移至预热好的微气泡反应器中，所述待提钒渣与碱性溶液的固液比为1 g : 5 mL；所述预热温度为130 ℃；
（3）在超声外场作用下，采用孔径10 um的空气滤头向所述反应浆料中通入氧气微气泡，超声频率为25 kHz，超声功率为500 W/L，产生为气泡平均大小为50-100μm，气体流速设置为1.0 L/min，搅拌桨转速设置1250rpm，反应时间为6 h；
（4）反应结束后过滤浸出液，得到高浓度钒铬碱浸液，钒铬碱液中钒的质量浓度为3.65 g/L，铬的质量浓度为1.32 g/L。对浸出尾渣进行充分水洗（洗水体积与钒渣质量之比为3:1）后在80℃下烘干24h，称重，计算浸出尾渣的质量。基于浸出尾渣的质量，计算得到钒、铬的浸出率，其中，钒的浸出率为94.28%，铬的浸出率为86.30%。
实施例4
本实施例与实施例1的区别在于，采用机械研磨将钒渣原料进行研磨1 h后过200目细筛，得到45μm≤D90值<75μm的钒渣颗粒后进行浸出操作，其他与实施例1相同；
基于浸出尾渣的质量，计算得到钒、铬的浸出率，其中，钒的浸出率为92.95%，铬的浸出率为81.36%。
实施例5
本实施例与实施例1的区别在于，将曝凹机螺旋桨转速设置1000 rpm，产生为所述气泡平均大小为100~200μm，其他与实施例1相同；
基于浸出尾渣的质量，计算得到钒、铬的浸出率，其中，钒的浸出率为85.21%，铬的浸出率为70.63%。
对比例1
本实施例与实施例1的区别在于，通入微气泡时不另外引入超声场，其他与实施例1相同；
基于浸出尾渣的质量，计算得到钒、铬的浸出率，其中，钒的浸出率为70.58%，铬的浸出率为63.91%。
对比例2
本对比例与实施例1的区别在于，不采用机械研磨，钒渣原料不经过筛分，及将D90大于150 um的钒渣颗粒作为原料进行浸出操作，其他与实施例1相同；
基于浸出尾渣的质量，计算得到钒、铬的浸出率，其中，钒的浸出率为80.26%，铬的浸出率为60.53%。
对比例3
本对比例与实施例2的区别在于，将曝凹机与氧气瓶之间的管路关闭，即不向反应器中通入氧气，浸出体系中不产生微气泡，其他与实施例2相同；
基于浸出尾渣的质量，计算得到钒、铬的浸出率，其中，钒的浸出率为8.25%。
图2为本申请实施例2与对比例3中钒、铬浸出效率对比图，图3为本申请实施例2与对比例3中钒、铬浸出浓度对比图，结合图2和图3可以看出，浸出体系中不产生微气泡时，钒的浸出率很低，且铬的浸出可以忽略不计。
分析：
由实施例1-3可知，采用本申请的方法，可有效破坏钒渣中结构稳定的钒铬尖晶石相、橄榄石相等，能够实现钒渣中钒、铬的高效浸出且浸出条件温和。基于浸出尾渣的质量，钒的浸出率均高达95%左右，铬的浸出率也可高达85%以上。反应结束后得到高浓度钒铬碱浸液中，钒浓度大于3.5g/L，铬浓度大于1 .3g/L。本申请所述的方法通过调控通入的氧化性气体的流量在合适范围以及协同调控超声条件以及搅拌的转速均合适，三者配合，实现对微气泡尺寸的精准控制，微气泡作为强化介质，无需添加其他化学试剂，即可实现钒渣中钒、铬的浸出。而且，超声波传播引起的压力变化又导致气泡快速坍缩破裂，形成强烈的冲击波和局部高温，促使钒渣分解，实现钒、铬单级浸出效率高；且本申请所述的方法的反应条件温和，易于操作，对反应设备无太高要求。
对比例1和实施例1相比较，可以看出，超声场对钒、铬的氧化浸出具有强化促进作用，超声场的加入配合适当的搅拌以及适量的氧化性气体，能够强化气泡的成核生长和破裂，并生产活性氧促进钒、铬的氧化，对比例1在加热反应中仅通过氧化性气体以及设置搅拌，其钒的浸出率仅为70.58%，铬的浸出率仅为63.91%，远低于实施例1中钒的浸出率96.86%以及铬的浸出率86.59%，可见，合适的超声条件利于与适量的氧化性气体以及合适的搅拌速度协同增效，同时调控三者的范围在申请所述的范围内，利于的实现钒、铬的高效浸出。
对比例2和实施例1相比较，可以看出，钒渣颗粒的大小对钒、铬的浸出率有明显影响，这是因为钒渣中钒、铬元素主要以钒铬尖晶石相负载在颗粒中，且外层被橄榄石相、辉石相包裹，钒渣颗粒较大易造成钒铬尖晶石难以与氢氧化钠、活性氧等物质接触，直接降低其浸出效率。实施例4和实施例1相比较，可以看出，反应物料的D90值及其质量与碱性溶液的体积均在合适范围时，更利于钒渣中钒、铬的高效浸出。
实施例5和对比例3与实施例1相比较，可以看出，微气泡的产生以及其大小调控对钒、铬浸出具有重要影响作用，这是因为微气泡作为浸出液中强氧化性物质的供体，当微气泡尺寸较大时，会迅速上浮于溶液表面，造成氧气等氧化性气体难以充分利用，浸出液中活性氧物质产生量较少，最终导致钒、铬浸出率不高。
以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种采用超声外场与微气泡联用实现钒铬氧化浸出的方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）预处理：将钒渣进行研磨以及筛分处理，得到反应物料；
（2）浆料制备：将步骤（1）中的所述反应物料与碱性溶液混合，得到反应浆料；
（3）将步骤（2）中的反应浆料进行搅拌并在超声作用下通入氧化性气体，进行加热反应；
（4）反应结束后过滤浸出液，得到高浓度钒铬碱浸液，所述高浓度钒铬碱浸液中钒浓度大于2g/L，铬浓度大于1g/L；
在步骤（1）中，将钒渣进行研磨以及筛分处理，得到反应物料包括：
将钒渣研磨1~2h后过100~325目筛网，得到D90值小于150μm的钒渣颗粒，记为反应物料；其中，D90是指由粒径小的一侧开始体积累计为90%时所对应的粒径；
在步骤（2）中，所述碱性溶液中碱的质量百分含量为40wt%至60wt%，所述反应物料的质量与所述碱性溶液的体积比为1g:(5~15)ml；
当75μm≤D90值<150μm时，所述反应物料的质量与所述碱性溶液的体积比为1g:(13~15)ml，当45μm≤D90值<75μm时，所述反应物料的质量与所述碱性溶液的体积比为1g:(9~12)ml，当D90值<45μm时，所述反应物料的质量与所述碱性溶液的体积比为1g:(5~8)ml；
在步骤（3）中，搅拌的转速范围为1200rmp至1500rmp，超声频率为20 kHz至30kHz，超声功率为200 W/L 至600W/L，氧化性气体的流量为0.1 L/min至1.5L/min。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，满足以下条件中的至少一者：
（1）搅拌的转速范围为1250rmp至1400rmp；
（2）超声频率为20 kHz至25kHz，超声功率为300 W/L 至500W/L；
（3）氧化性气体的流量为0.8 L/min至1.2 L/min。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述钒渣是以钒钛磁铁矿作为原料生产钢铁时，经过高炉熔化后选择性氧化并富集得到的渣相；
所述渣相包括40%以上的钒铬尖晶石、37%以上的铁橄榄石、10%以上的钙镁辉石以及磁铁矿。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述碱性溶液中的所述碱选自氢氧化钠和/或氢氧化钾；
基于所述碱性溶液的质量，所述氢氧化钠和/或氢氧化钾的质量百分含量为45wt%至55wt%。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤（3）中，所述加热反应的条件包括：
加热温度为130℃~140℃，反应时间为4~6h。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述高浓度钒铬碱浸液中钒浓度大于3.5g/L，铬浓度大于1.3g/L。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311302955.8A CN117025983B (zh) | 2023-10-10 | 2023-10-10 | 采用超声外场与微气泡联用实现钒铬氧化浸出的方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311302955.8A CN117025983B (zh) | 2023-10-10 | 2023-10-10 | 采用超声外场与微气泡联用实现钒铬氧化浸出的方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN117025983A CN117025983A (zh) | 2023-11-10 |
| CN117025983B true CN117025983B (zh) | 2023-12-19 |
Family
ID=88637735
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202311302955.8A Active CN117025983B (zh) | 2023-10-10 | 2023-10-10 | 采用超声外场与微气泡联用实现钒铬氧化浸出的方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN117025983B (zh) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117660767B (zh) * | 2024-01-31 | 2024-04-26 | 中国科学院过程工程研究所 | 一种采用多段微气泡从镍铝渣中回收钒酸钠的方法 |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2015161660A1 (zh) * | 2014-04-21 | 2015-10-29 | 中国科学院过程工程研究所 | 一种从含钒铬硅溶液制备低硅五氧化二钒的方法 |
| CN105400967A (zh) * | 2015-11-10 | 2016-03-16 | 中国科学院过程工程研究所 | 一种低温常压提取钒渣中钒和铬的方法 |
| CN106011492A (zh) * | 2016-07-15 | 2016-10-12 | 东北大学 | 一种钒渣超声波强化浸取钒的方法 |
| CN107892317A (zh) * | 2017-11-14 | 2018-04-10 | 河钢股份有限公司承德分公司 | 一种回收钙化沉钒尾渣中的钒并制备纳米碳酸钙的方法 |
| CN111270076A (zh) * | 2020-03-18 | 2020-06-12 | 东南大学 | 一种废弃scr脱硝催化剂中钒、钨元素的浸出方法 |
| US10947630B2 (en) * | 2017-02-24 | 2021-03-16 | Vanadiumcorp Resources Inc. | Metallurgical and chemical processes for recovering vanadium and iron values from vanadiferous titanomagnetite and vanadiferous feedstocks |
| CN114394620A (zh) * | 2021-12-29 | 2022-04-26 | 四川省绵阳市华意达化工有限公司 | 一种高铬钒溶液联产高品质五氧化二钒和三氧化二铬的方法 |
-
2023
- 2023-10-10 CN CN202311302955.8A patent/CN117025983B/zh active Active
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2015161660A1 (zh) * | 2014-04-21 | 2015-10-29 | 中国科学院过程工程研究所 | 一种从含钒铬硅溶液制备低硅五氧化二钒的方法 |
| CN105400967A (zh) * | 2015-11-10 | 2016-03-16 | 中国科学院过程工程研究所 | 一种低温常压提取钒渣中钒和铬的方法 |
| CN106011492A (zh) * | 2016-07-15 | 2016-10-12 | 东北大学 | 一种钒渣超声波强化浸取钒的方法 |
| US10947630B2 (en) * | 2017-02-24 | 2021-03-16 | Vanadiumcorp Resources Inc. | Metallurgical and chemical processes for recovering vanadium and iron values from vanadiferous titanomagnetite and vanadiferous feedstocks |
| CN107892317A (zh) * | 2017-11-14 | 2018-04-10 | 河钢股份有限公司承德分公司 | 一种回收钙化沉钒尾渣中的钒并制备纳米碳酸钙的方法 |
| CN111270076A (zh) * | 2020-03-18 | 2020-06-12 | 东南大学 | 一种废弃scr脱硝催化剂中钒、钨元素的浸出方法 |
| CN114394620A (zh) * | 2021-12-29 | 2022-04-26 | 四川省绵阳市华意达化工有限公司 | 一种高铬钒溶液联产高品质五氧化二钒和三氧化二铬的方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN117025983A (zh) | 2023-11-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN117025983B (zh) | 采用超声外场与微气泡联用实现钒铬氧化浸出的方法 | |
| CN105886769B (zh) | 一种硝酸溶解多金属合金物料集贵金属的方法 | |
| CN108247077B (zh) | 一种微反应制备铜粉的方法 | |
| CN103624251B (zh) | 一种半微米钴粉及其制备方法和氢氧化钴粉体及其制备方法 | |
| JP2013538936A (ja) | 無水銀アルカリマンガン型電解二酸化マンガンの製造法 | |
| Xie et al. | Extraction of lead from electrolytic manganese anode mud by microwave coupled ultrasound technology | |
| CN104762474B (zh) | 一种由辉钼矿制备钼酸铵的方法 | |
| CN113584314B (zh) | 一种高冰镍常压浸出方法及硫酸镍 | |
| CN109897957A (zh) | 一种选择性分离钴镍铜铁合金中有价金属的方法 | |
| CN110055421A (zh) | 一种高锡铜阳极泥的预处理方法 | |
| CN117660767B (zh) | 一种采用多段微气泡从镍铝渣中回收钒酸钠的方法 | |
| CN106673064A (zh) | 一种生产仲钨酸铵的方法 | |
| WO2012113263A1 (zh) | 一种含有高价值元素铁基废料自然氧化除铁铝的方法 | |
| CN105861836B (zh) | 一种从多金属合金物料中集贵金属的方法 | |
| CN108588436B (zh) | 一种含砷除钴渣回收处理方法 | |
| CN103205772B (zh) | 电解二氧化锰的生产方法 | |
| CN106048235A (zh) | 一种从废弃脱硝催化剂中提取钒钨的方法 | |
| CN112322899B (zh) | 一种浸出处理废锂离子电池正极的方法及装置 | |
| CN108609653B (zh) | 一种从含砷镍钴渣中提取砷并制备砷酸盐的方法 | |
| WO2023186027A1 (zh) | 一种含碳硫砷金矿的绿色浸金方法 | |
| CN111057853A (zh) | 一种从废金刚石刀头原料中高效回收多种有价物质的方法 | |
| CN1361295A (zh) | 协同浸出和协同溶剂萃取分离相耦合直接浸出硫化锌精矿的方法 | |
| CN115744991A (zh) | 一种含钨废料制备氧化钨的方法 | |
| CN106350669B (zh) | 一种含钒石煤水蒸汽炭化预处理制备v2o5的方法 | |
| Xie et al. | High temperature roasting combined with ultrasonic enhanced extracting lead from electrolytic manganese anode mud |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |