CN220300822U - 一种与氧化铝生产系统协同处理高效提钒系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型实施例公开了一种与氧化铝生产系统协同处理高效提钒系统。该系统包括：蒸发母液结晶单元、偏钒酸铵纯化单元、五氧化二钒回收单元。本实用新型的系统提高了常规母液结晶法钒回收率；工艺流程短，对氧化铝生产系统影响小，运行成本降低；流程简单，设备结构简单，建设投资省，易于操作与维护；工艺零排放，无污染，绿色环保，具有良好的应用前景。
Description
技术领域
本实用新型实施例涉及提钒化工技术领域，具体涉及一种与氧化铝生产系统协同处理高效提钒系统。
背景技术
近年来中国已经成为世界氧化铝产能和产量第一大国，总年产能已经突破1亿吨，占世界总产能的一半以上。中国氧化铝的生产原料已经大量使用进口红土型铝土矿，矿石中含有少量的钒元素，根据铝土矿的类型钒元素的含量0.02-0.2％不等。其中部分几内亚矿中的钒元素含量较高约0.1-0.2％。
氧化铝生产原料中的钒元素会部分进入母液，因为母液循环使用，经过常年积累，某些使用进口矿石的氧化铝厂母液中的五氧化二钒含量已经达到了0.9-1.2g/L。因为循环母液量巨大，规模100万吨/年的氧化铝厂循环母液量约在2800m3/h左右，100万吨/年氧化铝厂的储存液量大约10万m3，氧化铝厂母液内的钒含量相当可观。
由于铝酸钠溶液中钒的存在不利于晶种分解过程，影响氧化铝产品质量，所以母液中钒的提取对于氧化铝厂来说也是势在必行的措施。由于钒属于价位高、产量小、用途广的金属，氧化铝生产母液中提取钒成了一种双赢的趋势。
现有的母液提钒的方法包括结晶法、离子交换法、溶液萃取法等。目前，工业上应用较多的是结晶法，该方法工艺比较成熟、设备比较简单，但是回收率低。离子交换法和溶剂萃取法回收率高，但是操作条件苛刻、投资高，目前尚未见到应用于工业生产的报道；从赤泥中提取钒也有少量的研究报导，但与从铝酸钠溶液中提取钒相比，从赤泥中提取钒难度更大。
实用新型内容
为此，本实用新型实施例提供一种与氧化铝生产系统协同处理高效提钒系统，该系统适用于高钒铝土矿的拜耳法生产工艺，尤其适用于氧化铝厂蒸发母液提钒，该方法具有较高的钒回收率低，同时可以简化工艺流程，降低工艺难度，减小投资和运行成本。
为了实现上述目的，本实用新型实施例提供如下技术方案：
根据本实用新型实施例的第一方面，本实用新型提供一种与氧化铝生产系统协同处理高效提钒系统，所述系统包括：蒸发母液结晶单元、偏钒酸铵纯化单元、五氧化二钒回收单元，其中，
所述蒸发母液结晶单元包括依次连接的蒸发器、换热器、杂盐沉降槽和杂盐过滤机；
所述偏钒酸铵纯化单元包括依次连接的杂盐溶解槽、净化槽、除杂过滤机、精滤液槽、钒沉降槽和成品过滤机，所述杂盐溶解槽的进料口与所述杂盐过滤机的出料口相连；
所述五氧化二钒回收单元包括依次连接的焙烧炉、吸收塔和吸收液槽，所述焙烧炉的进料口与所述成品过滤机的固相出料口相连。
进一步地，所述吸收液槽的出料口与所述钒沉降槽相连。
进一步地，所述系统还包括离子交换单元，所述离子交换单元的进料口与所述成品过滤机的液相出料口相连，所述离子交换单元的出料口与所述净化槽相连。
进一步地，所述系统还包括污水槽，所述污水槽的进料口与钒沉降槽的溢流出口相连，所述污水槽的出料口与精滤液槽相连。
进一步地，所述杂盐溶解槽设有热水和/或硫酸入口；所述净化槽设有提渣剂入口，所述提渣剂为硫酸镁或硫酸钙。
进一步地，所述杂盐沉降槽的溢流口和/或所述杂盐过滤机的液相出料口与所述氧化铝生产系统相连。
进一步地，所述除杂过滤机的固相出料口与所述氧化铝生产系统相连。
根据本实用新型实施例的第二方面，本实用新型提供一种与氧化铝生产系统协同处理高效提钒的方法，所述方法包括如下步骤：
1)从氧化铝生产系统排放的蒸发母液经蒸发浓缩、换热降温、沉降、过滤，收集固相；
2)所述固相与热水、硫酸混合搅拌后，加入提渣剂，之后经过滤，收集滤液；
3)将所述滤液与沉钒剂混合搅拌，之后经过滤、焙烧，得成品五氧化二钒。
进一步地，步骤3)中，所述焙烧产生的烟气经除尘、吸收塔吸收后，所得吸收液作为沉钒剂与所述滤液进行混合搅拌。
进一步地，所述蒸发母液经换热降温后温度为30-40℃；
所述硫酸的浓度为50-98％，所述热水的温度为95-115℃，混合搅拌的时间为0.5-1.0h；
所述焙烧的温度为200-450℃。
本实用新型实施例具有如下优点：
1.本实用新型的一种与氧化铝生产系统协同处理高效提钒系统及方法，通过离子交换的方法提高了常规母液结晶法钒回收率。
2.本实用新型的一种与氧化铝生产系统协同处理高效提钒系统及方法，工艺流程短，对氧化铝生产系统影响小，运行成本降低。
3.本实用新型的一种与氧化铝生产系统协同处理高效提钒系统及方法，流程简单，设备结构简单，建设投资省，易于操作与维护。
4.本实用新型的一种与氧化铝生产系统协同处理高效提钒系统及方法，工艺零排放，无污染，绿色环保。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述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示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。
本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本实用新型可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本实用新型所揭示的技术内容能涵盖的范围内。
图1为本实用新型实施例提供的一种与氧化铝生产系统协同处理高效提钒系统的结构示意图。
图中：1-蒸发器；2-蒸发母液；3-二次蒸汽；4-母液泵；5-换热器；6-循环上水；7-循环回水；8-杂盐沉降槽；9-杂盐沉降槽底流泵；10-滤液槽；11-结晶后滤液；12-杂盐过滤机；13-硫酸和热水；14-杂盐溶解槽；15-酸溶解浆液泵；16-净化槽；17-除杂后浆液泵；18-除杂过滤机；19-滤渣；20-精滤液槽；21-精滤液泵；22-钒沉降槽；23-污水槽；24-沉钒底流泵；25-提渣剂；26-成品过滤机；27-成品输送机；28-焙烧炉；29-除尘器；30-成品V2O5；31-引风机；32-吸收塔；33-净化烟气；34-硫酸；35-硫酸铵；36-吸收液槽；37-沉钒剂输送泵；38-离子交换单元；39-NaOH溶液；40-净化液。
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本实用新型的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点及功效，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、右”、“中间”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本实用新型可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本实用新型可实施的范畴。
实施例1
本实施例用于说明一种与氧化铝生产系统协同处理高效提钒系统，其结构示意图参见图1，如图1所示，该系统包括蒸发母液结晶单元、偏钒酸铵纯化单元、五氧化二钒回收单元。
蒸发母液结晶单元包括通过管道依次连接的蒸发器1，换热器5，杂盐沉降槽8和杂盐过滤机12。偏钒酸铵纯化单元包括通过管道依次连接的杂盐溶解槽14、净化槽16、除杂过滤机18、精滤液槽20、钒沉降槽22和成品过滤机26。五氧化二钒回收单元包括通过管道依次连接的焙烧炉28、吸收塔32和吸收液槽36。其中：
蒸发器1用于浓缩蒸发母液。其设有蒸发母液入口、二次蒸汽入口和出料口。蒸发母液是采用拜耳法工艺的氧化铝厂排出的铝酸钠溶液体系，主要含有Na2CO3、NaAlO2、NaVO3、Na2C2O4等。二次蒸汽的温度一般为50℃左右。蒸发母液经蒸发处理后，苛碱浓度达到200-220g/l，温度为55-60℃。所得母液从出料口排出通过母液泵4输送至换热器5。作为优选，蒸发器1含多级闪蒸器，末级闪蒸器出口与换热器5的高温侧进口相连。
换热器5用于降低母液的温度，以便提高结晶率。一般地，从换热器5的低温侧出口排出的母液温度为30-40℃。为了提高换热效率，换热器5优选为板式换热器或列管预热。
杂盐沉降槽8用于杂盐结晶析出。其设有进料口、槽上部溢流口和槽底出料口。进料口与换热器5的低温侧出口相连。槽上部溢流口与滤液槽10相连，用于将杂盐沉降槽8的上清液排放至滤液槽10中。槽底出料口通过杂盐沉降槽底流泵9与杂盐过滤机12相连，用于将含有杂盐的浆料排放至杂盐过滤机12中。
杂盐过滤机12用于对杂盐沉降槽8的底部出料口排放的浆料进行过滤。其设有入料口、液相出料口和固相出料口。入料口与杂盐沉降槽8的槽底出料口相连，液相出料口与滤液槽10相连，固相出料口与杂盐溶解槽14相连。滤液槽10内的溶液主要含NaAlO2，及少量NaVO3和Na2CO3，可通过污水泵返回至氧化铝生产系统。作为优选，滤液槽10内的溶液在返回至氧化铝生产系统之前，可作为换热器5的热介质与母液进行热交换。杂盐过滤机12的固相出料口排出的固体为钒渣，主要含有NaVO3，及含硅、铝、磷等杂质。
杂盐溶解槽14用于溶解钒渣，得到含钒溶液。其设有进料口、热水/硫酸入口，及出料口。进料口与杂盐过滤机12的固相出料口相连。从热水/硫酸入口输入的热水的温度为95-115℃，硫酸的浓度为50-98％。出料口经酸溶解浆液泵15与净化槽16相连，用于将反应后的浆料输送至净化槽16。杂盐过滤机12排出的固体在热水和硫酸的作用下，主要发生如下化学反应：
2Al(OH)3+3H2SO4＝Al2(SO4)3+6H2O
2NaOH+H2SO4＝Na2SO4+2H2O
Na2CO3+H2SO4＝Na2SO4+CO2+H2O
净化槽16用于将含钒溶液中的磷转化为不溶性固体沉淀物。其设有进料口、提渣剂入口和出料口。其中，提渣剂为硫酸镁或硫酸钙。进料口与杂盐溶解槽14的出料口相连。出料口经除杂后浆液泵17与除杂过滤机18相连。杂盐溶解槽14排出的浆液与提渣剂进行如下化学反应：
2Na3PO4+3CaSO4·2H2O＝Ca3(PO4)2+3Na2SO4+6H2O
除杂过滤机18用于除去提渣料。其设有进料口，固相出料口和液相出料口。进料口与净化槽16的出料口相连。固相出料口用于排放提渣料，之后送往氧化铝厂。液相出料口与精滤液槽20连通，用于将除杂后的NaVO3溶液排放至精滤液槽20。
精滤液槽20用于储存NaVO3溶液。其设有进料口和出料口，进料口与除杂过滤机18的液相出料口相连，出料口经精滤液泵21与钒沉降槽22连通。
钒沉降槽22用于制备NH4VO3。其设有进料口、沉钒剂入口、溢流出口和出料口。其中，沉钒剂为NH4SO4。进料口与精滤液槽20的出料口相连，溢流出口与污水槽23相连，出料口经沉钒底流泵24与成品过滤机26相连。
污水槽23内的NH4VO3用作种子料浆，返回至精滤液槽20作为诱导剂，使钒沉降槽22内溶液中的钒更迅速转化成NH4VO3，有利于提高NaVO3的转化率。发生的化学反应如下：2NaVO3+(NH4)2SO4＝2NH4VO3+Na2SO4。
成品过滤机26用于将含有NH4VO3的浆液进行固液分离。其设有进料口、固相出料口和液相出料口，固相出料口经成品输送机27与焙烧炉28相连，用于将固相NH4VO3输送至焙烧炉28。液相出料口与离子交换单元38相连，用于对主要成分为Na2SO4和NH4VO3的溶液进行离子交换。
焙烧炉28用于对NH4VO3进行焙烧脱铵。其设有进料口、烟气排出口和成品V2O5出料口30。进料口与成品过滤机26的固相出料口相连，烟气排出口依次经除尘器29除尘后，通过引风机31与吸收塔32相连。
吸收塔32用于吸收氨气，并转化为(NH4)2SO4。其设有进气口、喷淋口、排气口和排料口。含有氨气的焙烧炉烟气经进气口进入吸收塔，硫酸34从喷淋口进入吸收塔，焙烧炉烟气中的氨气经硫酸吸收后转化为(NH4)2SO4后经排料口排放至吸收液槽36，净化烟气33从排气口排空。
吸收液槽36用于回收吸收液，并调节(NH4)2SO4的浓度。其设有进料口、固体硫酸铵入口和出料口。进料口与吸收塔32的排料口相连。固体硫酸铵入口用于向吸收液槽添加固体硫酸铵以提高(NH4)2SO4溶液的浓度。出料口通过沉钒剂输送泵37与钒沉降槽22相连，用于向钒沉降槽22提供沉钒剂。
离子交换单元38用于将成品过滤机26液相出料口排出的Na2SO4和NH4VO3进行离子交换，回收钒以达到提高钒回收率的目的。其设有第一进料口、第二进料口、第一出料口、第二出料口。第一进料口与成品过滤机26的液相出料口相连。第二进料口用于输入NaOH溶液39。过滤机26的液相出料口排出的溶液主要含有Na2SO4和NH4VO3，经离子膜(阴离子膜)的离子交换，NaVO3返回至净化槽16进行循环，净化液40从第二出料口排出。
实施例2
本实施例提供一种与氧化铝生产系统协同处理高效提钒的方法，该方法按以下步骤进行：
步骤1，蒸发母液降温结晶
从氧化铝厂来的蒸发母液与二次蒸汽经过蒸发器闪蒸，得到V2O5浓度为1.41g/l，Nk 200g/l，58℃，40m3的母液，之后与提钒后温度为30℃的溶液进行热交换，降温至33℃，然后排入杂盐沉降槽中进行结晶，停留时间为15h，结晶后浆料用泵送往步骤2。
步骤2，杂盐分离
从步骤1来的浆料通过过滤洗涤机进行固液分离，所得固相中V2O5含量为10％，其它为硅、铝、磷等杂质。所得液相返回步骤1作为热介质与闪蒸母液进行热交换，换热后液相送往氧化铝厂。
步骤3，杂盐溶解
将步骤2来的杂盐用100℃热水和98％浓硫酸进行溶解，通过pH值进行控制热水和浓硫酸的量，pH值按8.5进行控制。
步骤4，溶液提硅、铝、磷渣
向将步骤3来的pH8.5溶液中加入14.6kg硫酸镁，对溶液进行除杂，提硅、铝、磷渣，反应时间0.5h。对提渣料浆进行过滤洗涤，过滤后的硅、铝、磷渣送往氧化铝厂，通过过滤得到钒浓度为70g/l滤液送往步骤5。
步骤5，偏钒酸铵制备
向步骤4来的提渣后滤液中加入24.7kg硫酸氨进行提钒，提钒溶液经过过滤洗涤，过滤后的偏钒酸铵进入步骤6，滤液送入步骤7。
步骤6，高纯五氧化二钒制备
从步骤5来的偏钒酸铵通过脱铵炉在400℃脱铵，脱铵后得到大约57kg固体，其中V2O5含量为99％。
步骤7，钒酸铵滤液离子交换
从步骤5来的滤液进入离子交换设备(阴离子膜)，向离子交换设备中加入一定量的50％NaOH溶液，氢氧化钠溶液加入量与钒酸铵滤液按体积比1:1进行配比。加入氢氧化钠后，硫酸根和钒酸根交换，得到偏钒酸钠，返回步骤4，尾液主要为硫酸钠溶液可回收硫酸钠。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本实用新型作了详尽的描述，但在本实用新型基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本实用新型精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本实用新型要求保护的范围。
Claims (7)
1.一种与氧化铝生产系统协同处理高效提钒系统，其特征在于，所述系统包括：蒸发母液结晶单元、偏钒酸铵纯化单元、五氧化二钒回收单元，其中，
所述蒸发母液结晶单元包括依次连接的蒸发器、换热器、杂盐沉降槽和杂盐过滤机；
所述偏钒酸铵纯化单元包括依次连接的杂盐溶解槽、净化槽、除杂过滤机、精滤液槽、钒沉降槽和成品过滤机，所述杂盐溶解槽的进料口与所述杂盐过滤机的出料口相连；
所述五氧化二钒回收单元包括依次连接的焙烧炉、吸收塔和吸收液槽，所述焙烧炉的进料口与所述成品过滤机的固相出料口相连。
2.根据权利要求1所述的与氧化铝生产系统协同处理高效提钒系统，其特征在于，所述吸收液槽的出料口与所述钒沉降槽相连。
3.根据权利要求1所述的与氧化铝生产系统协同处理高效提钒系统，其特征在于，所述系统还包括离子交换单元，所述离子交换单元的进料口与所述成品过滤机的液相出料口相连，所述离子交换单元的出料口与所述净化槽相连。
4.根据权利要求1所述的与氧化铝生产系统协同处理高效提钒系统，其特征在于，所述系统还包括污水槽，所述污水槽的进料口与钒沉降槽的溢流出口相连，所述污水槽的出料口与精滤液槽相连。
5.根据权利要求1所述的与氧化铝生产系统协同处理高效提钒系统，其特征在于，所述杂盐溶解槽设有热水和/或硫酸入口；所述净化槽设有提渣剂入口，所述提渣剂为硫酸镁或硫酸钙。
6.根据权利要求1所述的与氧化铝生产系统协同处理高效提钒系统，其特征在于，所述杂盐沉降槽的溢流口和/或所述杂盐过滤机的液相出料口与所述氧化铝生产系统相连。
7.根据权利要求1所述的与氧化铝生产系统协同处理高效提钒系统，其特征在于，所述除杂过滤机的固相出料口与所述氧化铝生产系统相连。
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