一種轉爐釩渣中有價金屬元素的回收方法
2023-12-08 07:33:26 1
一種轉爐釩渣中有價金屬元素的回收方法
【專利摘要】一種轉爐釩渣中有價金屬元素的回收方法，屬於資源綜合利用領域。該方法採用兩段浸出的方式提取轉爐釩渣中的有價金屬元素：首先，將轉爐釩渣破碎與主要成分為硫酸的原料混合，攪拌浸出，得到浸出液；其次，將轉爐釩渣與浸出液混合，浸出後得一段浸出礦漿，分離得一段浸出礦渣與一段浸出液，然後，一段浸出液經萃取與反萃取，分離釩、鐵等有價金屬，一段浸出渣與主要成分為硫酸的原料混合進入二段浸出過程；得到的二段浸出液進入一段浸出過程，二段浸出渣為尾渣，主要成分為二氧化矽，可用於水泥等工業原料或製備碳化矽等材料；本發明提取轉爐釩渣中的有價金屬元素，並實現生產過程的無渣化，是一種綠色環保的提釩工藝。
【專利說明】—種轉爐釩渲中有價金屬元素的回收方法
【技術領域】
[0001]本發明屬於資源綜合利用領域，特別涉及一種轉爐釩渣中有價金屬元素的回收方法。
【背景技術】
[0002]我國釩鈦磁鐵礦資源豐富，目前已探明儲量可達百億噸以上，使用該資源冶煉過程中產生的釩渣中普遍含釩10~15%，是生產釩及釩製品的重要的原料。釩是發展現代工業、現代國防和現代科學技術不可缺少的重要材料，目前釩及釩製品在特種合金、軍工、化工、電子、交通等領域的應用十分廣泛，在其它領域的應用也在不斷擴展，且具有良好發展前景。相關統計表明，2006年我國釩產量約3.57萬噸，而2010年已達到7萬噸以上，增幅達100%，其中以釩渣為原料生產的釩及釩製品佔總產量的70%左右。隨著以釩電池等新能源產業的高速發展，釩的用量也將逐年增加。
[0003]目前我國的釩生產主要使用的方法是鹼金屬-鹼土金屬燒結法，該類方法的主要缺點是生產過程中添加劑用量過大、廢氣排放量高同時能耗較高，以攀枝花提釩技術為例，使用鹼金屬燒結法提釩，燒結過程不僅能耗高，還會排放大量的氯氣、氯化氫以及二氧化碳等有害氣體，這種高能耗、高排放的生產方法已很難滿足國家在節能減排、循環經濟等方面的要求。另一方面，我國鈦白工業主要採用硫酸法生產，每生產I噸鈦白粉就會產生8~10噸的高濃度廢酸，且處理難度較大，也屬於典型的高排放流程。
[0004]近年來，我國相關從業者針對低排放、高效提釩過程進行了大量的研究，其中廖科君等提出的「加氫氧化鈣的提釩工藝，申請號:921069421」將含釩礦石、石煤、氫氧化鈣以一定的比例混合併成型成塊煤狀，然後再600~800°C條件下焙燒2~3小時，再通過水浸提釩。申請號為200510031722.4的專利「一種提釩鈉化焙燒複合添加劑」，其複合添加劑由氯化鈉和碳酸鈉按重量比(1:1)~(1: 2)混配而成,組分中還包括重量比0.5~2%的過渡金屬鹽氧化物。當含釩鈦礦物進行焙燒提釩時，按照不同的含釩量及性質，複合添加劑的加入量為含釩物料總重量的10~15%，在750~800°C條件下焙燒2小時，從而大大縮短了焙燒時間。申請號為86108218的專利「迴轉窯一次焙燒釩渣-水浸提釩方法」中，針對矽釩比≥1.1的釩渣，在條件為:釩渣進窯溫度230~300°C，出窯溫度550°C以上，最高焙燒溫度700~800°C，保溫時間I~3小時，經水浸及尾渣多次焙燒，釩轉化率達到90~95%，棄渣含五氧化二釩含量小於1.43%。
[0005]上述專利雖然在某種程度上對提釩過程進行了改進，但是仍沒有擺脫先焙燒再提釩的方式，生產過程中的高能耗、高廢棄物排放的問題也無法得到根本解決。
【發明內容】
[0006]針對現有技術的不足，本發明利用釩鈦磁鐵礦資源煉鐵過程中轉爐吹煉工序段產生的釩渣和硫酸或鈦白工業的廢酸為原料，提供一種轉爐釩渣中有價金屬元素的回收方法，即採用無焙燒直接兩段浸出的方式提取轉爐釩渣中的有價金屬元素，具體包括如下步驟:
[0007]步驟1:將轉爐釩渣破碎至0.1~150 μ m，然後將主要成分為硫酸的原料與轉爐釩渣混合均勻，液固比為(5:1)~(15: 1)，攪拌浸出，得到浸出礦漿，經分離分別得到浸出液和浸出渣，其中:主要成分為硫酸的原料中硫酸濃度100~600g/L ;浸出溫度為110~200°C，浸出時間為30~180min，攪拌轉速200~800rpm ；
[0008]步驟2:將步驟I的浸出液與破碎至0.1~150 μ m轉爐釩渣混合均勻，液固比(3:1)~(10: I)；
[0009]步驟3:通入氧氣進行一段攪拌浸出流程，得到一段浸出礦漿，經分離分別得到一段浸出液和一段浸出渣，其中:浸出溫度80~160°C，浸出時間30~240min，攪拌轉速200~800rpm,氧氣分壓為0.5~1.8Mpa ；
[0010]步驟4:對一段浸出液進行萃取，選擇P204或N1923作為萃取劑，磺化煤油作為稀釋劑，其中，萃取級數選擇I~9級萃取中的一級,每一級的萃取條件為:浸出液初始pH為
0.5~3.0，有機相中萃取劑所佔的體積分數為:20~80%，有機相與水相的體積比為(2~10): 1，震蕩時間為3~lOmin，釩進入有機相；
[0011]採用2~7mol/L的硫酸對有機相進行反萃取，分離其中的釩，回收得到釩產品；
[0012]步驟5:將一段浸出渣與主要成分為硫酸的原料混合均勻，液固比為(5:1)~(15: I)，進入二段攪拌浸出流程，得到的二段浸出礦漿，經分離分別得到二段浸出液及二段浸出渣，二段浸出渣的主要成分為二氧化矽，其中:主要成分為硫酸的原料中硫酸濃度100~600g/L ;浸出溫度為110~200°C，浸出時間為30~180min，攪拌轉速200~800rpm ；
[0013]步驟6:將破碎至0.1~150μπι轉爐釩渣與二段浸出液混合均勻，液固比(3:1)~(10: I)，進行步驟3。
[0014]上述的主要成分為硫酸的原料是硫酸溶液或鈦白廢酸；其中，鈦白廢酸組成包含:硫酸濃度150~250g/L，鐵離子含量15~50g/L，鎂離子含量I~7g/L，鋁離子含量0.5~
3.0g/L,猛尚子含量I~6g/L,坑尚子含量I~40ppm。
[0015]上述的轉爐釩渣的組成按質量百分比為:V:4~18%，Fe:15~45%，S12:7~20%,Al2O3:2 ~10%,T12:5 ~20%，雜質:5 ~18%，雜質含有 Mg、Ca、Mn 或 Cr 元素的一種或幾種。
[0016]上述的步驟5中的二段浸出渣的主要成分為二氧化矽，可通過石灰中和等方式處理後用於水泥工業，或採用還原的方式製備碳化矽等材料。
[0017]上述的步驟5中，一段浸出渣與主要成分為硫酸的原料混合均勻進入二段浸出流程，轉爐釩渣中含釩相在浸出過程的反應如下:
[0018]FeV204+H2S04 — (VO2) 2S04+Fe2 (SO4) 3+H20
[0019]上述的步驟6中，轉爐釩渣與二段浸出液混合後進入一段浸出過程，在一段浸出過程中，轉爐釩渣中的部分釩進入液相，含鐵相部分以針鐵礦等形式進入一段浸出液中，含鐵相的轉化過程為:
[0020]Fe3++30r = Fe00H+H20
[0021]上述的步驟4中P204為二(2-乙基己基磷酸)，N1923為仲碳伯胺。
[0022]與現有技術相比，本發明轉爐釩渣中有價金屬元素的回收方法的優點在於:
[0023](I)取消了傳統提釩技術的燒結過程，可大幅度的降低生產過程的能耗及物料消耗，並降低生產過程中廢氣的排放量；
[0024](2)浸出渣的主要成分是二氧化矽，可經石灰中和處理後用作水泥工業的原料，從而基本實現該過程固體廢棄物的「零排放」;
[0025](3)採用分步浸出的方式可在一段浸出過程中將二段浸出液中的釩濃度提高，並降低其中的鐵離子濃度，從而降低後續釩提純的難度。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0026]圖1為本發明實施例1的工藝流程示意圖。
[0027]具體的實施方式
[0028]以下實施例中採用的轉爐釩渣原料成分組成，見表1:
[0029]表1
【權利要求】
1.一種轉爐釩渣中有價金屬元素的回收方法，其特徵在於，包括如下步驟: 步驟1:將轉爐釩渣破碎至0.1~150 μ m，然後將主要成分為硫酸的原料與轉爐釩渣混合均勻，液固比為(5: I)~(15: I)，攪拌浸出，得到浸出礦漿，經分離分別得到浸出液和浸出渣，其中:主要成分為硫酸的原料中硫酸濃度100~600g/L ;浸出溫度為110~200°C，浸出時間為30~180min，攪拌轉速200~800rpm ； 步驟2:將步驟I的浸出液與破碎至0.1~150μπι轉爐釩渣混合均勻，液固比(3:1)~(10: I)； 步驟3:通入氧氣進行一段攪拌浸出流程，得到一段浸出礦漿，經分離分別得到一段浸出液和一段浸出渣，其中:浸出溫度80~160°C，浸出時間30~240min，攪拌轉速200~800rpm,氧氣分壓為0.5~1.8Mpa ； 步驟4:對一段浸出液進行萃取，選擇P204或N1923作為萃取劑，磺化煤油作為稀釋劑，其中，萃取級數選擇I~9級萃取中的一級,每一級的萃取條件為:浸出液初始pH為0.5~3.0，有機相中萃取劑所佔的體積分數為:20~80%，有機相與水相的體積比為(2~10): 1，震蕩時間為3~lOmin，釩進入有機相； 採用2~7mol/L的硫酸對有機相進行反萃取，分離其中的釩，回收得到釩產品； 步驟5:將一段浸出渣與主要成分為硫酸的原料混合均勻，液固比為(5: I)~(15: I)，進入二段攪拌浸出流程，得到的二段浸出礦漿，經分離分別得到二段浸出液及二段浸出渣，二段浸出渣的主要成分為二氧化矽，其中:主要成分為硫酸的原料中硫酸濃度100~600g/L ;浸出溫度為110~200°C，浸出時間為30~180min，攪拌轉速200~800rpm ； 步驟6:將破碎至0.1~150 μ m轉爐釩渣與二段浸出液混合均勻，液固比(3:1)~(10: I)，進行步驟3。
2.如權利要求1所述的轉爐釩渣中有價金屬元素的回收方法，其特徵在於，所述的主要成分為硫酸的原料是硫酸或鈦白廢酸。
3.如權利要求2所述的轉爐釩渣中有價金屬元素的回收方法，其特徵在於，所述的鈦白廢酸組成包含:硫酸濃度150~250g/L，鐵離子含量15~50g/L，鎂離子含量I~7g/L，招尚子含量0.5~3.0g/L,猛尚子含量I~6g/L,坑尚子含量I~40ppm。
4.如權利要求1所述的轉爐釩渣中有價金屬元素的回收方法，其特徵在於，所述的轉爐釩渣的組成按質量百分比為:V:4~18%，Fe:15~45%，S12:7~20%，Al2O3:2~10%, T12:5~20%，雜質:5~18%，雜質含有Mg、Ca、Mn或Cr元素的一種或幾種。
5.如權利要求1所述的轉爐釩渣中有價金屬元素的回收方法，其特徵在於，所述的步驟5中的二段浸出渣的主要成分二氧化矽，通過石灰中和等方式處理後用於水泥工業，或採用還原的方式製備碳化矽材料。
【文檔編號】C22B34/22GK104164571SQ201410395188
【公開日】2014年11月26日 申請日期:2014年8月12日 優先權日:2014年8月12日
【發明者】張廷安, 呂國志, 劉燕, 張國權, 張瑩, 楊大錦, 豆志河, 趙秋月 申請人:東北大學