一種高鈣釩渣直接焙燒-鹼浸提釩的方法
2023-06-21 16:48:46
一種高鈣釩渣直接焙燒-鹼浸提釩的方法
【專利摘要】本發明提供一種高鈣釩渣直接焙燒-鹼浸提釩的方法，包括以下步驟：1)將CaO/V2O5摩爾比為3~5的高鈣釩渣破碎篩分；2）將篩分後的高鈣釩渣在600~950℃下氧化焙燒1.5~2.5h；3）將氧化焙燒後的釩渣熟料破碎篩分；4）將篩分後的釩渣熟料用Na2CO3溶液在65~95℃下浸出提釩10~180min；5）對浸出液進行固液分離，過濾時用質量濃度為5%~7%的Na2CO3溶液洗滌釩渣2~3次，得釩渣和含釩濾液，供後續沉釩處理。本發明方法簡單易操作，成本低；採用本發明方法進行提釩，釩的轉浸率可達94%，而雜質元素磷的轉浸率可低至11%，提高了釩產品的純度。
【專利說明】一種高鈣釩渣直接焙燒-鹼浸提釩的方法
【技術領域】
[0001]本發明屬於釩資源的提取和回收領域，涉及一種高鈣釩渣直接焙燒-鹼浸提釩的方法。
[0002]
【背景技術】
[0003]釩作為寶貴的戰略資源，被廣泛地應用於鋼鐵、化工、航空航天、生物醫藥等領域。釩鈦磁鐵礦是釩的主要礦物資源，我國釩鈦磁鐵礦資源非常豐富。為了從釩鈦磁鐵礦中回收釩，以攀西地區為代表，大多採用轉爐雙聯工藝提釩，即先在一個轉爐內提釩得到釩渣和半鋼，而後將半鋼倒入另一個轉爐內進行半鋼煉鋼，釩渣經過後續的氧化焙燒浸出工藝提釩。目前，比較成熟的釩渣提釩工藝為鈉化焙燒-水浸提釩工藝，但該工藝在生產中還存在一些問題，主要在於:釩的鈣鹽不溶於水，所以鈉化焙燒-水浸提釩工藝對釩渣中CaO的含量有嚴格限制，這直接導致在轉爐提釩的過程中不能加入鹼性造渣劑，從而使後續半鋼脫磷負荷增大，生產低磷鋼及超低磷鋼困難。此外，鈉化焙燒過程中會產生如HC1、C12等有害環境的氣體，也是該方法的不足之處。
[0004]近年來，我國開始大力提倡和發展清潔生產新技術，環境友好型的鈣化法提釩技術順應而生，被應用於工業生產。中國專利CNlOl 161831A提出了一種鈣化焙燒釩渣的方法，即將普通釩渣與石灰或石灰石混勻後直接高溫焙燒-硫酸浸出，使用該專利方法釩的轉浸率達88.95%。中國專利CN102560086A提出了一種碳酸銨浸出釩渣熟料提釩的方法，即將普通釩渣與石灰或者石灰石混勻，使其Ca0/V205的摩爾比為2?3，將配比石灰或者石灰石後的釩渣在70(T90(TC下鈣化焙燒，熟料用碳酸銨浸出，釩的浸出率可達90%以上，磷的浸出率低於10%。上述工藝在焙燒時都需要添加石灰或者石灰石，並且需要根據釩渣中釩的含量，經過計算才能加入石灰或者石灰石，因此每個批次的釩渣都需要調整石灰或者石灰石的添加量；
且在釩渣中添加石灰或者石灰石，需要充分混勻，這無疑增加了工作強度。此外，酸浸時，酸性環境導致大量物質被溶解，向浸出液中引入了過多的雜質；碳酸銨遇熱易分解，分解出的氨氣有強烈的刺激氣味，因此碳酸銨浸出時需要專門的回收設備，且使用的碳酸銨溶液濃度為200?800g/L，碳酸銨的消耗量大。有鑑於此，目前現有的鈣化法提釩技術還存在著不足。
[0005]中國專利CN102912071A提出了一種高鈣釩渣及其生產方法，其將含釩鐵水倒入轉爐中，向其中加入氧化鐵皮和石灰，然後進行吹氧，吹氧結束後，進行出半鋼和直接出高鈣釩渣，該發明的高鈣釩渣質量合格，但高鈣釩渣的鹼度高、氧化鈣含量高，傳統的鈉化焙燒工藝不適用於此釩渣。目前現有關於鈣化焙燒工藝的研究，還停留在普通釩渣中添加石灰或者石灰石作為附加劑，再進行焙燒的階段，並未出現關於該類高鈣釩渣不添加任何附加劑直接空白焙燒，然後鹼溶液浸出提釩的研究和報導。
[0006]
【發明內容】
[0007]針對上述現有技術的不足，本發明所要解決的是無法使用傳統的提釩工藝對高鈣釩渣進行提釩的問題，而提供一種針對高鈣釩渣，不添加任何添加劑直接焙燒、鹼液浸出提釩的方法，該方法能提高高鈣釩渣中釩的浸出率，抑制磷等有害元素的浸出，實現提釩過程的高效清潔。
[0008]為了解決上述技術問題，本發明採用如下技術方案:一種高鈣釩渣直接焙燒-鹼浸提釩的方法，主要包括以下步驟:
1)將Ca0/V205摩爾比為3飛的高鈣釩渣破碎篩分；
2)將步驟I)篩分後的高鈣釩渣在空氣中氧化焙燒，焙燒溫度為60(T95(TC，焙燒時間為1.5?2.5 h，得釩渣熟料；
3)將步驟2)製得的釩渣熟料破碎篩分；
4)將步驟3)篩分後的釩渣熟料用Na2CO3溶液浸出提釩，浸出溫度為65、5°C，浸出時間 10?180 min ；
5)浸出結束後對浸出液進行固液分離，得到含釩濾液和釩渣；
6)用質量濃度為59Γ7%的Na2CO3溶液洗滌釩渣2?3次，將洗滌液併入含釩濾液中以供後續沉釩處理。
[0009]本發明的原理是:高鈣釩渣中氧化鈣含量高，Ca0/V205摩爾比為3?5，相對於高鈣釩渣中釩的含量，鈣的含量在焙燒的過程中是過量的，故可以將高鈣釩渣直接氧化焙燒，不需要添加任何附加劑，即可使釩渣中V2O3轉化為V2O5,繼而與氧化鈣反應生成Ca(VO3)2等釩酸鈣；焙燒後的釩渣熟料採用碳酸鈉溶液浸出的方法，CO/—與VO3-離子間起交換反應，亦即使Ca(VO3)2轉化為溶度積更小的CaCO3，將釩酸鈣鹽轉化為可溶性的釩酸鹽，從而使含釩物相進入溶液。釩渣中Ca2+離子與PO/—離子生成難溶的磷酸鈣，使磷元素以磷酸鈣的形式存在，而在本專利所述提釩條件下，磷酸鈣與碳酸鈉發生的反應相對較弱，磷元素很難進入浸出液中，因此未向含釩濾液中引入雜質，達到了除磷的目的。綜上，本發明高鈣釩渣直接焙燒-鹼浸提釩的方法實現了對釩、磷元素的選擇性地浸出，提高了釩產品的純度。
[0010]相比現有技術，本發明具有如下有益效果:
1、本發明可直接在空氣中進行氧化焙燒，無需額外通入氧氣；焙燒過程也無需添加任何添加劑，即能夠直接焙燒，節省了大量的人力、物力。
[0011]2、採用本發明高鈣釩渣直接焙燒-鹼浸提釩的方法，釩的轉浸率可達94%，而雜質元素磷的轉浸率可低至11%;與酸性浸出相比較，本發明方法釩的轉浸率高，磷的轉浸率低，有利於後續的沉I凡工藝，提聞I凡廣品的純度。
[0012]3、本發明採用的原料價格低廉，從而降低了實現本發明方法的生產成本。
[0013]4、本發明操作工藝簡單，易於工業化推廣；且生產過程中未產生汙染性物質，具有環境友好的優點。
[0014]
【具體實施方式】
[0015]下面結合實施例對本發明作進一步詳細說明。
[0016]本發明中高鈣釩渣為轉爐提釩過程中加入CaO得到的高鈣釩渣，Ca0/V205摩爾比為3?5。
[0017]其中鈣的含量在焙燒的過程中是過量的，故高鈣釩渣在氧化焙燒時，不需要添加任何的鈣鹽，能夠直接高溫焙燒。高鈣釩渣氧化焙燒後，釩渣中的低價釩轉化為高價釩，以釩的鈣鹽如偏釩酸鈣、正釩酸鈣、焦釩酸鈣的形式存在。焙燒後的釩渣通過碳酸化浸出的方式，將釩酸鈣鹽轉化為可溶於水的碳酸鹽，從而使釩進入溶液。而Ca2+離子便與PO/—離子生成難溶的磷酸鈣沉澱，使磷元素以磷酸鈣存在，並沒有進入浸出液中，從而實現了對釩、磷元素的選擇性地浸出，減少了浸出液中磷元素的濃度，提高了釩產品的純度。
[0018]實施例1
將Ca0/V205摩爾比為5的高?丐鑰；洛破碎,用200目篩進行篩分,取篩下物放入馬弗爐中，在950°C下焙燒2.5h。在焙燒過程中馬弗爐的爐門是半開的，保證整個焙燒過程處於氧化性氛圍中。且焙燒過程中隔15min攪拌一次，防止焙燒過程中釩渣粘結，導致釩渣氧化不充分。焙燒結束後取出釩渣熟料空冷至室溫。
[0019]將經過焙燒的釩渣熟料破碎，用200目篩進行篩分，收集篩下物。用量筒量取濃度為160g/L的碳酸鈉溶液48 mL,先倒入40 mL碳酸鈉溶液於三頸瓶中，再稱取4g釩渣熟料倒入三頸瓶中和溶液混勻，最後將剩下的8 ml碳酸鈉溶液衝洗三頸瓶的瓶頸處，以使釩渣不粘在瓶體上。三頸瓶的左邊和右邊的瓶口放上橡膠塞，但不塞緊。將三頸瓶放入95°C的恆溫電磁攪拌水浴鍋中，將冷凝裝置插在三頸瓶的中間瓶口上，保持碳酸鈉的濃度在整個浸出過程中變化很小。從三頸瓶放入水浴鍋中開始計時，時間為3 h。
[0020]浸出結束後，將三頸瓶取出，立刻過濾。過濾時，用50°C質量濃度為7 %的碳酸鈉溶液洗滌濾渣2?3次，收集濾液。將濾液轉移至500 mL容量瓶中，並可以用純水潤洗三頸瓶，一併轉入500 mL容量瓶中，可以用純水定容。用高錳酸鉀一硫酸亞鐵銨法測量濾液中的釩含量，而磷含量用ICP-AES法測定。測得的結果為釩的轉浸率為94.13%，磷的轉浸率為10.41%。
[0021]實施例2
將Ca0/V205摩爾比為4的高?丐鑰；洛破碎,用200目篩進行篩分,取篩下物放入馬弗爐中，在750°C下焙燒2 h。在焙燒過程中馬弗爐的爐門是半開的，保證整個焙燒過程處於氧化性氛圍中。且焙燒過程中隔15min攪拌一次，防止焙燒過程中釩渣粘結，導致釩渣氧化不充分。焙燒結束後取出釩渣熟料空冷至室溫。
[0022]將經過焙燒的釩渣熟料破碎，用200目篩進行篩分，收集篩下物。用量筒量取濃度為100 g/L的碳酸鈉溶液32 mL，先倒入25 mL碳酸鈉溶液於三頸瓶中，再稱取4g釩渣熟料倒入三頸瓶中和溶液混勻，最後將剩下的7 ml碳酸鈉溶液衝洗三頸瓶的瓶頸處，以使釩渣不粘在瓶體上。三頸瓶的左邊和右邊的瓶口放上橡膠塞，但不塞緊。將三頸瓶放入80°C的恆溫電磁攪拌水浴鍋中，將冷凝裝置插在三頸瓶的中間瓶口上，保持碳酸鈉的濃度在整個浸出過程中變化很小。從三頸瓶放入水浴鍋中開始計時，時間為I h。
[0023]浸出結束後，將三頸瓶取出，立刻過濾。過濾時，用40°C質量濃度為6 %的碳酸鈉溶液洗滌濾渣2?3次，收集濾液。將濾液轉移至500 mL容量瓶中，並可以用純水潤洗三頸瓶，一併轉入500 mL容量瓶中，可以用純水定容。用高錳酸鉀一硫酸亞鐵銨法測量濾液中的釩含量，而磷含量用ICP-AES法測定。測得的結果為釩的轉浸率為91.48%，磷的轉浸率為10.83%。
[0024]實施例3
將Ca0/V205摩爾比為3的高?丐鑰；洛破碎,用200目篩進行篩分,取篩下物放入馬弗爐中，在6001:下焙燒1.5 h。在焙燒過程中馬弗爐的爐門是半開的，保證整個焙燒過程處於氧化性氛圍中。且焙燒過程中隔15min攪拌一次，防止焙燒過程中釩渣粘結，導致釩渣氧化不充分。焙燒結束後取出釩渣熟料空冷至室溫。
[0025]將經過焙燒的釩渣熟料破碎，用200目篩進行篩分，收集篩下物。用量筒量取濃度為40 g/L的碳酸鈉溶液16 mL，先倒入10 mL碳酸鈉溶液於三頸瓶中，再稱取4g釩渣熟料倒入三頸瓶中和溶液混勻，最後將剩下的6 ml碳酸鈉溶液衝洗三頸瓶的瓶頸處，以使釩渣不粘在瓶體上。三頸瓶的左邊和右邊的瓶口放上橡膠塞，但不塞緊。將三頸瓶放入65°C的恆溫電磁攪拌水浴鍋中，將冷凝裝置插在三頸瓶的中間瓶口上，保持碳酸鈉的濃度在整個浸出過程中變化很小。從三頸瓶放入水浴鍋中開始計時，時間為10 min。
[0026]浸出結束後，將三頸瓶取出，立刻過濾。過濾時，用30°C質量濃度為5 %的碳酸鈉溶液洗滌濾渣2?3次，收集濾液。將濾液轉移至500 mL容量瓶中，並可以用純水潤洗三頸瓶，一併轉入500 mL容量瓶中，可以用純水定容。用高錳酸鉀一硫酸亞鐵銨法測量濾液中的釩含量，而磷含量用ICP-AES法測定。測得的結果為釩的轉浸率為91.16%，磷的轉浸率為
11.21%。
[0027]最後說明的是，以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而非限制，儘管 申請人:參照較佳實施例對本發明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，對本發明的技術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發明技術方案的宗旨和範圍的，均應涵蓋在本發明的權利要求範圍當中。
【權利要求】
1.一種高鈣釩渣直接焙燒-鹼浸提釩的方法，其特徵在於，主要包括以下步驟: 1)將Ca0/V205摩爾比為3飛的高鈣釩渣破碎篩分； 2)將步驟I)篩分後的高鈣釩渣在空氣中氧化焙燒，焙燒溫度為60(T95(TC，焙燒時間為1.5?2.5 h，得釩渣熟料； 3)將步驟2)製得的釩渣熟料破碎篩分； 4)將步驟3)篩分後的釩渣熟料用Na2CO3溶液浸出提釩，浸出溫度為65、5°C，浸出時間 10?180 min ； 5)浸出結束後對浸出液進行固液分離，得到含釩濾液和釩渣； 6)用質量濃度為59Γ7%的Na2CO3溶液洗滌釩渣2?3次，將洗滌液併入含釩濾液中以供後續沉釩處理。
2.根據權利要求1所述高鈣釩渣直接焙燒-鹼浸提釩的方法，其特徵在於，步驟I)中使用200目篩子對破碎高鈣釩渣進行篩分。
3.根據權利要求1所述高鈣釩渣直接焙燒-鹼浸提釩的方法，其特徵在於，步驟3)中使用200目篩子對破碎釩渣熟料進行篩分。
4.根據權利要求1所述高鈣釩渣直接焙燒-鹼浸提釩的方法，其特徵在於，步驟4)中Na2CO3溶液濃度為4(Tl60 g/L, Na2CO3溶液的體積為釩渣熟料質量的4?12倍。
5.根據權利要求1所述高鈣釩渣直接焙燒-鹼浸提釩的方法，其特徵在於，步驟6)中Na2CO3溶液的溫度為3(T50°C。
【文檔編號】C22B1/02GK104357652SQ201410666957
【公開日】2015年2月18日 申請日期:2014年11月20日 優先權日:2014年11月20日
【發明者】謝兵, 閆小滿, 王寧, 肖仕亂, 刁江, 李鴻乂 申請人:重慶大學