一種中釩鐵的製備方法
2023-04-23 05:03:31 2
專利名稱：一種中釩鐵的製備方法
技術領域：
本發明涉及一種中釩鐵的製備方法。
背景技術：
釩鐵主要用作煉鋼的合金添加劑。鋼中加入釩鐵之後，可以顯著提高鋼的硬度、強度、韌性、耐磨性。釩鐵常用於碳素鋼、低合金鋼、強度鋼、高合金鋼、工具鋼和鑄鐵生產。目前，國內外冶煉釩鐵主要有三氧化二釩、五氧化二釩、釩酸鐵和釩酸鈣冶煉等方法。其中，以三氧化二釩和五氧化二釩為原料冶煉釩鐵，採用矽熱法、鋁熱法或碳熱法得到合格中釩鐵產品。但是三氧化二釩和五氧化二釩通常是從鈉化焙燒提釩浸出液中提取，中間過程複雜，而且產生難以處理的酸性含銨廢水，生產成本高。CN101104891A介紹了一種二價鐵從低釩溶液中沉澱釩酸鐵，然後利用釩酸鐵製備含釩鐵的方法，這種方法中釩直接用二價鐵沉澱得到釩酸鐵，沉澱物中含釩、鐵和氧元素， 可直接用於釩鐵冶煉，簡化了工藝，得到的廢水中不含銨鹽，降低了生產成本。但是這種方法採用的是二價鐵沉釩，由於二價鐵具有還原性，能與提釩浸出液中的V5+和Cr6+發生反應，形成V4+、Cr3+和狗3+，在加鹼調節pH值5-6過程中，除了形成釩酸鐵沉澱外，還會形成 VO (OH)2, Cr (OH) 3，Fe (OH) 3，Fe (OH) 2等沉澱物，沉澱產物成分複雜，造成洗滌和過濾困難，同時雜質Cr (OH) 3進入沉澱物會使釩鐵冶煉過程中帶入雜質Cr。CNlO 1100720A介紹了用釩酸鈣冶煉釩鐵的工藝，其方法是將釩酸鈣、鋁粉、鐵質料按照一定的比例加入，通電冶煉製得釩鐵合金。這種方法省去了氧化釩的生產環節，避免了氧化釩生產帶來的酸性銨鹽廢水的問題，熔渣流動性好，但是這種方法渣量大，而且需要另外加入鐵粉，生產過程控制複雜。
發明內容
本發明的目的是為了克服現有中釩鐵冶煉技術中存在的問題，提供了一種生產工藝簡單，成本低的一種從提釩浸出液中製備中釩鐵的方法。本發明提供了一種中釩鐵的製備方法，該方法包括將提釩浸出液與水溶性三價鐵鹽接觸，接觸過程中通過加入氫氧化鈣和/或氧化鈣控制反應體系的PH值保持在1. 8-2. 8 範圍內，接觸後的產物經固液分離得到含有釩酸鐵和釩酸鈣的固體，將得到的該固體經煅燒脫水後，再與鋁粉、氧化鈣、氧化鎂混合均勻，將該混合均勻的混合物在感應爐中冶煉得到中釩鐵。本發明的中釩鐵製備方法與現有技術相比具有以下優勢。1)在本發明中，釩酸鐵為結晶形態的FeV04 · xH20，沉澱率高，並且產品易於洗滌和過濾；2)能夠通過加入石灰乳調節pH值，石灰乳價格低廉，易於節約成本；且不產生含銨廢水，釩鐵冶煉過程中渣量少，減少了後續處理成本；不需添加鐵粉或氧化釩，節約了原料的成本。
3)固體產物中含有鈣，分布均勻，有利於冶煉的進行，同時節省後步混料工序石灰的加入量。
具體實施例方式本發明提供了一種中釩鐵的製備方法，該方法包括將提釩浸出液與水溶性三價鐵鹽接觸，接觸過程中通過加入氫氧化鈣和/或氧化鈣控制反應體系的PH值保持在1. 8-2. 8 範圍內，接觸後的產物經固液分離得到含有釩酸鐵和釩酸鈣的固體，將得到的該固體經煅燒脫水後，再與鋁粉、氧化鈣、氧化鎂混合均勻，將該混合均勻的混合物在感應爐中冶煉得到中釩鐵。在本發明中，所述提釩浸出液可以為採用本領域公知的方法所製備的各種提釩浸出液。例如可以為釩渣鈉化焙燒-水浸的方法製備的鈉化提釩浸出液。優選地、所述提釩浸出液中的釩濃度可以為20-30g/L。本發明中各階段的涉及的化學反應方程式如下將提釩浸出液與水溶性三價鐵鹽接觸，接觸過程中通過加入氫氧化鈣和/或氧化鈣控制反應體系的PH值保持在1. 8-2. 8範圍內，生成沉澱的反應2V03、Ca (OH) 2 — Ca (VO3) 2 J, +20FFe3++V03>2. 5H20 = FeVO4 · 1. 5H20 I +2H+將釩酸鐵煅燒脫水FeVO4 · 1. 5H20 = FeVO4+1. 5H20 個將釩酸鐵和釩酸鈣的固體與鋁粉、氧化鈣、氧化鎂混合均勻，在感應爐中冶煉得到中釩鐵3FeV04+8Al = 3FeV+4Al2033Ca (VO3) 2+10Α1 = 5Al203+6V+3Ca0在本發明中，所述水溶性三價鐵鹽的用量可以根據提釩浸出液中釩的含量來選擇。具體地，可以以釩元素和鐵元素計，所述提釩浸出液中的釩與水溶性三價鐵鹽中鐵的摩爾比為1 1.05-1. 5;在保證反應順利進行的前提下，從成本上考慮，優選為以釩元素和鐵元素計，所述提釩浸出液中的釩與水溶性三價鐵鹽中鐵的摩爾比為1 1.1-1.3。在本發明中，通過將提釩浸出液與水溶性三價鐵鹽接觸，接觸過程中通過加入氫氧化鈣和/或氧化鈣控制反應體系的PH值保持在一定範圍內，從而使沉澱反應進行。其中，上述提釩浸出液與水溶性三價鐵鹽接觸的溫度可以為50-105°C，接觸的時間可以為 50-180分鐘；優選為提釩浸出液與水溶性三價鐵鹽接觸的溫度為80-100°C，接觸的時間為 60-120 分鐘。上述反應體系的pH值一般保持在1. 8-2. 8範圍內，優選為上述反應體系的pH值保持在2-2. 5範圍內。在控制反應體系的pH值的方法可以為本領域所公知的各種方法。本發明優選為每隔5-15分鐘採用pH酸度計來測定反應體系的pH值，根據測定值來判斷添加氫氧化鈣和/或氧化鈣的量，從而使反應體系的PH值在規定範圍內。所述氫氧化鈣可以為固體的，也可以是氫氧化鈣溶液，優選為固體的，由於石灰乳成本低，從經濟上考慮，更優選為石灰乳。添加上述氧化鈣時，氧化鈣先與反應體系中的水反應生成氫氧化鈣，再通過氫氧化鈣來參加反應和調節PH值。
在本發明中，所述水溶性三價鐵鹽可以為本領域所公知的各種可溶於水的三價鐵鹽。優選為在水中溶解度大的三價鐵鹽，具體地，可以為氯化鐵和/或硝酸鐵。在本發明中，所述接觸後的產物經固液分離得到含有釩酸鐵和釩酸鈣的固體。所述固液分離可以為本領域所公知的各種方法。例如過濾、離心等方法。本發明優選為過濾。 經固液分離得到的固體中還包括少量的矽酸鈉、矽酸鈣和水。在本發明中，該方法還包括將過濾所得到的含有釩酸鐵和釩酸鈣的固體進行洗滌，所述洗滌的溶劑為水，水的用量可以根據具體的情況來選擇。一般情況下，水的用量可以為反應體系的體積的80-90 %。在本發明中，將含有釩酸鐵和釩酸鈣的固體進行煅燒，以除去釩酸鐵水合物中的與釩酸鐵結合的水。所述煅燒的條件可以為本領域技術人員所公知的各種條件。本發明優選為煅燒溫度為500-600°C，時間為2-3小時。在本發明中，將煅燒脫水後的固體與鋁粉、氧化鈣、氧化鎂混合均勻，再將該混合均勻的混合物在感應爐中冶煉得到中釩鐵。其中，煅燒脫水後的固體與鋁粉、氧化鈣、氧化鎂的使用比例，可以為以100重量份的煅燒脫水後的所述固體為基準，所述與鋁粉、氧化鈣、氧化鎂混合時，鋁粉的加入量為42-44重量份、氧化鈣的加入量為7-10重量份、氧化鎂的加入量為4-5重量份。所述冶煉的條件可以為本領域所公知的各種條件。例如冶煉的溫度為1800-1900°C，冶煉的時間為60-90分鐘。以下通過實施例對本發明進行詳細的說明，但本發明並不僅限於下述實施例。以下實施例中的提釩浸出液按照《國外釩冶金》(冶金工業出版社，1985年出版， 121頁)中所述的方法進行鈉化焙燒提釩，得到鈉化焙燒提釩浸出液。釩濃度(以五氧化二釩計)採用化學滴定法來測定，具體方法為準確移取試樣 10ml，加50ml水，緩緩注入IOml硫酸，加熱溶解，冷卻，加4滴0. 1 %苯基鄰氨基苯甲酸乙醇溶液，用0. lmol/L硫酸亞鐵標準溶液滴定至溶液由紫紅色變為亮綠色。然後根據滴定用的硫酸亞鐵體積和濃度及所取溶液的體積來計算釩濃度。中釩鐵的含釩量採用GB/T 8704. 5-1994釩鐵化學分析方法電位滴定法測定釩量。實施例1本實施例用於說明中釩鐵的製備方法。將IL釩濃度為25g/L的提釩浸出液加熱至100°C，然後按照狗V = 1. 1的摩爾比向溶液中加入硝酸鐵，充分攪拌均勻，反應60分鐘，反應過程中採用石灰乳調節pH值，使得PH值穩定在2. 0-2. 1範圍內，反應完成後將所得溶液過濾，使用800ml的水快速洗滌得到含釩酸鐵和釩酸鈣固體，將得到的固體，乾燥，在500°C下煅燒2小時脫水，得到釩酸鐵和釩酸鈣固體混合物80g，然後加入鋁粉33. 6g，氧化鈣5. 6g份，氧化鎂3. 2g，充分混合，放入感應爐中冶煉，升溫至1800°C，保持熔融狀態，反應60分鐘後，停止通電，自然冷卻，即可得到中釩鐵47. 2g，含釩50. 3重量％。實施例2本實施例用於說明中釩鐵的製備方法。將IL的釩濃度為30g/L的提釩浸出液加熱至80°C，然後按照狗V = 1. 2的摩爾比向溶液中加入氯化鐵，充分攪拌均勻，反應80分鐘，反應過程中採用氫氧化鈣調節pH值，使得PH值穩定在2. 3-2. 4，反應完成後將所得溶液過濾，使用900ml的水快速洗滌得到含釩酸鐵和釩酸鈣固體，將得到的固體，乾燥，在560°C煅燒2. 5小時脫水，得到釩酸鐵和釩酸鈣固體混合物95g，然後加入鋁粉39. 9g，氧化鈣7. 6g份，氧化鎂4. 8g，充分混合，放入感應爐中冶煉，升溫至1850°C，保持熔融狀態，反應75分鐘後，停止通電，自然冷卻，即可得到 55. 7g中釩鐵，含釩50. 1重量％實施例3本實施例用於說明中釩鐵的製備方法。將IL釩濃度為27g/L的提釩浸出液加熱至90°C，然後按照狗V=1.3的摩爾比向溶液中加入硝酸鐵，充分攪拌均勻，反應lh，反應過程中採用石灰乳調節pH值，使得pH值穩定在2. 4-2. 5，反應完成後將所得溶液過濾，使用800ml快速洗滌得到含釩酸鐵和釩酸鈣固體，將所得釩酸鐵和釩酸鈣固體，乾燥，在600°C煅燒3小時脫水，得到釩酸鐵和釩酸鈣固體混合物86g，然後加入鋁粉37. Sg,氧化鈣8. 2g份，氧化鎂3. 9g，充分混合，放入感應爐中冶煉，升溫至1900°C，保持熔融狀態，反應90分鐘後，停止通電，自然冷卻，即可得到50. 6g 中釩鐵，含釩為50.2重量％。實施例4本實施例用於說明中釩鐵的製備方法。採用實施例1中的方法製備中釩鐵，不同的是將石灰乳替換為氧化鈣。得到49. 3g 中釩鐵，含釩為49. 8重量％。
權利要求
1.一種中釩鐵的製備方法，該方法包括將提釩浸出液與水溶性三價鐵鹽接觸，接觸過程中通過加入氫氧化鈣和/或氧化鈣控制反應體系的PH值保持在1. 8-2. 8範圍內，接觸後的產物經固液分離得到含有釩酸鐵和釩酸鈣的固體，將得到的該固體經煅燒脫水後，再與鋁粉、氧化鈣、氧化鎂混合均勻，將該混合均勻的混合物在感應爐中冶煉得到中釩鐵。
2.根據權利要求1所述的方法，其中，所述提釩浸出液與水溶性三價鐵鹽接觸的溫度為50-105°C，接觸的時間為50-180分鐘。
3.根據權利要求2所述的方法，其中，所述提釩浸出液與水溶性三價鐵鹽接觸的溫度為80-100°C，接觸的時間為60-120分鐘。
4.根據權利要求1所述的方法，其中，所述反應體系的PH值保持在2-2.5範圍內。
5.根據權利要求1-4中任意一項所述的方法，其中，以釩元素和鐵元素計，所述提釩浸出液中的釩與水溶性三價鐵鹽中鐵的摩爾比為1 1.05-1.5。
6.根據權利要求5所述的方法，其中，以釩元素和鐵元素計，所述提釩浸出液中的釩與水溶性三價鐵鹽中鐵的摩爾比為1 1.1-1.3。
7.根據權利要求1-4中任意一項所述的方法，其中，所述水溶性三價鐵鹽為氯化鐵和/ 或硝酸鐵。
8.根據權利要求1所述的方法，其中，所述煅燒脫水的溫度為500-600°C，時間為2-3 小時。
9.根據權利要求1或8所述的方法，其中，以100重量份的煅燒脫水後的所述固體為基準，所述與鋁粉、氧化鈣、氧化鎂混合時，鋁粉的加入量為42-44重量份、氧化鈣的加入量為7-10重量份、氧化鎂的加入量為4-5重量份，所述冶煉的溫度為1800-1900°C，冶煉的時間為60-90分鐘。
10.根據權利要求1所述的方法，其中，所述提釩浸出液中釩濃度為20-30g/L。
全文摘要
本發明提供了一種中釩鐵的製備方法，該方法包括將提釩浸出液與水溶性三價鐵鹽接觸，接觸過程中通過加入氫氧化鈣和/或氧化鈣控制反應體系的pH值保持在1.8-2.8範圍內，接觸後的產物經固液分離得到含有釩酸鐵和釩酸鈣的固體，將得到的該固體經煅燒脫水後，再與鋁粉、氧化鈣、氧化鎂混合均勻，將該混合均勻的混合物在感應爐中冶煉得到中釩鐵。本發明的方法是一種生產工藝簡單，成本低的中釩鐵的製備方法。
文檔編號C22C27/02GK102477509SQ20101057546
公開日2012年5月30日 申請日期2010年11月30日 優先權日2010年11月30日
發明者李千文, 李大標, 熊仁利, 陳亮 申請人:攀鋼集團攀枝花鋼釩有限公司, 攀鋼集團鋼鐵釩鈦股份有限公司