一種混合釩渣和含釩鋼渣加壓提釩的方法與流程

2024-02-17 02:24:15 1

本發明涉及釩化工冶金技術領域，具體涉及一種混合釩渣和含釩鋼渣加壓提釩的方法。

背景技術：

含釩鋼渣則是冶煉釩鈦磁鐵礦的副產品，是含釩鐵水煉鋼所形成的含v2o5在2％-10％的鋼渣(與釩渣相比其鈣含量大)。其產生過程有2種途徑，一種是半鋼中殘存的釩經煉鋼後氧化進入渣中，另一種是未經吹煉釩渣的鐵水直接煉鋼得到含釩鋼渣。含釩鋼渣具有如下特點：(1)cao和鐵含量高，結晶完善，質地密實，解離度差；(2)成分複雜，且波動較大；(3)釩含量較低，釩彌散分布於多種礦相中，賦存狀態複雜。基於以上特點，如何對含釩鋼渣進行提釩是本領域一個難題。

我國每年排放的含釩鋼渣近百萬噸，不僅汙染環境，且造成有價元素釩的損失。目前，含釩鋼渣提釩主要有2種途徑，一是含釩鋼渣返回煉鐵富集釩，煉出高含釩渣，再進一步提釩，即將含釩鋼渣作為熔劑添加在燒結礦中進入高爐冶煉，釩熔於鐵水中，經吹釩得到高品位釩渣，作為提釩或冶煉釩鐵合金的原料。該工藝雖然能回收鐵、錳等有價元素，同時降低鐵鋼比的能耗，但易造成磷在鐵水中循環富集，加重鋼渣脫磷任務；且鋼渣雜質多，有效cao含量相對較少，會降低燒結礦品位，增加煉鐵過程能耗，因此該法未能得到推廣。另一種含釩鋼渣的處理方法是直接提釩法，有鈉化焙燒、鈣化焙燒、降鈣焙燒和直接酸浸等工藝。鈉化焙燒是以食鹽或蘇打為添加劑，通過焙燒將低價釩氧化為5價釩的可溶性鈉鹽，採用水或碳酸化浸出。該工藝釩的轉浸率較低，鈉鹽耗量大，焙燒過程汙染空氣、難以治理，且該工藝不適合v2o5含量低、cao含量高的轉爐鋼渣。鈣化焙燒是以石灰等作焙燒熔劑，採用碳酸化浸出等浸出釩。此法對物料有一定的選擇性，對一般鋼渣處理時存在轉化率偏低、成本偏高等問題，不適於規模化生產。降鈣焙燒是由amiri提出的，其目的是為了解決含釩鋼渣中cao含量高造成釩難浸出的問題。降鈣焙燒是將鋼渣與na3po4、na2co3混合焙燒，na3po4與cao結合形成ca3(po4)2，釩與鈉生成水溶性的釩酸鈉，然後水浸即可溶出釩。但該法只停留在實驗室研究階段，且磷酸鹽的配比大，成本高，目前還沒有工業化推廣。直接酸浸是指未經焙燒工序，完全溼法提釩。但由於鋼渣中cao含量高，酸耗較大，成本較高；酸浸過程需在強酸溶液中進行，得到的浸出液雜質較多，難以進行後續分離。

cn102071321a中公開了一種用高鹼度的氫氧化鉀介質從含釩鋼渣中提取釩、鉻的方法，此方法不需要高溫焙燒，反應溫度降低到160～240℃，溼法提釩鉻，過程中有效杜絕了c12、hcl、so2、粉塵等大氣汙染物，並降低了廢水產生量和排放量。缺點是koh介質價格昂貴，而koh與鋼渣的質量比為3:1到5:1、反應鹼濃度為60％～90％，損耗koh介質較多，導致生產成本偏高，產品效益降低。

cn102094123a提出了一種用高濃度的氫氧化鈉介質從含釩鋼渣中提取釩的方法，該方法反應溫度為180～240℃，溼法提釩，過程中無廢氣、粉塵汙染；缺點是鹼濃度偏高，鹼度為65％～90％，導致介質循環利用時的蒸發濃縮需要的熱量較高，則生產成本較高，且終渣中殘餘的v量較高，降低浸出率，終渣中v含量為0.3％～0.5％。

釩渣是對含釩鐵水在提釩過程中經氧化吹煉得到的或含釩鐵精礦經溼法提釩所得到的含氧化釩的渣子的統稱，是重要的提釩原料。目前，尚未發現naoh加壓浸出含釩鋼渣和釩渣混合釩原料的專利。

技術實現要素：

鑑於現有技術中存在的問題，本發明的目的之一在於提供一種混合釩渣和含釩鋼渣加壓提釩的方法，實現了從兩種釩原料中高效、清潔提釩的目的，同時降低了生產成本。

為達此目的，本發明採用以下技術方案：

本發明提供了一種混合釩渣和含釩鋼渣加壓提釩的方法，所述方法包括以下步驟：

(1)將釩渣、含釩鋼渣的混合料與氫氧化鈉溶液混合，在加壓的條件下通入氧氣進行反應；

(2)將步驟(1)反應後得到的漿料固液分離，得到含釩浸出液。

含釩鋼渣主要成分為矽酸鈣、鐵酸鈣、氧化鐵及鈦磁鐵礦，其中釩主要包裹在矽酸鈣和鐵酸鈣中；釩渣的主要成分是釩尖晶石和鐵橄欖石。除釩含量的差別外，含釩鋼渣和釩渣的主要區別是：含釩鋼渣中ca含量高，而釩渣中si含量高。si不僅影響釩的浸出，而且容易溶解進入液相影響釩產品的純度，因此對釩渣進行提釩處理後需要加入ca脫矽。如果將含釩鋼渣和釩渣按照一定比例混合，則含釩鋼渣中過量的ca會與釩渣中過量的si結合，不僅可以破壞釩渣橄欖石結構，加速釩尖晶石的分解，而且降低雜質si的浸出，浸出液無需脫矽可直接得到潔淨釩液，同時避免加入cao，降低了成本。

加ca脫si的反應原理如下：

ca(oh)2+na2sio3＝casio3↓+2naoh

根據本發明，步驟(1)所述釩渣與含釩鋼渣的質量比為(1-10):1，例如可以是1:1、2:1、3:1、4:1、5:1、6:1、7:1、8:1、9:1或10:1，以及上述數值之間的具體點值，限於篇幅及出於簡明的考慮，本發明不再窮盡列舉。

本發明所述釩渣與含釩鋼渣的質量比優選為(2-8):1。

根據本發明，步驟(1)所述氫氧化鈉溶液與混合料的液固比為(3-8):1，例如可以是3:1、3.5:1、4:1、4.5:1、5:1、5.5:1、6:1、6.5:1、7:1、7.5:1或8:1，以及上述數值之間的具體點值，限於篇幅及出於簡明的考慮，本發明不再窮盡列舉。

根據本發明，上述液固比的單位為ml/g。

根據本發明，步驟(1)所述氫氧化鈉溶液的濃度為20-50wt％，例如可以是20wt％、25wt％、30wt％、35wt％、40wt％、45wt％或50wt％，以及上述數值之間的具體點值，限於篇幅及出於簡明的考慮，本發明不再窮盡列舉。

根據本發明，步驟(1)所述反應的壓力為0.5-2mpa，例如可以是0.5mpa、0.8mpa、1mpa、1.2mpa、1.5mpa、1.8mpa或2mpa，以及上述數值之間的具體點值，限於篇幅及出於簡明的考慮，本發明不再窮盡列舉。

根據本發明，步驟(1)所述反應的溫度為120-200℃，例如可以是120℃、130℃、140℃、150℃、160℃、170℃、180℃、190℃或200℃，以及上述數值之間的具體點值，限於篇幅及出於簡明的考慮，本發明不再窮盡列舉。

根據本發明，步驟(1)所述反應的時間為0.5-3h，例如可以是0.5h、0.8h、1h、1.2h、1.5h、1.8h、2h、2.2h、2.5h、2.8h或3h，以及上述數值之間的具體點值，限於篇幅及出於簡明的考慮，本發明不再窮盡列舉。

根據本發明，步驟(1)所述通入氧氣的分壓為0.1-1mpa，例如可以是0.1mpa、0.2mpa、0.3mpa、0.4mpa、0.5mpa、0.6mpa、0.7mpa、0.8mpa、0.9mpa或1mpa，以及上述數值之間的具體點值，限於篇幅及出於簡明的考慮，本發明不再窮盡列舉。

根據本發明，步驟(2)所述固液分離的溫度為60-100℃，例如可以是60℃、65℃、70℃、75℃、80℃、85℃、90℃、95℃或100℃，以及上述數值之間的具體點值，限於篇幅及出於簡明的考慮，本發明不再窮盡列舉。

本發明可以對步驟(2)得到的含釩浸出液進行後續處理，通過對其進行結晶分離，得到釩酸鈉晶體和結晶後液，得到的結晶後液可返回至加壓浸出步驟進行循環浸出。

作為優選的技術方案，本發明所述混合含釩原料加壓提釩的方法包括以下步驟：

(1)將釩渣和含釩鋼渣按(1-10):1的質量比混合得到混合料，將濃度為20-50wt％的氫氧化鈉溶液與混合料按(3-8):1的液固比混合，在120-200℃、0.5-2mpa的條件下通入氧氣反應0.5-3h，所述氧氣的分壓為0.1-1mpa；

(2)將步驟(1)反應後得到的漿料在60-100℃下固液分離，得到含釩浸出液。

與現有技術方案相比，本發明至少具有以下有益效果：

(1)本發明將含釩鋼渣和釩渣混合進行浸出，不僅提高了兩種釩原料的浸出率，而且省去後續脫矽除雜工序，是一種高效、低成本的提釩方法。

(2)本發明採用直接加壓浸出的方法提取釩原料中的釩，不需要焙燒過程，減少了能耗，且無焙燒有害窯氣產生，有利於對環保。

(3)本發明所用浸出液可循環用於浸出釩原料，且整個過程無廢水排放，是一種清潔的提釩方法。

附圖說明

圖1是本發明一種具體實施方式提供的混合含釩原料加壓提釩流程圖。

具體實施方式

下面結合附圖並通過具體實施方式來進一步說明本發明的技術方案。

如圖1所示，本發明一種具體實施方式提供的混合含釩原料加壓提釩流程可以為：將釩渣、含釩鋼渣的混合料與氫氧化鈉溶液混合，在加壓的條件下通入氧氣進行浸出反應；將反應後得到的漿料固液分離，得到尾渣和含釩浸出液；將含釩浸出液通過結晶分離，得到釩酸鈉晶體以及結晶後液，得到的結晶後液可返回至加壓浸出步驟進行循環浸出。

為更好地說明本發明，便於理解本發明的技術方案，本發明的典型但非限制性的實施例如下：

實施例1

將含釩鋼渣和釩渣混合釩原料的混合料加入壓力反應釜中，含釩鋼渣與釩渣的質量比為1:10，同時按照8:1的液固比向反應釜中加入濃度為20wt％的naoh溶液。將加壓反應釜密封，通入氧氣後加熱進行浸出反應，控制氧氣分壓為0.2mpa，浸出反應溫度為120℃，浸出反應壓力為0.6mpa，反應時間為0.5h。反應結束後將反應釜降溫至60℃時打開反應釜，將得到的混合漿料過濾分離得到含釩浸出液和尾渣，含釩浸出液經過結晶分離得到釩酸鈉產品，分離得到的結晶後液循環用於浸出反應。

經過檢測，釩的浸出率為85％。

實施例2

將含釩鋼渣和釩渣混合釩原料的混合料加入壓力反應釜中，含釩鋼渣與釩渣的質量比為1:8，同時按照7:1的液固比向反應釜中加入濃度為24wt％的naoh溶液。將加壓反應釜密封，通入氧氣後加熱進行浸出反應，控制氧氣分壓為0.1mpa，浸出反應溫度為140℃，浸出反應壓力為0.5mpa，反應時間為1.5h。反應結束後將反應釜降溫至75℃時打開反應釜，將得到的混合漿料過濾分離得到含釩浸出液和尾渣，含釩浸出液經過結晶分離得到釩酸鈉產品，分離得到的結晶後液循環用於浸出反應。

經過檢測，釩的浸出率為91％。

實施例3

將含釩鋼渣和釩渣混合釩原料的混合料加入壓力反應釜中，含釩鋼渣與釩渣的質量比為1:6，同時按照6:1的液固比向反應釜中加入濃度為45wt％的naoh溶液。將加壓反應釜密封，通入氧氣後加熱進行浸出反應，控制氧氣分壓為0.2mpa，浸出反應溫度為120℃，浸出反應壓力為0.7mpa，反應時間為1.8h。反應結束後將反應釜降溫至65℃時打開反應釜，將得到的混合漿料過濾分離得到含釩浸出液和尾渣，含釩浸出液經過結晶分離得到釩酸鈉產品，分離得到的結晶後液循環用於浸出反應。

經過檢測，釩的浸出率為95％。

實施例4

將含釩鋼渣和釩渣混合釩原料的混合料加入壓力反應釜中，含釩鋼渣與釩渣的質量比為1:4，同時按照5:1的液固比向反應釜中加入濃度為25wt％的naoh溶液。將加壓反應釜密封，通入氧氣後加熱進行浸出反應，控制氧氣分壓為0.3mpa，浸出反應溫度為200℃，浸出反應壓力為2mpa，反應時間為2h。反應結束後將反應釜降溫至95℃時打開反應釜，將得到的混合漿料過濾分離得到含釩浸出液和尾渣，含釩浸出液經過結晶分離得到釩酸鈉產品，分離得到的結晶後液循環用於浸出反應。

經過檢測，釩的浸出率為96％。

實施例5

將含釩鋼渣和釩渣混合釩原料的混合料加入壓力反應釜中，含釩鋼渣與釩渣的質量比為1:3，同時按照4:1的液固比向反應釜中加入濃度為35wt％的naoh溶液。將加壓反應釜密封，通入氧氣後加熱進行浸出反應，控制氧氣分壓為0.4mpa，浸出反應溫度為190℃，浸出反應壓力為1.2mpa，反應時間為2.7h。反應結束後將反應釜降溫至75℃時打開反應釜，將得到的混合漿料過濾分離得到含釩浸出液和尾渣，含釩浸出液經過結晶分離得到釩酸鈉產品，分離得到的結晶後液循環用於浸出反應。

經過檢測，釩的浸出率為94％。

實施例6

將含釩鋼渣和釩渣混合釩原料的混合料加入壓力反應釜中，含釩鋼渣與釩渣的質量比為1:2，同時按照7:1的液固比向反應釜中加入濃度為30wt％的naoh溶液。將加壓反應釜密封，通入氧氣後加熱進行浸出反應，控制氧氣分壓為0.2mpa，浸出反應溫度為130℃，浸出反應壓力為0.5mpa，反應時間為3h。反應結束後將反應釜降溫至100℃時打開反應釜，將得到的混合漿料過濾分離得到含釩浸出液和尾渣，含釩浸出液經過結晶分離得到釩酸鈉產品，分離得到的結晶後液循環用於浸出反應。

經過檢測，釩的浸出率為95％。

實施例7

將含釩鋼渣和釩渣混合釩原料的混合料加入壓力反應釜中，含釩鋼渣與釩渣的質量比為1:1，同時按照7.5:1的液固比向反應釜中加入濃度為40wt％的naoh溶液。將加壓反應釜密封，通入氧氣後加熱進行浸出反應，控制氧氣分壓為0.5mpa，浸出反應溫度為150℃，浸出反應壓力為0.6mpa，反應時間為1h。反應結束後將反應釜降溫至80℃時打開反應釜，將得到的混合漿料過濾分離得到含釩浸出液和尾渣，含釩浸出液經過結晶分離得到釩酸鈉產品，分離得到的結晶後液循環用於浸出反應。

經過檢測，釩的浸出率為88％。

實施例8

將含釩鋼渣和釩渣混合釩原料的混合料加入壓力反應釜中，含釩鋼渣與釩渣的質量比為1:10，同時按照3:1的液固比向反應釜中加入濃度為50wt％的naoh溶液。將加壓反應釜密封，通入氧氣後加熱進行浸出反應，控制氧氣分壓為1mpa，浸出反應溫度為1950℃，浸出反應壓力為1.4mpa，反應時間為3h。反應結束後將反應釜降溫至88℃時打開反應釜，將得到的混合漿料過濾分離得到含釩浸出液和尾渣，含釩浸出液經過結晶分離得到釩酸鈉產品，分離得到的結晶後液循環用於浸出反應。

經過檢測，釩的浸出率為96％。

實施例9

將含釩鋼渣和釩渣混合釩原料的混合料加入壓力反應釜中，含釩鋼渣與釩渣的質量比為1:10，同時向實施例8得到的含釩浸出液中補加部分naoh，使浸出液中naoh的濃度為28wt％，然後按照4:1的液固比將浸出液加入反應釜中。將加壓反應釜密封，通入氧氣後加熱進行浸出反應，控制氧氣分壓為0.1mpa，浸出反應溫度為170℃，浸出反應壓力為0.8mpa，反應時間為2.4h。反應結束後將反應釜降溫至80℃時打開反應釜，將得到的混合漿料過濾分離得到含釩浸出液和尾渣，含釩浸出液經過結晶分離得到釩酸鈉產品，分離得到的結晶後液循環用於浸出反應。

經過檢測，釩的浸出率為97％。

以上詳細描述了本發明的優選實施方式，但是，本發明並不限於上述實施方式中的具體細節，在本發明的技術構思範圍內，可以對本發明的技術方案進行多種簡單變型，這些簡單變型均屬於本發明的保護範圍。

另外需要說明的是，在上述具體實施方式中所描述的各個具體技術特徵，在不矛盾的情況下，可以通過任何合適的方式進行組合，為了避免不必要的重複，本發明對各種可能的組合方式不再另行說明。

此外，本發明的各種不同的實施方式之間也可以進行任意組合，只要其不違背本發明的思想，其同樣應當視為本發明所公開的內容。