一種含釩鋼渣加壓強化提釩的方法與流程
2023-10-09 23:41:04 2
本發明涉及釩化工冶金技術領域，具體涉及一種含釩鋼渣加壓強化提釩的方法。
背景技術：
含釩鋼渣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)，其產生過程有兩種途徑，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有效提釩仍然是冶金領域的一個難題。
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含量相對較低，會降低燒結礦品位，增加煉鐵過程能耗，因此該方法未能得到推廣。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中提出了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％，則損耗的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％，則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，浸出率不高，終渣中v含量為0.3％-0.5％。
技術實現要素：
鑑於現有技術中存在的問題，本發明的目的提供一種含釩鋼渣加壓強化提釩的方法，實現了從含釩鋼渣中高效的提釩，釩的浸出率≥85％，最高可達97％，且提釩過程中無廢水廢氣排出，是一種高效、清潔的提釩方法。
為達此目的，本發明採用以下技術方案：
本發明提供一種含釩鋼渣加壓強化提釩的方法，所述方法包括以下步驟：
(1)將碳酸鈉和氫氧化鈉的混合溶液與含釩鋼渣混合，在加熱加壓的條件下進行浸出反應，反應完成後得到混合漿料；
(2)將步驟(1)得到的混合漿料固液分離，得到尾渣和含釩浸出液。
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，所以實現釩提取的關鍵是強化分解矽酸鈣和鐵酸鈣。矽酸鹽在強鹼性溶液中有很好的分解特性，而同樣濃度下，氫氧化鈉較碳酸鈉鹼度更強，矽酸鈣的分解性能更佳。因此，在碳酸鈉浸出含釩鋼渣的反應體系中加入一定量的氫氧化鈉，可以顯著提高介質鹼度，改善矽酸鹽的分解性能；同時碳酸鈉中的碳酸根與鈣結合，碳酸鈉/氫氧化鈉混合介質對於提高鋼渣釩轉化率、減少鈉鹽使用量、降低生產成本具有重要的意義。
根據本發明，步驟(1)所述混合溶液中碳酸鈉的濃度為10-20wt％，例如可以是10wt％、11wt％、12wt％、13wt％、14wt％、15wt％、16wt％、17wt％、18wt％、19wt％或20wt％，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)所述混合溶液中氫氧化鈉的濃度為5-20wt％，例如可以是5wt％、8wt％、10wt％、12wt％、15wt％、18wt％、20wt％、23wt％、25wt％、27wt％或30wt％，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)所述混合溶液和含釩鋼渣的液固比為(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。
本發明所述液固比的單位為ml/g。
根據本發明，步驟(1)所述浸出反應的壓力為0.3-1.5mpa，例如可以是0.3mpa、0.4mpa、0.5mpa、0.6mpa、0.7mpa、0.8mpa、0.9mpa、1.0mpa、1.1mpa、1.2mpa、1.3mpa、1.4mpa或1.5mpa，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)所述浸出反應的溫度為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)所述浸出反應的時間為0.5-3h，例如可以是0.5h、0.8h、1h、1.2h、1.5h、1.8h、2h、2.3h、2.5h、2.7h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(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。
本發明所述固液分離選用本領域公知的手段進行，例如可以是過濾、抽濾以及離心等手段，但非僅限於此。
根據本發明，對步驟(2)中得到的含釩浸出液進行沉釩操作，得到釩產品和含有碳酸鈉和氫氧化鈉的沉釩後液，將所得沉釩後液返回至步驟(1)中循環用於對含釩鋼渣進行浸出。
任選地，可以向步驟(2)中得到的含釩浸出液中加入碳酸鈉和氫氧化鈉後，將其返回至步驟(1)中循環用於對含釩鋼渣進行浸出。當含釩浸出液中v的濃度大於等於20g/l時，停止循環處理，直接對含釩浸出液進行後續沉釩操作，得到釩產品。此方法有利於提高浸出液中v的濃度，在後續沉釩時大大節省了水的消耗。
作為優選的技術方案，本發明所述含釩鋼渣加壓強化提釩的方法包括以下步驟：
(1)按(3-8):1的液固比將碳酸鈉和氫氧化鈉的混合溶液與含釩鋼渣混合，在0.3-1.5mpa的壓力下，120-200℃的溫度下進行浸出反應0.5-3h，反應完成後得到混合漿料；
(2)將步驟(1)得到的混合漿料在60-100℃下固液分離，得到尾渣和含釩浸出液；將得到的含釩浸出液中進行沉釩操作，得到釩產品和含有碳酸鈉和氫氧化鈉的沉釩後液，將所得沉釩後液返回至步驟(1)中循環用於對含釩鋼渣進行浸出。
與現有技術方案相比，本發明至少具有以下有益效果：
(1)本發明能夠實現從含釩鋼渣中高效提釩，釩的浸出率≥85％，最高可達97％。
(2)本發明採用直接加壓浸出的方法提取釩原料中的釩，與焙燒提釩的方法相比，不僅可以節約焙燒過程能耗，而且無焙燒有害窯氣產生。
(3)本發明得到的含釩浸出液提釩後可循環用於浸出鋼渣，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工藝流程圖。
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的工藝流程可以是：將碳酸鈉和氫氧化鈉的混合液與含釩鋼渣混合，在加壓的條件下進行浸出反應；將反應得到的混合漿料進行固液分離，得到尾渣和含釩浸出液；將得到的含釩浸出液進行結晶分離，得到釩酸鈉產品以及結晶後液，所得結晶後液可循環用於含釩鋼渣的浸出。
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
將氫氧化鈉和碳酸鈉混合溶液與含釩鋼渣加入壓力反應釜中，混合溶液中碳酸鈉溶液濃度為10％，氫氧化鈉濃度為20％，溶液與含釩鋼渣的液固比為8:1。將加壓反應釜密封，然後加熱加壓進行浸出反應，浸出反應溫度為120℃，浸出反應壓力0.6mpa，反應時間0.5h。反應結束後將反應釜冷卻降溫，降溫至60℃時打開反應釜，將混合漿料過濾分離得到含釩浸出液；將含釩浸出液結晶分離後得到釩酸鈉產品，得到的結晶後液循環用於鋼渣浸出。
經過檢測，含釩鋼渣中釩的浸出率為85％。
實施例2
將氫氧化鈉和碳酸鈉混合溶液與含釩鋼渣加入壓力反應釜中，混合溶液中碳酸鈉溶液濃度為12％，氫氧化鈉濃度為16％，溶液與含釩鋼渣的液固比為7:1。將加壓反應釜密封，然後加熱加壓進行浸出反應，浸出反應溫度為140℃，浸出反應壓力0.5mpa，反應時間1.5h。反應結束後將反應釜冷卻降溫，降溫至75℃時打開反應釜，將混合漿料過濾分離得到含釩浸出液；將含釩浸出液結晶分離後得到釩酸鈉產品，得到的結晶後液循環用於鋼渣浸出。
經過檢測，含釩鋼渣中釩的浸出率為91％。
將含釩鋼渣與氫氧化鈉/碳酸鈉混合溶液加入壓力反應釜中，碳酸鈉溶液濃度為12％，氫氧化鈉濃度為16％，溶液與釩渣的液固比為7:1。將加壓反應釜密封，然後加熱反應，浸出反應溫度為140℃，浸出反應壓力0.5mpa，反應時間1.5h。反應結束後對反應釜冷卻降溫，降溫至75℃時打開反應釜，將混合漿料過濾分離得到浸出液，浸出液分離釩酸鈉後循環用於鋼渣浸出。鋼渣的浸出率為91％。
實施例3
將氫氧化鈉和碳酸鈉混合溶液與含釩鋼渣加入壓力反應釜中，混合溶液中碳酸鈉溶液濃度為18％，氫氧化鈉濃度為18％，溶液與含釩鋼渣的液固比為6:1。將加壓反應釜密封，然後加熱加壓進行浸出反應，浸出反應溫度為120℃，浸出反應壓力0.4mpa，反應時間1.8h。反應結束後將反應釜冷卻降溫，降溫至60℃時打開反應釜，將混合漿料過濾分離得到含釩浸出液；將含釩浸出液結晶分離後得到釩酸鈉產品，得到的結晶後液循環用於鋼渣浸出。
經過檢測，含釩鋼渣中釩的浸出率為95％。
實施例4
將氫氧化鈉和碳酸鈉混合溶液與含釩鋼渣加入壓力反應釜中，混合溶液中碳酸鈉溶液濃度為20％，氫氧化鈉濃度為15％，溶液與含釩鋼渣的液固比為5:1。將加壓反應釜密封，然後加熱加壓進行浸出反應，浸出反應溫度為200℃，浸出反應壓力1.5mpa，反應時間2h。反應結束後將反應釜冷卻降溫，降溫至95℃時打開反應釜，將混合漿料過濾分離得到含釩浸出液；將含釩浸出液結晶分離後得到釩酸鈉產品，得到的結晶後液循環用於鋼渣浸出。
經過檢測，含釩鋼渣中釩的浸出率為96％。
實施例5
將氫氧化鈉和碳酸鈉混合溶液與含釩鋼渣加入壓力反應釜中，混合溶液中碳酸鈉溶液濃度為18％，氫氧化鈉濃度為15％，溶液與含釩鋼渣的液固比為8:1。將加壓反應釜密封，然後加熱加壓進行浸出反應，浸出反應溫度為190℃，浸出反應壓力1.2mpa，反應時間2.7h。反應結束後將反應釜冷卻降溫，降溫至75℃時打開反應釜，將混合漿料過濾分離得到含釩浸出液；將含釩浸出液結晶分離後得到釩酸鈉產品，得到的結晶後液循環用於鋼渣浸出。
經過檢測，含釩鋼渣中釩的浸出率為94％。
實施例6
將氫氧化鈉和碳酸鈉混合溶液與含釩鋼渣加入壓力反應釜中，混合溶液中碳酸鈉溶液濃度為20％，氫氧化鈉濃度為10％，溶液與含釩鋼渣的液固比為3:1。將加壓反應釜密封，然後加熱加壓進行浸出反應，浸出反應溫度為130℃，浸出反應壓力0.3mpa，反應時間3h。反應結束後將反應釜冷卻降溫，降溫至100℃時打開反應釜，將混合漿料過濾分離得到含釩浸出液；將含釩浸出液結晶分離後得到釩酸鈉產品，得到的結晶後液循環用於鋼渣浸出。
經過檢測，含釩鋼渣中釩的浸出率為95％。
實施例7
將氫氧化鈉和碳酸鈉混合溶液與含釩鋼渣加入壓力反應釜中，混合溶液中碳酸鈉溶液濃度為16％，氫氧化鈉濃度為9％，溶液與含釩鋼渣的液固比為8:1。將加壓反應釜密封，然後加熱加壓進行浸出反應，浸出反應溫度為150℃，浸出反應壓力0.6mpa，反應時間1h。反應結束後將反應釜冷卻降溫，降溫至80℃時打開反應釜，將混合漿料過濾分離得到含釩浸出液；將含釩浸出液結晶分離後得到釩酸鈉產品，得到的結晶後液循環用於鋼渣浸出。
經過檢測，含釩鋼渣中釩的浸出率為88％。
實施例8
將氫氧化鈉和碳酸鈉混合溶液與含釩鋼渣加入壓力反應釜中，混合溶液中碳酸鈉溶液濃度為15％，氫氧化鈉濃度為10％，溶液與含釩鋼渣的液固比為6:1。將加壓反應釜密封，然後加熱加壓進行浸出反應，浸出反應溫度為195℃，浸出反應壓力1.4mpa，反應時間3h。反應結束後將反應釜冷卻降溫，降溫至80℃時打開反應釜，將混合漿料過濾分離得到含釩浸出液；將含釩浸出液結晶分離後得到釩酸鈉產品，得到的結晶後液循環用於鋼渣浸出。
經過檢測，含釩鋼渣中釩的浸出率為96％。
實施例9
將實施例8中得到的含釩浸出液與含釩鋼渣加入壓力反應釜中，同時補加一定量的碳酸鈉和氫氧化鈉，使其碳酸鈉濃度達到14％，氫氧化鈉濃度為15％，溶液與含釩鋼渣的液固比為4:1。將加壓反應釜密封，然後加熱加壓進行浸出反應，浸出反應溫度為170℃，浸出反應壓力0.8mpa，反應時間2.4h。反應結束後將反應釜冷卻降溫，降溫至80℃時打開反應釜，將混合漿料過濾分離得到含釩浸出液；將含釩浸出液結晶分離後得到釩酸鈉產品，得到的結晶後液循環用於鋼渣浸出。
經過檢測，含釩鋼渣中釩的浸出率為97％。
對比例1
將碳酸鈉溶液與含釩鋼渣加入壓力反應釜中，碳酸鈉溶液濃度為15％，溶液與含釩鋼渣的液固比為6:1。將加壓反應釜密封，然後加熱加壓進行浸出反應，浸出反應溫度為195℃，浸出反應壓力1.4mpa，反應時間3h。反應結束後將反應釜冷卻降溫，降溫至80℃時打開反應釜，將混合漿料過濾分離得到含釩浸出液；將含釩浸出液結晶分離後得到釩酸鈉產品，得到的結晶後液循環用於鋼渣浸出。
經過檢測，含釩鋼渣中釩的浸出率僅為56％。本對比例除未加入氫氧化鈉外，其他條件與實施例8完全相同，但轉化率明顯低於實施例8，可見，氫氧化鈉的加入對於強化鋼渣分解，提高釩的轉化率至關重要。
對比例2
將碳酸鈉溶液與含釩鋼渣加入壓力反應釜中，碳酸鈉溶液濃度為25％，溶液與含釩鋼渣的液固比為6:1。將加壓反應釜密封，然後加熱加壓進行浸出反應，浸出反應溫度為195℃，浸出反應壓力1.4mpa，反應時間3h。反應結束後將反應釜冷卻降溫，降溫至80℃時打開反應釜，將混合漿料過濾分離得到含釩浸出液；將含釩浸出液結晶分離後得到釩酸鈉產品，得到的結晶後液循環用於鋼渣浸出。
經過檢測，含釩鋼渣中釩的浸出率僅為77％。本對比例在對比例1的基礎上雖然提高了碳酸鈉的濃度，但由於沒有氫氧化鈉的加入，釩轉化率仍然低於實施例8，可見，氫氧化鈉的加入對於強化鋼渣分解，提高釩的轉化率至關重要。
對比例3
將氫氧化鈉溶液與含釩鋼渣加入壓力反應釜中，氫氧化鈉溶液濃度為10％，溶液與含釩鋼渣的液固比為6:1。將加壓反應釜密封，然後加熱加壓進行浸出反應，浸出反應溫度為195℃，浸出反應壓力1.4mpa，反應時間3h。反應結束後將反應釜冷卻降溫，降溫至80℃時打開反應釜，將混合漿料過濾分離得到含釩浸出液；將含釩浸出液結晶分離後得到釩酸鈉產品，得到的結晶後液循環用於鋼渣浸出。
經過檢測，含釩鋼渣中釩的浸出率僅為40％。本對比例除未加入碳酸鈉外，浸出反應條件與實施例8相同，釩轉化率明顯低於實施例8，可見，單獨的氫氧化鈉溶液無法有效浸出含釩鋼渣，碳酸鈉是含釩鋼渣無可或缺的浸取劑。
對比例4
將氫氧化鈉溶液與含釩鋼渣加入壓力反應釜中，氫氧化鈉溶液濃度為25％，溶液與含釩鋼渣的液固比為6:1。將加壓反應釜密封，然後加熱加壓進行浸出反應，浸出反應溫度為195℃，浸出反應壓力1.4mpa，反應時間3h。反應結束後將反應釜冷卻降溫，降溫至80℃時打開反應釜，將混合漿料過濾分離得到含釩浸出液；將含釩浸出液結晶分離後得到釩酸鈉產品，得到的結晶後液循環用於鋼渣浸出。
經過檢測，含釩鋼渣中釩的浸出率僅為60％。本對比例在對比例3的基礎上雖然提高了氫氧化鈉溶液的濃度，但由於沒有碳酸鈉的加入，釩轉化率明顯低於實施例8，可見，單獨的氫氧化鈉溶液無法有效浸出含釩鋼渣，碳酸鈉是含釩鋼渣無可或缺的浸取劑。
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。