一種含釩鋼渣提釩的方法與流程
2023-10-09 23:36:09
本發明涉及一種含釩鋼渣提釩的方法，尤其是一種採用低溫鈉化焙燒-加壓酸浸技術從含釩鋼渣中提釩的方法，屬於工業固體廢物資源化利用技術領域。
背景技術：
釩鈦磁鐵礦的煉鋼過程會產生含釩鋼渣，釩的品位高達4～12%，是一種典型的含釩工業固體廢物。含釩鋼渣中釩賦存狀態複雜，彌散分布於多種礦物相中，提釩難度大。目前，從含釩鋼渣中提釩主要有兩種方案：其一是對含釩鋼渣進行火法冶煉，煉出高釩渣後再進一步提釩，俄羅斯下塔吉爾鋼鐵聯合公司對該法進行了有益探索，但未見成功報導；其二是將含釩鋼渣作為原料直接提釩，該提釩方案需要經過溼法冶金過程；傳統溼法提釩多為鈉鹽焙燒-水浸-沉釩的工藝流程，但該工藝會產生有害氣體及廢水，同時存在生產成本較高、焙燒過程環境汙染問題嚴重這類不足之處。釩的總回收率僅為40～50%。我國從上世紀70年代就對含釩鋼渣溼法提釩進行了研究，如直接酸浸、鹼浸或加鹽焙燒-碳酸化浸出等，最具代表性的工藝是將含釩鋼渣配入15~20%的na2co3，通過焙燒使大部分釩與鈣生成釩酸鈣，浸出時通入co2使之與焙砂（即焙燒渣）中的游離鹼作用而生成na2co3等，促進焙砂中的釩酸鈣溶解，鈣轉變成碳酸鈣得以沉澱，釩則以釩酸鈉形式進入溶液，從而實現鈣與釩的分離：2ca(vo3)2+na2co3→caco3↓+2navo3，溶液淨化後水解沉釩。採用這類方法時，浸出工序的工業用水消耗量大，噸釩產品的廢水產生量高達35～45m³，明顯高於《釩工業汙染物排放標準》所規定的單位釩產品基準排水量10m³/噸v2o5。
目前，國內外主要的含釩鋼渣提釩新技術包括：①高溫焙燒處理後採用酸或水浸出；②高溫還原提釩，例如鋼渣返回提釩法，用還原劑從礦石或廢渣中還原；③選擇性富集處理；④微生物浸出技術及礦漿電解技術等。其中，鈉化焙燒汙染較為嚴重，鈣化焙燒-碳酸化浸出工藝雖然解決了氧化鈣的危害，但鈣化焙燒提釩工藝對焙燒物料有一定的選擇性，對一般礦石存在轉化率低、成本偏高等問題；採用磷酸鹽降鈣鈉化焙燒，釩的回收率較高，但該方法磷酸鹽的配比太大，提釩經濟性較差；而選擇性析出技術、微生物浸出技術及礦漿電解技術還處於研究階段，未見工業應用方面的報導。
從含釩鋼渣中提釩是我國釩資源綜合利用的一個重要發展方向。當前，鋼渣提釩的研究取得了一定進展，但仍存在諸多問題。現有提釩工藝較多，但很難適應含釩鋼渣的資源特性，且普遍存在成本高、汙染大、回收率低等不足，推廣應用受到限制。儘管微生物浸出、礦漿電解等提釩新興技術具有流程短、低汙染等優點，但工藝尚不成熟。因此，研究開發高效、環保的提釩新技術具有重要的理論研究價值與實踐指導作用。
技術實現要素：
本發明在傳統的鈉化焙燒-熱水浸出提釩工藝的基礎上，通過添加助劑，促使固體物料在較低溫度下保持良好的焙燒效果，從而降低能耗；焙燒產物採用加壓酸浸以提高釩的浸出效率並有效降低廢水排放量，開發的提釩工藝技術釩回收率高，節能、減排成效明顯。
本發明技術方案如下：
一種含釩鋼渣提釩的方法，包括以下步驟：
1、製備助劑：助劑由caf2與na3alf6、mno2兩種物質中的任意一種或兩種物質組成，包括以下三種情況：
（1）所述助劑由40~70wt%caf2與30~60wt%na3alf6組成；
（2）所述助劑由70~85wt%caf2與15~30wt%mno2組成；
（3）所述助劑由40~55wt%caf2與30~35wt%na3alf6、10~30wt%mno2組成；
2、先將含釩鋼渣和碳酸鈉按質量比為100:10~16進行混合，然後按含釩鋼渣和碳酸鈉兩者總質量的2.0～4.5%加入助劑，之後進行焙燒處理得到焙砂，焙燒溫度為650~850℃，焙燒時間為50~80min；
3、將焙砂置於反應釜內進行加壓酸浸，反應釜壓力為0.8～1.6mpa，浸出溫度為90～210℃，浸出時間為50~80min，所用浸出液為h2so4質量濃度為20~25%左右的h2so4溶液，浸出液與焙砂的液固比（v:w）為1.2~1.6ml/g。
本發明具有如下有益效果：
1、在傳統鈉化焙燒基礎上，通過在焙燒過程中添加助劑，實現含釩鋼渣的低溫鈉化焙燒，焙燒工藝過程節能成效明顯；
2、在傳統熱水浸出的基礎上，採用加壓酸浸處理含釩焙砂，在提高釩浸出率的同時，明顯減少溼法提釩工藝過程的廢水外排量，降低廢水後續處理成本。
具體實施方式
通過具體實施方式進一步了解本發明，但本發明的保護範圍不限於下述實施例。
以下實施例中，焙燒效果的評價方式如下：將添加有助劑的釩渣混合物與沒有添加助劑的釩渣混合物在相同條件下進行焙燒處理，之後採用熱水浸出並測定濾液中釩的含量，熱水浸出條件為浸出溫度50℃，浸出時間120min，液固比2ml/g；加壓酸浸效果的評價方式如下：將添加有助劑的混合料焙燒所得焙砂同時進行加壓酸浸與熱水浸出，考察加壓酸浸工藝條件對釩浸出率的影響。
實施例1
按質量比為100:15將含釩鋼渣與碳酸鈉進行混合，取混勻後的混合料分為a、b兩組（各200g），a組不添加助劑，b組按混合料質量2.0%的比例添加4g助劑，助劑由70wt%caf2和30wt%na3alf6組成。a、b兩組樣品分別置於管式電爐中進行焙燒，焙燒條件均為：焙燒溫度650℃，焙燒時間80min。將兩組焙砂分別採用熱水浸出，並測定濾液中釩的含量，a組樣品釩的浸出率為50%，b組樣品釩的浸出率為63%。
將b組樣品焙燒後所得焙砂置於反應釜內進行加壓酸浸，並與熱水浸出進行對比。加壓酸浸條件為：壓力0.8mpa，浸出溫度90℃，硫酸質量濃度20%，浸出時間80min，液固比1.6ml/g；熱水浸出條件為：浸出溫度50℃，浸出時間120min，液固比2ml/g。加壓酸浸時，釩的浸出率為69%；熱水浸出時，釩的浸出率為63%。
實施例2
實驗設備與實施例1相同。
按質量比為100:10將含釩鋼渣與碳酸鈉進行混合，取混勻後的混合料分為a、b兩組（各200g），a組不添加助劑，b組按混合料質量2.5%的比例添加5g助劑，助劑由40wt%caf2和60wt%na3alf6組成。然後進行焙燒，焙燒溫度700℃，焙燒時間70min。將兩組焙砂分別採用熱水浸出，a組樣品釩的浸出率為58%，b組樣品釩的浸出率為68%。
將b組樣品所得焙砂進行加壓酸浸與熱水浸出試驗。加壓酸浸條件為：壓力1.0mpa，浸出溫度110℃，硫酸質量濃度22%，浸出時間80min，液固比1.5ml/g；熱水浸出條件與實施例1相同。加壓酸浸時，釩的浸出率為73%；熱水浸出時，釩的浸出率為68%。
實施例3
實驗設備與實施例1相同。
按質量比為100:12將含釩鋼渣與碳酸鈉進行混合，取混勻後的混合料分為a、b兩組（各200g），a組不添加助劑，b組按混合料質量3.0%的比例添加6g助劑，助劑由70wt%caf2和30wt%mno2組成。然後進行焙燒，焙燒溫度800℃，焙燒時間60min。將兩組焙砂分別採用熱水浸出，a組樣品釩的浸出率為64%，b組樣品釩的浸出率為71%。
將b組樣品所得焙砂進行加壓酸浸與熱水浸出試驗。加壓酸浸條件為：壓力1.2mpa，浸出溫度130℃，硫酸質量濃度23%，浸出時間70min，液固比1.4ml/g；熱水浸出條件與實施例1相同。加壓酸浸時，釩的浸出率為77%；熱水浸出時，釩的浸出率為71%。
實施例4
實驗設備與實施例1相同。
按質量比為100:13將含釩鋼渣與碳酸鈉進行混合，取混勻後的混合料分為a、b兩組（各200g），a組不添加助劑，b組按混合料質量3.5%的比例添加7g助劑，助劑由85wt%caf2和15wt%mno2組成。然後進行焙燒，焙燒溫度850℃，焙燒時間50min。將兩組焙砂分別採用熱水浸出，a組樣品釩的浸出率為66%，b組樣品釩的浸出率為72%。
將b組樣品所得焙砂進行加壓酸浸與熱水浸出試驗。加壓酸浸條件為：壓力1.5mpa，浸出溫度160℃，硫酸質量濃度23%，浸出時間60min，液固比1.3ml/g；熱水浸出條件與實施例1相同。加壓酸浸時，釩的浸出率為79%；熱水浸出時，釩的浸出率為72%。
實施例5
實驗設備與實施例1相同。
按質量比為100:14將含釩鋼渣與碳酸鈉進行混合，取混勻後的混合料分為a、b兩組（各200g），a組不添加助劑，b組按混合料質量4.0%的比例添加8g助劑，助劑由40wt%caf2、30wt%na3alf6和30wt%mno2組成。然後進行焙燒，焙燒溫度850℃，焙燒時間50min。將兩組焙砂分別採用熱水浸出，a組樣品釩的浸出率為65%，b組樣品釩的浸出率為74%。
將b組樣品所得焙砂進行加壓酸浸與熱水浸出試驗。加壓酸浸條件為：壓力1.6mpa，浸出溫度190℃，硫酸質量濃度25%，浸出時間50min，液固比1.2ml/g；熱水浸出條件與實施例1相同。加壓酸浸時，釩的浸出率為82%；熱水浸出時，釩的浸出率為74%。
實施例6
實驗設備與實施例1相同。
按質量比為100:16將含釩鋼渣與碳酸鈉進行混合，取混勻後的混合料分為a、b兩組（各200g），a組不添加助劑，b組按混合料質量4.5%的比例添加9g助劑，助劑組由55wt%caf2、35wt%na3alf6和10wt%mno2組成。然後進行焙燒，焙燒溫度850℃，焙燒時間50min。將兩組焙砂分別採用熱水浸出，a組樣品釩的浸出率為64%，b組樣品釩的浸出率為75%。
將b組樣品所得焙砂進行加壓酸浸與熱水浸出試驗。加壓酸浸條件為：壓力1.5mpa，浸出溫度210℃，硫酸質量濃度25%，浸出時間50min，液固比1.2ml/g；熱水浸出條件與實施例1相同。加壓酸浸時，釩的浸出率為83%；熱水浸出時，釩的浸出率為75%。