一種從轉(zhuǎn)爐釩鉻渣中提取釩和鉻的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種從轉(zhuǎn)爐釩鉻渣中提取釩和鉻的方法，1）向釩鉻渣中加入Na2CO3并混合均勻后進行氧化焙燒，Na2CO3添加量按釩鉻渣中V2O3/Na2CO3摩爾比為0.1~0.4控制，焙燒熟料磨細后用水浸出，得到一次焙燒浸出液和殘渣；2）將殘渣烘干磨細后作為第二步提取釩和鉻的原料，向該殘渣中加入Na2CO3并混合均勻后進行氧化焙燒，Na2CO3添加量按殘渣中(V2O3+Cr2O3)/Na2CO3摩爾比為0.1~0.4控制，焙燒熟料磨細后用水浸出，得到二次焙燒浸出液；3）從兩次焙燒浸出液中分別分離和提取出釩和鉻。本發(fā)明工藝簡單，釩和鉻轉(zhuǎn)浸率高、且便于釩和鉻后續(xù)分離。
【專利說明】一種從轉(zhuǎn)爐釩鉻渣中提取釩和鉻的方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種冶金爐渣資源化利用的方法，具體涉及一種從轉(zhuǎn)爐釩鉻渣中有效提取和分離釩和鉻的方法，屬于釩和鉻資源的提取和回收領域。
[0002]
【背景技術】
[0003]中國攀西地區(qū)蘊藏著豐富的釩鈦磁鐵礦，是重要的釩、鈦、鐵資源。典型的釩鈦磁鐵礦冶煉工藝是預先在高爐、熔融還原爐或轉(zhuǎn)底爐中將其還原，得到含釩鐵水。然后將其倒入專用提釩轉(zhuǎn)爐中吹入氧氣使含釩鉻鐵水中的絕大部分S1、T1、Mn和大部分V、Cr以及部分C發(fā)生氧化反應，進入到渣相中(C的氧化產(chǎn)物進入爐氣)，形成含釩的爐渣，一般稱為轉(zhuǎn)爐釩渣。轉(zhuǎn)爐釩渣一般含5~20wt%的V2O3,是后續(xù)鈉化焙燒或鈣化焙燒提釩的重要原料。由于一般的轉(zhuǎn)爐釩渣中Cr2O3含量較低，低于4wt%，所以目前絕大多數(shù)的研究和提取工藝均是針對轉(zhuǎn)爐釩渣中釩資源的直接回收利用，對鉻資源的回收則是當其在沉釩廢水濃度富集后中進行回收。采用現(xiàn)行轉(zhuǎn)爐提釩工藝或類似地火法工藝冶煉高鉻型釩鈦磁鐵礦，例如紅格礦其含Cr2O3含量為0.2^0.8wt%，得到的含釩鐵水中鉻含量將明顯增加，相應地，轉(zhuǎn)爐釩渣中Cr2O3含量也將明顯增加，此時可將這種轉(zhuǎn)爐釩渣稱為轉(zhuǎn)爐釩鉻渣，其中V2O3含量為5~20wt%、Cr2O3含量可達5~15wt%。由于紅格礦中Cr2O3總量達900萬噸，占全國總鉻資源的一半以上，是我國重要的鉻資源，所以這種轉(zhuǎn)爐釩鉻渣將是一種非常重要的提取釩和鉻的中間產(chǎn)物。
[0004]針對轉(zhuǎn)爐釩渣 中釩的提取，冶金工作者開發(fā)了多種提釩方法。傳統(tǒng)的提釩方法是將釩渣與NaCUNa2SO4和Na2CO3中的一種或多種鈉鹽混合焙燒使低價釩轉(zhuǎn)化成高價的釩酸鹽，焙燒后用水浸出。但使用NaCl和Na2SO4作為添加劑進行焙燒時將產(chǎn)生Cl2、HCl和SO2等污染性氣體，危害環(huán)境。因此，新興的清潔提釩方法是將釩渣與CaCO3或CaO混合焙燒，用酸性或堿性浸出劑將釩浸出。然而，若采用CaCO3或CaO等鈣鹽作為添加劑與轉(zhuǎn)爐釩鉻渣進行焙燒，將不可避免地產(chǎn)生CaCrO4等有毒物質(zhì)，對環(huán)境也構成巨大的危害。目前工業(yè)生產(chǎn)中以鉻鐵礦為原料的鉻鹽生產(chǎn)均逐步實現(xiàn)了純鈉鹽焙燒，取消了鈣鹽的添加。對于轉(zhuǎn)爐釩鉻渣的資源利用，目前可見的研究較少。盡管中國科學院過程工程研究所提出了一種采用NaOH-NaNO3熔鹽來處理釩鉻渣可實現(xiàn)釩和鉻的同時轉(zhuǎn)化，但是在此工藝中需要大量的熔鹽以及熔鹽的循環(huán)利用還有待進一步研究。另外，釩和鉻的同步轉(zhuǎn)化也將增大后續(xù)分離釩和鉻的難度。
[0005]

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]針對現(xiàn)有工藝方法難以有效地從轉(zhuǎn)爐釩鉻渣中分離提取釩和鉻的不足，本發(fā)明的目的是提供一種工藝簡單，釩和鉻轉(zhuǎn)浸率高、且便于釩和鉻后續(xù)分離的從轉(zhuǎn)爐釩鉻渣中提取釩和鉻的方法。[0007]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術方案如下:
一種從轉(zhuǎn)爐釩鉻渣中提取釩和鉻的方法，其步驟為:
1)向釩鉻渣中加入Na2CO3并混合均勻后進行氧化焙燒，Na2CO3添加量按釩鉻渣中V2O3/Na2CO3摩爾比為0.r0.4控制，焙燒熟料磨細后用水浸出，得到一次焙燒浸出液和殘渣；
2)將殘渣烘干磨細后作為第二步提取釩和鉻的原料，向該殘渣中加入Na2CO3并混合均勻后進行氧化焙燒，Na2CO3添加量按殘渣中(V203+Cr203)/Na2CO3摩爾比為0.f 0.4控制，焙燒熟料磨細后用水浸出，得到二次焙燒浸出液；
3)從一次焙燒浸 出液和二次焙燒浸出液中分別分離和提取出釩和鉻。
[0008]第I)步中焙燒溫度70(T850°C，焙燒時間0.5~2h ;水浸出時，控制液固比I~5g/ml，浸出溫度2(T90°C，浸出時間l(T60min。
[0009]第2)步中焙燒溫度80(Tl05(TC，焙燒時間0.5~2h ;水浸出時，控制液固比I~5g/ml，浸出溫度2(T90°C，浸出時間l(T60min。
[0010]兩步中焙燒熟料磨細篩分后的粒徑小于0.18mm的占60%以上。
[0011]本發(fā)明通過分步氧化焙燒一浸出將轉(zhuǎn)爐釩鉻渣中的釩和鉻初步浸出到溶液中，由于第一步通過參數(shù)控制可以確保釩最大化地浸出而鉻盡量不被浸出，第二步再將殘渣中的釩和鉻最大化地浸出到溶液中，因此一次焙燒浸出液中釩的濃度比較高，鉻的濃度比較低，二次焙燒浸出液中釩的濃度比較低，鉻的濃度比較高，相當于實現(xiàn)了釩和鉻的初步分離，而現(xiàn)有方法得到的焙燒浸出液需要初步分離才能達到這樣的效果。對于釩和鉻濃度差異比較大的焙燒浸出液，直接按現(xiàn)有方法(如沉釩法、濕法處理)即可方便分離和提取。
[0012]同時本方法釩和鉻轉(zhuǎn)浸率高，若不計過程物料損失，釩和鉻的綜合提取率分別可達 98.9% 和 95.7%o
[0013]另外，本方法還不產(chǎn)生污染環(huán)境的物質(zhì)，最終的浸出殘渣富含鐵、鈦等氧化物，可在鋼鐵生產(chǎn)流程內(nèi)部循環(huán)，降低了危害環(huán)境的風險。
[0014]本發(fā)明為公眾提供了一種有效的從釩鉻渣中分步提取釩和鉻的思路，本方法具有對設備要求低，工藝簡單，釩和鉻轉(zhuǎn)浸率高等優(yōu)點。
[0015]
【具體實施方式】
[0016]轉(zhuǎn)爐釩鉻渣中的釩和鉻主要以(Fe，Mn，Mg) (V，Cr)204尖晶石固溶體中，具有較高的穩(wěn)定性。在釩鉻渣的冷卻結晶過程中，由于鉻尖晶石(Fe，Mn，Mg) (Cr)2O4結晶能力最強，最先在熔渣中析出，形成尖晶石的核心；而釩尖晶石(Fe，Mn，Mg) (V)2O4的結晶能力稍弱，后于鉻尖晶石析出；最后是鈦尖晶石(Fe，Mg)2Ti04析出。結合晶體結構衍射分析和元素微區(qū)成分分析可知釩鉻渣中釩和鉻只賦存于尖晶石相中，且鉻趨于分布在尖晶石核心，釩次之，鈦在尖晶石外部。為了從釩鉻渣中有效提取釩和鉻同時避免產(chǎn)生環(huán)境危害，采用氧化焙燒處理釩鉻渣時選用的添加劑便是Na2CO3, —方面不產(chǎn)生Cl2、SO2等污染性氣體，另一方面也不生成CaCrO4等有毒物質(zhì)。熱力學分析表明釩尖晶石與鈉鹽的反應能力明顯比鉻尖晶石與其的反應能力大，使得分步焙燒一浸出提取釩和鉻成為了可能，并且可達到一步焙燒一浸出提釩，二步焙燒一浸出提取剩余的釩和鉻。
[0017]其總體實現(xiàn)思路為:根據(jù)轉(zhuǎn)爐釩鉻渣中元素分布規(guī)律以及含釩相和含鉻相與鈉鹽反應能力的差異，以Na2CO3為添加劑，采用分步焙燒一水浸的方法將釩和鉻分別浸出提取到溶液中。第一步將釩鉻渣和一定量的Na2CO3混合后進行氧化焙燒，焙燒熟料磨細后用水進行浸出，確保釩最大化地浸出而鉻盡量不被浸出。浸出后的殘渣烘干磨細后作為第二步提取釩和鉻的原料，添加Na2CO3進行二步焙燒一水浸，將殘渣中的釩和鉻最大化地浸出到溶液中。
[0018]以下對本發(fā)明進行詳細說明。
[0019]一步氧化焙燒一浸出 根據(jù)釩鉻渣中元素分布規(guī)律以及含釩相和含鉻相與鈉鹽反應能力的差異，以Na2CO3為添加劑，其添加量按渣中V203/Na2C03摩爾比為0.r0.4控制，在70(T850°C焙燒0.5^2h,使釩鉻渣中的釩尖晶石發(fā)生鈉化氧化反應生成水溶性的釩酸鈉。而此時鉻由于分布在尖晶石核心未發(fā)生轉(zhuǎn)化便被新生成的物相所包裹，而未被進一步氧化成鉻酸鈉。焙燒熟料取出空冷后，磨細至粒徑小于0.18mm的占60%以上,與水混合進行浸出，控制液固比5g/ml,浸出溫度2(T90°C，浸出時間l(T60min。浸出結束后，采用孔徑為0.4 y m的濾膜將漿液過濾，確保濾液不含固體雜質(zhì)，過濾過程中用少量水洗滌濾渣廣3次。得到的浸出液中釩濃度達到沉釩工藝所需的濃度條件。最后收集浸出殘渣烘干作為下一步提取釩和鉻的原料。
[0020]Na2CO3的添加量是根據(jù)分析釩鉻渣中釩發(fā)生轉(zhuǎn)化反應所需的過量鈉鹽，同時在焙燒過程中不發(fā)生過度液相燒結而確定。同時采用該量可使一步焙燒時釩鉻渣中的V2O3盡量轉(zhuǎn)化成水溶性釩酸鈉，而只有少量鉻轉(zhuǎn)化成高價鉻酸鹽。實際實施時，可根據(jù)具體情況在上述范圍內(nèi)調(diào)整添加劑加入量和焙燒溫度。
[0021]二步氧化焙燒一浸出
由于一步氧化焙燒過程中鉻未轉(zhuǎn)化成水溶性鉻酸鹽，因此大部分鉻仍殘留在一步浸出殘渣中，同時其中也還含有少量的釩，可進一步提取以提高釩的綜合回收率。在二步焙燒一水浸過程中，以一步浸出殘渣為原料，添加Na2CO3的量按殘渣中(V203+Cr203)/Na2CO3摩爾比為0.r0.4，焙燒溫度80(Tl05(TC，焙燒時間0.5~2h ;焙燒熟料磨細至粒徑小于0.18mm的占60%以上，與水混合進行浸出，控制液固比f 5g/ml，浸出溫度2(T90°C，浸出時間10^60mino將漿液進行過濾便得到含釩鉻浸出液，過濾過程中用少量水洗滌濾渣f 3次。此時浸出殘渣中富含F(xiàn)e203、TiO2和MgO等氧化物，可返回利用到鋼鐵生產(chǎn)流程中。
[0022]二步焙燒中Na2CO3的添加比例也是根據(jù)分析殘渣中釩和鉻發(fā)生轉(zhuǎn)化反應所需的過量鈉鹽，同時在焙燒過程中不發(fā)生過度液相燒結而確定。同時采用該比例可使一步焙燒一浸出后的殘渣中的釩和鉻都最大化地分別轉(zhuǎn)化成水溶性釩酸鈉和鉻酸鈉。實際實施時，可根據(jù)具體情況在上述范圍內(nèi)調(diào)整添加劑加入量和焙燒溫度。
[0023]上述每步焙燒熟料破碎至粒徑小于0.18mm的占60%以上，是因為這樣可以確保水浸過程中液固接觸面積充分，提高轉(zhuǎn)浸率。
[0024]第一步焙燒一水浸過程中，釩轉(zhuǎn)浸率可達85%以上，鉻轉(zhuǎn)浸率20%以下。
[0025]第二步焙燒一水浸過程中，釩和鉻轉(zhuǎn)浸率均可達90%以上。
[0026]本方法兩步焙燒一浸出工藝簡單，設備要求低，不產(chǎn)生危害環(huán)境的物質(zhì)，能將釩和鉻分步浸出，更有利于后續(xù)釩和鉻的提純處理。本方法可使釩和鉻的綜合轉(zhuǎn)浸率都達到95%以上，實現(xiàn)高效浸出提取釩和鉻的目的。
[0027]下面結合【具體實施方式】和實驗數(shù)據(jù)對本
【發(fā)明內(nèi)容】
及效果作進一步的詳細說明。[0028]實施例1:
本實施例中，采用分步焙燒一浸出法處理某次工業(yè)試驗冶煉紅格礦得到的釩鉻渣，對本
【發(fā)明內(nèi)容】
和效果作進一步驗證。實施時包括如下工藝步驟:
1)將如表1所示成分的釩鉻渣磨細，取50g過200目篩子的篩下物與10.16g分析純Na2CO3混合均勻，盛放在化學瓷蒸發(fā)皿中放入800°C馬弗爐中，恒溫焙燒2h。期間保持馬弗爐爐門未完全關閉以保證爐內(nèi)的氧化性氣氛，并每隔大約15min輕攪物料減少結塊。焙燒結束后將焙燒熟料取出空冷至室溫，磨細篩分，確保粒徑小于0.18mm的占60%以上。
[0029]表1 I凡鉻洛成分，wt%
【權利要求】
1.一種從轉(zhuǎn)爐釩鉻渣中提取釩和鉻的方法，其特征在于:其步驟為: 1)向釩鉻渣中加入Na2CO3并混合均勻后進行氧化焙燒，Na2CO3添加量按釩鉻渣中V2O3/Na2CO3摩爾比為0.r0.4控制，焙燒熟料磨細后用水浸出，得到一次焙燒浸出液和殘渣； 2)將殘渣烘干磨細后作為第二步提取釩和鉻的原料，向該殘渣中加入Na2CO3并混合均勻后進行氧化焙燒，Na2CO3添加量按殘渣中(V203+Cr203)/Na2CO3摩爾比為0.f 0.4控制，焙燒熟料磨細后用水浸出，得到二次焙燒浸出液； 3)從一次焙燒浸出液和二次焙燒浸出液中分別分離和提取出釩和鉻。
2.根據(jù)權利要求1所述的從轉(zhuǎn)爐釩鉻渣中提取釩和鉻的方法，其特征在于--第I)步中焙燒溫度70(T850°C，焙燒時間0.5~2h ;水浸出時，控制液固比I~5g/ml，浸出溫度2(T90°C，浸出時間l(T60min。
3.根據(jù)權利要求1所述的從轉(zhuǎn)爐釩鉻渣中提取釩和鉻的方法，其特征在于:第2)步中焙燒溫度80(Tl05(TC，焙燒時間0.5~2h ;水浸出時，控制液固比l~5g/ml，浸出溫度20~90°C，浸出時間 l(T60min。
4.根據(jù)權利要求1所述的從轉(zhuǎn)爐釩鉻渣中提取釩和鉻的方法，其特征在于:兩步中焙燒熟料磨細篩分后的粒徑小 于0.18mm的占60%以上。
【文檔編號】C22B7/04GK103614566SQ201310677718
【公開日】2014年3月5日 申請日期:2013年12月13日 優(yōu)先權日:2013年12月13日
【發(fā)明者】李鴻乂, 方海星, 張濤, 李翠, 王寧, 刁江, 謝兵 申請人:重慶大學