專利名稱：在壓力場下從轉(zhuǎn)爐煉鋼提釩渣中氧化轉(zhuǎn)化浸出釩的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在壓力場下從轉(zhuǎn)爐煉鋼提釩渣中氧化轉(zhuǎn)化浸出釩的方法，屬于冶金化工技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
釩在自然界中分布很廣，約占地殼質(zhì)量的0.02％。釩鈦磁鐵礦是釩的主要礦物資源，釩、鐵、鈦等共生，礦石含釩較低，一般含五氧化二釩在0.2～2.7％，釩含量高的礦石或精礦可直接作為提釩原料；也可將其冶煉成鐵水后，再氧化成釩渣作為提釩的原料。釩鈦磁鐵礦經(jīng)高爐冶煉后釩富集到鐵水中，含釩鐵水是提釩的主要原料。含釩鐵水經(jīng)撇渣、轉(zhuǎn)爐氧化提釩等冶金過程，從含釩鐵水中將釩富集到釩渣中，該釩渣就是轉(zhuǎn)爐煉鋼提釩渣，是進一步提取釩或五氧化二釩的原料；同時得到合格煉鋼用的半鋼。
轉(zhuǎn)爐煉鋼提釩渣的物質(zhì)組成復(fù)雜，釩賦存在尖晶石中且賦存價態(tài)以三價為主，尖晶石相是釩渣中主要含釩物相，其一般式可寫成MeO·Me’2O3，其中Me代表Fe2+、Mg2+、Mn2+、Zn2+等兩價離子，Me’代表Fe3+、、V3+、Mn3+、Al3+、Cr3+等三價離子，釩渣中所含元素最多的是鐵和釩，因此可稱為鐵釩尖晶石。釩渣物相中的粘結(jié)相是硅酸鹽，其中最主要的是橄欖石，其通式為Me2SiO4，Me代表Fe2+、Mg2+、Mn2+、Zn2+等兩價離子，鐵橄欖石Fe2SiO4是成渣的主要礦相。釩渣中還有夾雜相，如金屬鐵等；釩渣中的其它元素還有氧化鈣、氧化硅、磷、氧化鋁、氧化鈦、氧化鉻等。我國釩渣質(zhì)量分為六級，每一級中根據(jù)含氧化鈣或五氧化二釩，氧化硅，磷的不同又分為九個品種(參照我國釩渣標準YB/T00-801997)。因而，轉(zhuǎn)爐煉鋼提釩渣(俗稱釩渣)以多種價態(tài)氧化物賦存，相互摻雜伴生，且嵌布粒度較細，粒度粗細極不均勻，釩的存在以低價為主，但其物質(zhì)相呈現(xiàn)復(fù)雜性、多樣化、多變化等特點。因而，轉(zhuǎn)爐煉鋼提釩渣進一步分離和富集釩是相當困難和復(fù)雜的。
為了從轉(zhuǎn)爐煉鋼提釩渣中提取釩，在化學(xué)原理上必須使不可溶解的三價的釩，轉(zhuǎn)化為可溶解的四價或五價的礬，從礦物工藝學(xué)上，則必須使復(fù)雜多變的礬礦物轉(zhuǎn)變?yōu)閱我坏V物。目前，常規(guī)技術(shù)和工藝主要是采用加鹽高溫焙燒的方法，所加添加劑為碳酸鈉、氯化鈉、硫酸鈉等鹽，其焙燒反應(yīng)基本是在固一固表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，且由于轉(zhuǎn)爐提釩渣在加鹽高溫焙燒中生成可溶于水的偏釩酸鈉在出爐結(jié)晶脫氧時易變成不溶性的釩青銅，降低了釩的轉(zhuǎn)化率和浸出率；同時，鹽的添加量有限，釩礦物行為復(fù)雜，這就從根本上限制了轉(zhuǎn)爐煉鋼提釩渣中釩礦物的反應(yīng)速度和轉(zhuǎn)化率；加鹽高溫焙燒后的生成物稱熟料，熟料經(jīng)浸出，使釩進入溶液，浸出的方法為水浸出、酸浸出等；從溶液中提取釩或五氧化二釩通常采用萃取、水解沉淀法或銨鹽沉淀法分離等工藝處理后，便產(chǎn)出合格五氧化二釩。因而，上述方法存在的不足是技術(shù)工藝復(fù)雜，金屬回收率低，有價金屬分散，試劑消耗量大，難以克服礦物的復(fù)雜性，使礦物中釩分離困難，對環(huán)境污染大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種技術(shù)工藝簡單、金屬回收率高、釩分離效果好、低成本、低污染的在壓力場下從轉(zhuǎn)爐煉鋼提釩渣中氧化轉(zhuǎn)化浸出釩的方法。
本發(fā)明的技術(shù)方案是該在壓力場下從轉(zhuǎn)爐煉鋼提釩渣中氧化轉(zhuǎn)化浸出釩的方法，是將轉(zhuǎn)爐提釩渣、氧化劑和浸出劑(工業(yè)硫酸、或硫酸鈉、或碳酸鈉)加入到加壓釜中，控制轉(zhuǎn)化溫度100～300℃，壓力1.0MPa～6.0MPa條件下，反應(yīng)10分鐘至240分鐘，用工業(yè)硫酸作為浸出劑，通過硫酸破壞鐵釩尖晶石結(jié)構(gòu)，讓氫離子進入鐵釩尖晶石晶格中，使離子半徑發(fā)生變化而將釩釋放出來，同時與添加的氧化劑發(fā)生氧化反應(yīng)，生成四價的釩而溶于酸中生成藍色的硫酸釩酰(V2O2(SO4)2)；或用硫酸鈉、或碳酸鈉作為浸出劑，通過氧化劑氧化提釩渣的低價釩(三價釩)生成五價釩的氧化物后，再與硫酸鈉或碳酸鈉反應(yīng)生成可溶于水的偏釩酸鈉(NaVO3)；上述過程將釩從轉(zhuǎn)爐煉鋼提釩渣中分離轉(zhuǎn)化為易溶化合物，再經(jīng)萃取、水解沉淀法或銨鹽沉淀法分離等成熟工藝處理后，便產(chǎn)出合格五氧化二釩和尾礦。
本發(fā)明所用的氧化劑是工業(yè)氧氣或空氣(其中的氧)或雙氧水，浸出劑是50％～98％的工業(yè)硫酸、或硫酸鈉、或碳酸鈉，轉(zhuǎn)爐煉鋼提釩渣、氧化劑和浸出劑的質(zhì)量百分比為100∶1～25∶5～45。提釩渣與氧化劑和浸出劑的比例、以及反應(yīng)溫度與時間可根據(jù)實際情況在給定范圍內(nèi)選擇，使提釩渣中的釩充分氧化和轉(zhuǎn)化浸出即可，反應(yīng)溫度可用蒸汽或自來水控制。在反應(yīng)過程中，有硫酸或硫酸鈉或碳酸鈉和氧氣參與，而硫酸或硫酸鈉或碳酸鈉具有一定的腐蝕性，故采用耐酸加壓釜為內(nèi)襯瓷磚，或鈦質(zhì)、或不銹鋼質(zhì)、或管道的加壓釜，加壓釜中可分為有隔室或無隔室容器，容積可為10～200米3。
轉(zhuǎn)爐煉鋼提釩渣是礦物組成復(fù)雜多變的人造氧化釩礦，有多種礦物，含釩8～20％。添加的氧化劑發(fā)生氧化反應(yīng)，將選擇性地與釩發(fā)生氧化還原反應(yīng)，生成四價的釩而溶于酸中，得到藍色的硫酸釩酰(V2O2(SO4)2)溶液，或氧化生成四價或五價的釩的氧化物，五價釩的氧化物與硫酸鈉或碳酸鈉反應(yīng)生成可溶于水的偏釩酸鈉(NaVO3)；通過上述過程，直接轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)爐煉鋼提釩渣中的釩進入溶液，而其它脈石成份則不發(fā)生變化保留于礦漿中，將釩從轉(zhuǎn)爐煉鋼提釩渣中分離轉(zhuǎn)化為易溶化合物。生成的硫酸釩?；蚱C酸鈉是轉(zhuǎn)爐煉鋼提釩渣中釩等金屬復(fù)雜礦物在加壓氧化和酸溶液或硫酸鈉或碳酸鈉溶液中產(chǎn)生的，反應(yīng)過程中添加的氧化劑的化學(xué)成分是工業(yè)氧氣或空氣中的氧或雙氧水。其發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)為(V2O3)MeO+2H2SO4+1/2O2→V2O2(SO4)2+2H2O+MeO(1)V2O2(OH)4+2H2SO4+1/2O2→V2O2(SO4)2+4H2O(2)(V2O3)FeO+1/2O2→V2O3Fe2O3(3)V2O3Fe2O3+1/2O2→V2O4Fe2O3(4)V2O4Fe2O3+1/2O2→V2O5Fe2O3(5)V2O5Fe2O3+2Na2SO4+H2O→2NaVO3+H2SO4+Fe2O3(6)V2O5Fe2O3+2Na2CO3→2NaVO3+CO2+Fe2O3(7)本發(fā)明加壓氧化轉(zhuǎn)化的浸出過程是在有氧加壓狀態(tài)下，將氧化過程溫度提高到100～300℃，用水作為液體介質(zhì)，在硫酸或硫酸鈉或碳酸鈉的作用下，對轉(zhuǎn)爐煉鋼提釩渣中復(fù)雜礦物組成中的釩等元素進行氧化和化學(xué)反應(yīng)，生成易溶的化合物；將加鹽高溫焙燒工藝中依物礦性質(zhì)選定的復(fù)雜工藝和浸出的方法變成在加壓氧化轉(zhuǎn)化過程中使復(fù)雜礦物組成轉(zhuǎn)變?yōu)橐兹芑衔锏倪^程，使冶化工藝簡化，過程強化，實現(xiàn)轉(zhuǎn)爐煉鋼提釩渣復(fù)雜礬礦物氧化轉(zhuǎn)化為易溶的釩化合物。加壓氧化過程中，由于氧在加壓條件下，按(1)(3)(4)(5)式發(fā)生氧化反應(yīng)，轉(zhuǎn)爐煉鋼提釩渣中的復(fù)雜釩礦物組成則按(1)和(2)式轉(zhuǎn)化為硫酸釩?；虬?6)和(7)式轉(zhuǎn)化為偏釩酸鈉，使復(fù)雜釩礦物氧化轉(zhuǎn)化為易溶化合物，再經(jīng)萃取、水解沉淀法或銨鹽沉淀法分離等成熟工藝處理后，便產(chǎn)出合格五氧化二釩和尾礦，轉(zhuǎn)爐煉鋼提釩渣加壓氧化轉(zhuǎn)化浸出是一種強化轉(zhuǎn)化浸出的清潔生產(chǎn)技術(shù)，低價釩化合物的氧化轉(zhuǎn)化和浸出過程的同一設(shè)備和同一時間中進行，其主體工藝不受礦物組成的變化而制約。因此，本發(fā)明具有技術(shù)工藝簡單、金屬回收率高、釩易分離、試劑消耗量小、有價金屬集中、低污染的優(yōu)點。
具體實施例方式下面結(jié)合實施例對本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容作進一步闡述。
實例1采用容積為10米3的無隔室鈦質(zhì)加壓釜，將含釩8.0％的轉(zhuǎn)爐煉鋼提釩渣與工業(yè)氧氣和濃度為98％的工業(yè)硫酸水溶液，按照100∶1∶5的質(zhì)量百分比混合后，用加壓泵連續(xù)泵入內(nèi)襯瓷磚的壓力釜中，用蒸汽控制釜內(nèi)溫度在100℃，維持釜內(nèi)壓力1.0MPa，進行轉(zhuǎn)爐煉鋼提釩渣的氧化轉(zhuǎn)化溶解化學(xué)反應(yīng)，反應(yīng)時間10分鐘，直接轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)爐煉鋼提釩渣中的釩成為硫酸釩酰(V2O2(SO4)2)進入溶液。
本工藝的釩轉(zhuǎn)化浸出率為85％。
實例2采用容積為200米3的有隔室不銹鋼加壓釜，將含釩14％的轉(zhuǎn)爐煉鋼提釩渣與空氣中的氧氣和濃度為50％的工業(yè)硫酸水溶液，按照100∶25∶45的質(zhì)量百分比混合后，用加壓泵連續(xù)泵入內(nèi)襯瓷磚的壓力釜中，用蒸汽控制釜內(nèi)溫度在300℃，維持釜內(nèi)壓力1.0MPa，進行轉(zhuǎn)爐煉鋼提釩渣的氧化轉(zhuǎn)化溶解化學(xué)反應(yīng)，反應(yīng)時間60分鐘，直接轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)爐煉鋼提釩渣中的釩成為硫酸釩酰(V2O2(SO4)2)進入溶液。
本工藝的釩轉(zhuǎn)化浸出率為95％。
實例3采用容積為100米3的有隔室瓷磚內(nèi)襯加壓釜，將含釩10％的轉(zhuǎn)爐煉鋼提釩渣與空氣中的氧和濃度為98％的工業(yè)硫酸鈉，按照100∶10∶25的質(zhì)量百分比混合后，用加壓泵連續(xù)泵入內(nèi)襯鈦質(zhì)材料的壓力釜中，用自來水控制釜內(nèi)溫度在200℃，維持釜內(nèi)壓力6.0MPa，進行轉(zhuǎn)爐煉鋼提釩渣的氧化轉(zhuǎn)化溶解化學(xué)反應(yīng)，反應(yīng)時間120分鐘，直接轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)爐煉鋼提釩渣中的釩成為偏釩酸鈉(NaVO3)進入溶液。
本工藝的釩轉(zhuǎn)化浸出率為93％。
實例4采用容積為50米3的無隔室瓷磚內(nèi)襯加壓釜，將含釩18％的轉(zhuǎn)爐煉鋼提釩渣與雙氧水和濃度為95％的工業(yè)碳酸鈉，按照100∶15∶35的質(zhì)量百分比混合后，用加壓泵連續(xù)泵入內(nèi)襯不銹鋼的壓力釜中，用蒸汽控制釜內(nèi)溫度在180℃，維持釜內(nèi)壓力1.6MPa，進行轉(zhuǎn)爐煉鋼提釩渣的氧化轉(zhuǎn)化溶解化學(xué)反應(yīng)，反應(yīng)時間30分鐘，直接轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)爐煉鋼提釩渣中的釩成為偏釩酸鈉(NaVO3)進入溶液。
本工藝的釩轉(zhuǎn)化浸出率為92％。
實例5采用容積為80米3的無隔室瓷磚內(nèi)襯加壓釜，將含釩20％的轉(zhuǎn)爐煉鋼提釩渣與工業(yè)氧氣和濃度為65％的工業(yè)硫酸水溶液，按照100∶5∶15的質(zhì)量百分比混合后，用加壓泵連續(xù)泵入內(nèi)襯管道的壓力釜中，用自來水控制釜內(nèi)溫度在150℃，維持釜內(nèi)壓力1.2MPa，進行轉(zhuǎn)爐煉鋼提釩渣的氧化轉(zhuǎn)化溶解化學(xué)反應(yīng)，反應(yīng)時間240分鐘，直接轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)爐煉鋼提釩渣中的釩成為硫酸釩酰(V2O2(SO4)2)進入溶液。
本工藝的釩轉(zhuǎn)化浸出率為90％。
權(quán)利要求
1.一種在壓力場下從轉(zhuǎn)爐煉鋼提釩渣中氧化轉(zhuǎn)化浸出釩的方法，其特征是工藝步驟是將轉(zhuǎn)爐煉鋼提釩渣、氧化劑和浸出劑加入到加壓釜中，控制轉(zhuǎn)化溫度100～300℃，在1.0MPa～6.0MPa壓力條件下，直接氧化轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)爐煉鋼提釩渣中的釩進入溶液。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的在壓力場下從轉(zhuǎn)爐煉鋼提釩渣中氧化轉(zhuǎn)化浸出釩的方法，其特征是在所述條件下，用工業(yè)硫酸作為浸出劑，通過硫酸破壞鐵釩尖晶石結(jié)構(gòu)，讓氫離子進入鐵釩尖晶石晶格中，使離子半徑發(fā)生變化而將釩釋放出來，同時與添加的氧化劑發(fā)生氧化反應(yīng)，生成四價的釩而溶于酸中生成藍色的硫酸釩酰(V2O2(SO4)2)溶液；或用硫酸鈉、或碳酸鈉作為浸出劑，通過氧化劑氧化提釩渣中三價釩生成五價釩的氧化物后，再與硫酸鈉或碳酸鈉反應(yīng)生成可溶于水的偏釩酸鈉(NaVO3)；上述過程將釩從轉(zhuǎn)爐煉鋼提釩渣中分離轉(zhuǎn)化為易溶化合物。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的在壓力場下從轉(zhuǎn)爐煉鋼提釩渣中氧化轉(zhuǎn)化浸出釩的方法，其特征是所述的氧化劑是工業(yè)氧氣、或雙氧水、或空氣。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的在壓力場下從轉(zhuǎn)爐煉鋼提釩渣中氧化轉(zhuǎn)化浸出釩的方法，其特征是所述的氧化轉(zhuǎn)化浸出釩的反應(yīng)時間可控制在10分鐘至240分鐘，使提釩渣中的低價釩充分氧化轉(zhuǎn)化為高價而被浸出。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的在壓力場下從轉(zhuǎn)爐煉鋼提釩渣中氧化轉(zhuǎn)化浸出釩的方法，其特征是轉(zhuǎn)爐煉鋼提釩渣與氧化劑、浸出劑的質(zhì)量百分比為100∶1～25∶5～45，浸出劑的濃度為50％～98％。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的在壓力場下從轉(zhuǎn)爐煉鋼提釩渣中氧化轉(zhuǎn)化浸出釩的方法，其特征是加壓釜為內(nèi)襯瓷磚，或鈦質(zhì)、或不銹鋼質(zhì)、或管道的耐酸加壓釜。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的在壓力場下從轉(zhuǎn)爐煉鋼提釩渣中氧化轉(zhuǎn)化浸出釩的方法，其特征是加壓釜中可為有隔室或無隔室容器，容積可為10～200米3。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種在壓力場下從轉(zhuǎn)爐煉鋼提釩渣中氧化轉(zhuǎn)化浸出釩的方法，屬于冶金化工技術(shù)領(lǐng)域。通過將轉(zhuǎn)爐煉鋼提釩渣、氧化劑和浸出劑加入到加壓釜中，控制適當?shù)霓D(zhuǎn)化溫度、壓力和反應(yīng)時間，直接氧化轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)爐提釩渣中的釩進入溶液。通過硫酸破壞鐵釩尖晶石結(jié)構(gòu)，將釩釋放出來，并與添加的氧化劑發(fā)生氧化反應(yīng)，將選擇性地與釩發(fā)生氧化還原反應(yīng)，生成四價的釩而溶于酸中生成硫酸釩酰溶液；或使三價的釩氧化生成五價釩的氧化物，五價釩的氧化物與硫酸鈉或碳酸鈉反應(yīng)生成偏釩酸鈉而溶于水，其它脈石成份則不發(fā)生變化保留于礦石中。本發(fā)明提供了一種技術(shù)工藝簡單，金屬回收率高，釩易分離，試劑消耗量小，有價金屬集中，低污染的處理方法。
文檔編號C22B3/04GK1936037SQ20061004873
公開日2007年3月28日 申請日期2006年10月19日 優(yōu)先權(quán)日2006年10月19日
發(fā)明者魏昶, 樊剛 申請人:昆明理工大學(xué)