專利名稱：一種處理釩渣提取五氧化二釩的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于從高爐煉制的特殊成分的生鐵中提取難熔金屬的方法，即從含釩鐵水處理得到的釩渣中，提取五氧化二釩的方法。
釩在自然界中分布廣，地殼中的豐度為135ppm。其中，釩鈦磁鐵礦是生產(chǎn)釩的主要原料，遍及中國、前蘇聯(lián)、美國、南非、芬蘭、瑞典、挪威、印度、澳大利亞等國。世界上釩年產(chǎn)量的60%以上，都是通過使用含釩鐵礦煉得的鐵水，經(jīng)過處理提取釩渣，然后再焙燒釩渣，浸出其中的釩，分離精制五氧化二釩這一過程得到的。該方法的理論基礎(chǔ)是，先將鐵礦中的釩還原入鐵水，再將其氧化入渣使之與鐵水分離，然后釩渣混加堿性氧化物進行氧化焙燒，渣中釩氧化為五氧化二釩并生成釩酸鹽，最后浸出釩渣將V2O5溶入水溶液，再分離精制成V2O5?，F(xiàn)行的生產(chǎn)流程主要包括以下幾個階段從鐵水中提取釩渣;冷卻后破碎除鐵，磨細至100網(wǎng)目以下;加入回轉(zhuǎn)窯或多層焙燒爐等反應(yīng)器中焙燒后浸出釩渣(1)采用鈉化焙燒法，配加Na2CO3和NaCl等鈉的化合物，在800～1000℃范圍內(nèi)氧化焙燒4～8小時，生成水溶性釩酸鈉，然后用熱水浸出釩;(2)采用鈣化焙燒法，在釩渣中配加石灰石或石灰，在1000～1400℃范圍內(nèi)焙燒2小時左右，使焙燒料中生成不溶于水的釩酸鈣，而后在200℃左右的堿溶液中浸出釩;沉淀分離浸出液中的五氧化二釩并精制成五氧化二釩產(chǎn)品。
在上述現(xiàn)行生產(chǎn)過程中含釩鐵水處理往往因溫度損失及不能加入造渣劑。給下一步煉鋼帶來困難;鐵水處理所得釩渣，渣、鐵混雜，破碎除鐵時，釩損失達20～30%;高溫釩渣從一千多度降至常溫，氧化焙燒時又須重新加熱至一千度左右，能源浪費;焙燒和除塵設(shè)備龐大，運行費用高;進行鈉化焙燒的釩渣，對CaO含量限制嚴;鈉化焙燒時，因鈉鹽揮發(fā)造成材料浪費和環(huán)境污染;如采用鈣化焙燒，高溫焙燒后還須在200℃左右的堿溶液中浸出，處理費用過高。以上為現(xiàn)行生產(chǎn)流程存在的弊端。
本發(fā)明的目的是消除鐵水處理提取釩渣給其后煉鋼帶來的不利影響;避免渣鐵分離損失釩，從而提高了釩的回收率;不必降溫后再次高溫焙燒，能耗大為降低;避免氧化鈉化焙燒造成的環(huán)境污染;流程簡化，降低運行費用。
本發(fā)明的內(nèi)容是將鐵水處理得到的成分為T·Fe＝0～60%、M·Fe＝0～30%、SiO2＝5～20%、TiO2＝0～20%、MnO＝3～15%、Al2O3＝0～10%、釩以V2O5計為5～30%的釩渣與鐵水分離后，利用釩渣的高溫物理熱，立刻向這種800℃以上高溫的釩渣吹入純氧、富氧空氣或壓縮空氣，造成強氧化性氣氛，使釩渣中的低價氧化釩如V2O3、VO2轉(zhuǎn)化為五氧化二釩(V2O5)。為保證這一轉(zhuǎn)變的完成，供氧量需大于將渣中各組分氧化為最高價氧化物所需的氧量，每千克渣供氧量(供氧強度X供氧時間)≤400升。以渣中 (FeO)/(T·Fe) 作為檢驗渣氧化程度的指標，吹氧熔融后的渣中 (FeO)/(T·Fe) 應(yīng)＜0.3。吹氧過程中反應(yīng)放熱，渣溫上升，同時渣中V2O5的生成又使渣熔點降低，在反應(yīng)器內(nèi)可以形成流動性好的液態(tài)熔渣，有利于渣對氧的吸收和氧在渣中的傳遞，有利于渣中各低價氧化物的氧化反應(yīng)。將這種液態(tài)渣倒出后，冷卻破碎至＜100網(wǎng)目，置于溫度為100～250℃的堿溶液中浸出釩。溶液的堿水質(zhì)量比WMOH/W水＝0.05～0.60，(WMOH為溶液中各種堿金屬氫氧化物之和)，堿金屬碳酸鹽代用比
＝0～40，(
，為溶液中各種堿金屬碳酸鹽之和)釩渣與堿溶液中水的質(zhì)量比即渣水比W渣/W水≤1。由于渣中各酸性組分在堿溶液中均參與反應(yīng)，渣顆粒結(jié)構(gòu)破壞程度大，渣中五氧化二釩與堿溶液反應(yīng)充分，釩浸出率高。濾出殘渣，得到含釩的堿溶液，以備精制五氧化二釩。濾出的殘渣再水洗一遍，溶解粘附在渣顆粒上的可溶性釩，得到的含釩堿性水溶液可與浸出得到的含釩堿溶液合并處理，也可以單獨處理精制五氧化二釩。
本發(fā)明可在向與鐵水分離后的高溫釩渣吹入氧氣、富氧空氣或壓縮空氣等氣體氧化劑的同時，按照與渣中V2O5成鹽反應(yīng)的需要，加入CaO、MgO、BaO、Na2O、CaF2等熔劑或以它們?yōu)橹饕煞值牡V物，其中堿性氧化物與釩渣的質(zhì)量比≤30%，以加速渣中低價氧化釩向五氧化二釩的轉(zhuǎn)化。加入的這類堿性化合物，在其后浸出釩時，有破壞偏鈦酸鈉膜、促進浸出反應(yīng)的作用，還可以與浸出液中的Si生成水合硅酸鹽沉淀，提高堿溶液苛性及促進渣顆粒崩解，促進釩的浸出，并有凈化浸釩溶液的功能。
本發(fā)明將破碎后的釩渣放在堿溶液中浸出時，可以往反應(yīng)器內(nèi)充氧。維持一定的氧壓。一般情況下，氧壓小于1MPa，促進渣中尚未轉(zhuǎn)化的低價氧化釩在浸出過程中繼續(xù)轉(zhuǎn)化為五氧化二釩參與反應(yīng)，溶入堿溶液，提高釩的浸出率。還可在浸出時添加一部分固體堿性氧化物CaO、MgO、BaO等或以它們?yōu)橹饕煞值牡V物，以補充浸出過程對堿性氧化物CaO、MgO、BaO等的需要，其添加量≤釩渣重量的30%。浸后將渣濾出，水洗一遍，可溶解回收粘附在渣顆粒上的水溶性釩酸鈉，提高釩的回收率。最后的殘渣還可以綜合利用，如入煉鋼爐作為氧化造渣劑。
本發(fā)明的優(yōu)點是對釩渣CaO含量的限制大大放寬，提取釩渣對下一步煉鋼沒有不利影響;釩回收率高，已進行的實驗結(jié)果表明，釩渣中釩的回收率可達90%以上;簡化生產(chǎn)流程，節(jié)省能源及原材料;浸出液可循環(huán)使用，無浪費;消除氧化鈉化焙燒造成的環(huán)境污染;殘渣經(jīng)堿浸、水洗，S、P含量相當?shù)停勺餮趸煸鼊┯糜跓掍摖t或高爐配礦;減少三廢排放量。這些優(yōu)點預(yù)示，經(jīng)濟效益必然顯著。
本發(fā)明實施例1選用釩渣主要成分為T·Fe＝48.6%，SiO2＝11.5%，TiO2＝8.4%，MnO＝6.7%，Al2O3＝2.2%，渣中釩以V2O5計算為16.5%。此渣配加部分含釩0.25%的生鐵(其重量相當于渣重的0～20%)，在900～1300℃范圍內(nèi)的不同溫度下，開始吹氧，單位供氧量(供氧強度X供氧時間)＜120升/千克渣，同時加入小于渣重的20%的堿性氧化物CaO和MgO。吹氧過程中，渣溫上升300～500℃，渣呈液態(tài)，流動性很好?？疾齑笛跞廴诤笤?(FeO)/(T·Fe) 值，得到了這一比值可低于0.05的結(jié)果。表明渣中金屬氧化物基本上均已變?yōu)楦邇r氧化物。
本發(fā)明實施例2 將上述經(jīng)吹氧熔融后的 (FeO)/(T·Fe) 值不同的釩渣放在堿溶液中浸出。浸出條件為渣粒度小于100網(wǎng)目，WMOH/W水＝0.35，渣水比為0.2，在200℃時保溫半小時，釩浸出率與渣中 (FeO)/(T·Fe) 值的關(guān)系如

圖1和圖2所示。兩圖縱坐標為釩的浸出率(%)，橫坐標為渣中 (FeO)/(T·Fe) 值，直線1為由浸出液中釩的濃度計算得到的釩浸出率與 (FeO)/(T·Fe) 的關(guān)系;直線2為將浸后濾出殘渣水洗一遍后，根據(jù)殘渣中釩的含量計算得到的釩浸出率與 (FeO)/(T·Fe) (緊接下頁)的關(guān)系。圖1是浸出時未充氧的情況;圖2是當反應(yīng)器內(nèi)水溫為80℃時充氧。表壓達0.304MPa后升溫浸出的情況。由圖1和圖2可見，充氧有利于提高釩浸出率，但若將 (FeO)/(T·Fe) 控制在較低范圍內(nèi)，不充氧或充氧，都可得到90%以上的釩浸出率。
本發(fā)明實施例3將上述經(jīng)吹氧熔融后所得 (FeO)/(T·Fe) 值較低的釩渣，在堿溶液中浸出。浸出條件范圍為W渣/W水＝0.04～0.2;WMOH/W水＝0.15～0.35;
＝0～10;在80℃時充氧，反應(yīng)器表壓為0～0.608MPa;浸出溫度為100～250℃;保溫時間為0～1小時。結(jié)果表明，條件組合適當，釩浸出率都可提高到90%以上。
本發(fā)明實施例4將吹氧熔融所得 (FeO)/(T·Fe) 值較低的釩渣放在堿溶液中浸出時，添加CaO和MgO粉，以凈化浸出液。CaO+MgO小于渣量的15%。結(jié)果表明，條件適當時，釩浸出率大于90%，且浸出液中Si濃度＜0.05mg/ml。
本發(fā)明實施例5將浸出液(含V＜20mg/ml)在25℃左右靜置約1小時，即生成水合釩酸鈉沉淀。沉淀量隨溫度降低而增加。從而可與已成熟的工藝-過濾分離水合釩酸鈉精制V2O5-相銜接，浸液可返回使用。
權(quán)利要求
1.一種處理釩渣提取五氧化二釩的方法。將釩渣中的低價氧化釩氧化為五氧化二釩，再用濕法浸出，其特征在于與鐵水分離后的800℃以上高溫的釩渣，主要成分為T·Fe=0～60%，M·Fe=0～30%，SiO2=5～20%，TiO2=0～20%，MnO=3～15%，Al2O3=0～10%，釩以V2O5計算為5～30%。向高溫釩渣吹入大于氧化各組分生成最高價氧化物所需的氣體氧化劑，包括純氧、富氧或壓縮空氣，每千克渣供氧≤400升。同時還可加入≤渣重30%的熔劑(包括CaO、BaO、Na2O、CaF2等或以它們?yōu)橹饕煞值牡V物)。吹氧后渣氧化指標 (FeO)/(T·Fe) ≤0.3。渣冷卻后破碎至≤100網(wǎng)目，按照渣水質(zhì)量比≤1的比例，置于溫度100～250℃、堿水質(zhì)量比WMOH/W水=0.05～0.60(WMOH為溶液中各種堿金屬氫氧化物之和)，堿金屬碳酸鹽代用比WM2CO3/WMOH=0～40(WM2CO3為溶液中各種堿金屬碳酸鹽之和)的溶液中浸出釩，收得含釩堿溶液。另外，濾出的殘渣再經(jīng)水洗，進一步溶解殘渣中的可溶性釩。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述處理釩渣提取五氧化二釩的方法。其特征在于將經(jīng)吹氧等處理后的釩渣置于堿溶液中浸出時，可往反應(yīng)器中充氧，維持氧壓≤1MPa。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述處理釩渣提取五氧化二釩的方法。其特征在于選用渣主要成分為T·Fe＝48.6%，SiO2＝11.5%，TiO2＝8.4%，MnO＝6.7%，Al2O3＝2.2%，渣中釩以V2O5計算為16.5%，在900～1300℃范圍內(nèi)開始吹氧。單位供氧量≤120升/千克渣，同時加入＜渣重20%的堿性氧化物CaO和/或MgO。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述處理釩渣提取五氧化二釩的方法。其特征在于將經(jīng)過吹氧熔融后的渣放在堿溶液中浸出。條件為渣粒度≤100網(wǎng)目，WMOH/W水＝0.35，渣水比為0.2，在200℃時保溫半小時，或者溫度為80℃時向反應(yīng)器內(nèi)充氧，表壓達0.304MPa，然后再升溫、保溫。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述處理釩渣提取五氧化二釩的方法。其特征在于經(jīng)吹氧熔融后的、 (FeO)/(T·Fe) 值較低的釩渣，用堿溶液浸出時，W渣/W水＝0.04～0.2，WMOH/W水＝0.15～0.35，
＝0～10，在80℃時向反應(yīng)器內(nèi)充氧，表壓達0～0.6MPa，浸釩溫度為100～250℃，保溫時間在1小時以內(nèi)。
全文摘要
本發(fā)明為處理釩渣提取五氧化二釩的方法。向含釩鐵水處理得到的高溫釩渣吹入純氧或富氧、壓縮空氣，同時還可加入熔劑，促使渣中低價氧化釩氧化成為五氧化二釩。渣冷卻、破碎后，置于一定溫度和堿濃度的溶液中，并可在反應(yīng)器內(nèi)維持一定的氧壓，以浸出渣中的釩。濾出殘渣后，水洗溶解粘附的可溶性釩。然后再處理含釩堿液，精制五氧化二釩。本發(fā)明釩的回收率達90％以上，節(jié)能、無污染。
文檔編號C22B7/04GK1082617SQ92108960
公開日1994年2月23日 申請日期1992年8月5日 優(yōu)先權(quán)日1992年8月5日
發(fā)明者李宏, 周榮章, 王萬軍, 李景捷, 王欣 申請人:北京科技大學(xué)