高钒钛低铁型钒钛磁铁矿直接提钒方法及其装置

摘要

本发明涉及一种高钒钛低铁型钒钛磁铁矿直接提钒方法及其装置，本发明的主要内容是：针对高钒钛低铁型钒钛磁铁矿，研发废水近零排放的直接提钒方法，包含钒钛磁铁矿的预处理、混料、造块，钒钛磁铁矿造块的焙烧，焙烧后含钒物料的浸出，含钒浸出液的富集和除杂，沉钒五个步骤同时在焙烧后含钒物料的浸出，含钒浸出液的富集和除杂步骤中的渣球洗水、解析余液、沉钒上清液返回到钒钛磁铁矿的预处理、混料、造块和焙烧后含钒物料的浸出中，用以混料和浸出用。同时设计一种双座、两面焙烧、两侧排料、气流运动可控的竖式焙烧炉。实现直接提钒过程中的废水近零排放和对焙烧氧化效果的强化。

说明书

技术领域

本发明属于有色冶金技术领域，涉及一种高钒钛低铁型钒钛磁铁矿的直接提钒方法及其装置。

背景技术

钒钛磁铁矿是重要的提钒原料，目前我国钒钛磁铁矿主要采用的提钒方法是高炉转炉-提钒炼钢的火法提钒：将钒钛磁铁矿经过火法冶炼后得到含钒铁水，再从铁水中氧化出钒渣，然后进行钒渣提钒的方法。这种方法具有步骤多，原料的处理量大，化工原料和燃料的消耗多，生产效率低，工厂基建投资多等缺点。我省朝阳等辽西地区新近发现的钒钛磁铁矿资源得天独厚，全国独有：精矿中含V₂O₅>

发明内容

发明目的：本发明通过对高钒钛低铁型钒钛磁铁矿的研究，提出了一种废水近零排放的直接提钒方法及其装置，其目的是解决高钒钛低铁型钒钛磁铁矿冶炼过程中焙烧转化效率低、废水污染严重、炉渣粘稠、单炉焙烧炉产量低等问题。

技术方案：

本发明是一种高钒钛低铁型钒钛磁铁矿直接提钒方法，该方法包括以下步骤：

1）钒钛磁铁矿的预处理：对钒钛磁铁矿进行重选、磁选物理富集后，磨碎至矿粉；

2）矿粉中添加Na₂SO₄和Na₂CO₃、粘结剂和水，混合均匀后在造球机内制成钒钛磁铁矿造块；

3）将钒钛磁铁矿造块装入封闭的竖式炉体中进行低盐氧化焙烧并得到可进行浸出的物料；

4）焙烧后物料的浸出：将焙烧后的钒钛磁铁矿造块从竖式炉体底部取出，浸入水中进行水浸；将块渣进行水洗之后投入酸浸罐中继续进行酸浸，两步浸出得到含钒浸出液；

5）含钒浸出液的富集和除杂：将步骤4）中产生的含钒浸出液收集、储存在沉淀罐内，对含钒浸出液调ph值至6~7；利用离子交换法进行吸附，并对含钒树脂进行解析来实现含钒浸出液的富集；利用化学沉淀法除去其中对沉钒率和沉钒产品产生影响的杂质离子，通过过滤除去沉淀，得到可用于沉钒的含钒溶液；

6）沉钒：将步骤5）获得的含钒溶液为沉钒原料，沉淀剂采用Fe₂(SO₄)₃；析出黄色xFe₂O₃·yV₂O₅·zH₂O沉淀。

所述的高钒钛低铁型钒钛磁铁矿直接提钒方法，优选地：所述步骤3）中焙烧温度为900~950℃，焙烧时间为4~5h。

所述的高钒钛低铁型钒钛磁铁矿直接提钒方法，优选地：步骤1）中将钒钛磁铁矿磨碎至矿粉直径小于75.00μm比例大于80%。

所述的高钒钛低铁型钒钛磁铁矿直接提钒方法，优选地：在步骤2）中添加的Na₂SO₄和Na₂CO₃、粘结剂和水的比例为：每100g矿粉，添加Na₂SO₄和Na₂CO₃6~8g、粘结剂2g、水8ml。

所述的高钒钛低铁型钒钛磁铁矿直接提钒方法，优选地：所述步骤4）5）6）中的水循环至步骤2）混料、步骤3）水浸中利用。

一种高钒钛低铁型钒钛磁铁矿直接提钒装置，用于如前文所述的提钒方法，其特征在于：该装置为双座式炉型的竖式焙烧炉，包括位于炉中间的导风室和两侧的竖式焙烧炉；

所述导风室的两侧分别布置有焙烧风分配室、联通导风室和焙烧炉的排风口和冷却风口；

还包括6个燃烧室，其中左右两个燃烧室通过火口通道与竖式焙烧炉内的焙烧段部分连通；前后四个燃烧室与焙烧风分配室相连，所述焙烧风分配室通过火口通道连通至焙烧炉内焙烧段部分。

所述的高钒钛低铁型钒钛磁铁矿直接提钒装置，优选地：炉顶设置有烘干床；所述烘干床的左右两半部分分别为朝下的斜面，斜面末端分别位于两个焙烧炉上方。

所述的高钒钛低铁型钒钛磁铁矿直接提钒装置，优选地：所述冷却风口通过管道连接至鼓风机；所述冷却风口位于竖式焙烧炉焙烧段的下方。

优点及效果：

1.钒钛磁铁矿的直接提钒方法省略了由高炉、转炉工序制取钒渣的过程，节能效果显著；

2.在钒钛磁铁矿的焙烧阶段采用低钠盐焙烧，焙烧转化率高，对环境污染小；

3.直接提钒方法中考虑提钒废水的综合治理和利用，将块渣的洗水、解析余液、沉钒上清液等提钒过程中的废水循环至水浸步骤或混料造块步骤继续利用，实现废水的近零排放；

4.焙烧装置采用双座、两面焙烧、两侧排料、气流运动可控的竖式焙烧炉，两面焙烧，使得物料在焙烧带均匀受热，增强焙烧效果。

附图说明：

图1为本发明的直接提钒方法流程图；

图2为本发明的焙烧装置的结构示意图；

图3为图2的俯视图；

图中标注：1导风室；2竖式焙烧炉；3焙烧风分配室；4排风口；5冷却风口；6燃烧室；7火口通道；8烘干床；9排料装置。

具体实施方式：

为使本发明的钒钛磁铁矿的直接提钒方法的步骤与功效和焙烧装置的使用方法与功效易于了解，下面对本发明作进一步阐述。

本发明的高钒钛低铁型钒钛磁铁矿的直接提钒方法：

第一步：钒钛磁铁矿的预处理、混料、造块。对钒钛磁铁矿进行重选、磁选等物理富集后，进行磨碎至矿粉直径小于75.00μm比例大于80%。在破碎好的钒钛磁铁矿矿粉中添加一定比例的Na₂SO₄和Na₂CO₃、粘结剂和水，比例为：每100g矿粉，添加Na₂SO₄和Na₂CO₃6~8g、粘结剂2g、水8ml。混合均匀后在造球机内得到可进行焙烧的钒钛磁铁矿造块。此处混料所用水为后三步的块渣洗水、解析余液、沉钒上清液，以实现废水的近零排放；

第二步：钒钛磁铁矿造块的焙烧。将第一步造好的钒钛磁铁矿造块装入到一个封闭的竖式炉体中进行低盐氧化焙烧并得到可进行浸出的物料，焙烧过程的关键参数主要是焙烧时间和焙烧温度，要将这两个参数控制好正是通过本专利另一部分所公开的焙烧设备来实现的；焙烧温度为900~950℃，焙烧时间为4~5h。

第三步：焙烧后物料的浸出。将焙烧后的钒钛磁铁矿造块从竖式炉体底部取出，浸入水中进行水浸，将块渣进行水洗之后投入酸浸罐中继续进行酸浸，两步浸出得到含钒浸出液，酸浸后的块渣进行水洗之后可以继续投入到后续的炼铁工序使用。此步骤中水浸用水来自后两步中的解析余液和沉钒上清液，块渣洗水继续投入浸出或混料用水中；

第四步：含钒浸出液的富集和除杂。将第三步产生的含钒浸出液收集、储存在沉淀罐内，对含钒浸出液调pH值至ph值至6~7，利用离子交换法进行吸附富集，并对含钒树脂进行解析来实现含钒浸出液的富集，通过对吸附条件的控制来得到后续所需要的钒液浓度。对于富集后的含钒溶液，利用化学沉淀法除去其中对沉钒率和沉钒产品产生影响的杂质离子，通过过滤除去沉淀，得到可用于沉钒的含钒溶液。此处产生的解析余液循环用于混料和浸出步骤；

第五步：沉钒。以第四步获得的含钒溶液为沉钒原料，沉淀剂采用Fe₂(SO₄)₃，析出黄色xFe₂O₃·yV₂O₅·zH₂O沉淀，钒酸铁可作为进一步提纯制取V₂O₅的原料。

本发明中的钒钛磁铁矿废水近零排放的直接提钒方法中各生产步骤产生的废水的污染物排放浓度限值及单位产品基准排水量、各种污染物项目的检测手段及其浓度的测定方法标准都以《钒工业污染物排放标准》（GB26452-2011）为标准。

本发明中竖式焙烧炉的结构如图2、3所示是一双座式炉型，两座焙烧炉共用一个导风室1，并在导风室两侧分别布置焙烧风分配室3，排风口4和冷却风口6。焙烧炉共布置6个燃烧室6，左右两个燃烧室与火口通道7直接相连，前后四个与焙烧风分配室3相连。所述焙烧风分配室通过火口通道连通至焙烧炉内焙烧段部分。

炉顶设置有烘干床8；所述烘干床的左右两半部分分别为朝下的斜面，斜面末端分别位于两个焙烧炉上方。

所述冷却风口通过管道连接至鼓风机；所述冷却风口位于竖式焙烧炉焙烧段的下方。

使用本发明参见图2，钒钛磁铁矿造块经炉顶加入后在烘干床上干燥，随后滑落到炉膛内进行焙烧。燃烧室产生的烟气在1150℃左右，左右两侧燃烧室产生的烟气直接经过火口进入焙烧段，前后侧燃烧室产生的烟气通过焙烧风分配室后再通过火口进入到焙烧段中。球团矿经过高温焙烧后发生化学变化变为熟球。经过焙烧的熟球经冷却后，从排料装置排出。

本装置中冷却风由鼓风机鼓入空气产生，通过管道连接至冷却风口，进入到炉膛内。熟球被冷却的同时，冷却风被加热，上行的冷却风一部分通过排风口进入到导风墙内，上行用于烘干物料；另一部分进入到焙烧段内用于供给氧气，并提供一定热量。

通过本发明的装置及方法可以达到以下的技术效果：

1.钒钛磁铁矿的直接提钒方法省略了由高炉、转炉工序制取钒渣的过程，节能效果显著；

2.在钒钛磁铁矿的焙烧阶段采用低钠盐焙烧，焙烧转化率高，对环境污染小；

3.直接提钒方法中考虑提钒废水的综合治理和利用，将块渣的洗水、解析余液、沉钒上清液等提钒过程中的废水循环至水浸步骤或混料造块步骤继续利用，实现废水的近零排放；

4.焙烧装置采用双座、两面焙烧、两侧排料、气流运动可控的竖式焙烧炉，两面焙烧，使得物料在焙烧带均匀受热，增强焙烧效果。