一种规模化处理钒渣从钒渣中水浸提钒的方法

摘要

本发明涉及一种规模化处理钒渣从钒渣中水浸提钒的方法，其包括：S1、将公斤级以上的钒渣和过氧化钠混合并磨细至粒径<50μm，得到粉末；S2、将混匀的钒渣和过氧化钠粉末在10～15MPa压力下压块，得到若干块体；S3、将这些块体在空气中焙烧，以将块体中三价钒氧化成五价钒；S4、将块体再次磨细得到熟料粉末，将熟料粉末在水中浸出得到含钒水溶液。本发明的采用过氧化钠取代传统的钠盐，利用过氧化钠受热分解产生的氧，更充分完全地氧化钒渣中的低价钒，以提高钒酸盐的成盐率和水浸提钒的回收率。本发明尤其适合用于大体量的钒渣提钒和钒渣减量化及资源化利用。

说明书

技术领域

本发明涉及钒渣提钒技术领域，特别是一种规模化处理钒渣从钒渣中水浸提钒的方法。

背景技术

钒渣是高炉-转炉流程冶炼钒钛磁铁矿的副产品，其中含有大量可回收的钒。钒在钒铬渣中主要以低价态(V

实际生产与实验室研究相比，虽然焙烧条件相似，但钒的回收率却远低于实验室的回收率(至少低10％)。在实际生产的回转窑中，钒渣的质量可以达到数吨级，而在实验室的马弗炉中，钒渣的质量一般在几十克到100克。虽然在宏观上回转窑内与马弗炉内同样是空气气氛，但在微观上大部分回转窑内的钒渣颗粒处于缺氧的状态，导致大体量钒渣的整体氧化率过低。实验室的钒渣通常不到100g，则很容易做到将其中的三价钒尽可能完全氧化，而对于大体量的钒渣而言，其氧化难度则很大。实验室中处理钒渣的量极少，其方法不能应用到实际生产中，而只有提高大体量钒渣的整体氧化率才能提高实际生产中钒的回收率。另外，实际生产中钒渣颗粒尺寸与透气性是一对互相制约的生产参数。钒渣颗粒较小时，焙烧时钒渣能够充分被氧化，进而钒的回收率变高。然而，钒渣颗粒过小时，窑内钒渣的堆积变得非常密集、透气性变得非常差，位于堆体中间位置的钒渣氧化率很低，导致一批次的大体量钒渣的整体氧化率仍然很低，故钒的回收率降低。

发明内容

(一)要解决的技术问题

鉴于现有技术的上述缺点、不足，本发明提供一种规模化处理钒渣从钒渣中水浸提钒的方法，用于产业化应用中提高大体量钒渣中钒的回收率。

(二)技术方案

为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：

一种规模化处理钒渣从钒渣中水浸提钒的方法，其包括：

S1、将公斤级以上的钒渣和过氧化钠混合并磨细至粒径<50μm，得到粉末；

S2、将混匀的钒渣和过氧化钠粉末在10～15MPa压力下压块，得到若干块体；

S3、将这些块体在空气中焙烧，以将块体中三价钒氧化成五价钒；

S4、将块体再次磨细得到熟料粉末，将熟料粉末在水中浸出得到含钒水溶液。

其中，公斤级是指钒渣的量为1kg以上至数百kg，甚至吨级。本发明有别于实验室小试试验，用于大体量高炉/转炉冶炼钒钛磁铁矿的副产品钒渣的减量化和提钒，实现冶炼钒钛磁铁矿副产品的资源化利用。

根据本发明的优选实施例，S1中，以钒渣的钒换算成V

根据本发明的优选实施例，S1中，磨细至粒径为10μm以下。

根据本发明的优选实施例，S1中，磨细至0.1～1μm，更优选为200～300nm。

根据本发明的优选实施例，S1中，采用高能球磨仪将钒渣和过氧化钠的混合物进行磨细。使用高能球磨仪可将钒渣和过氧化钠的混合物磨至200nm左右，甚至磨至100nm以下。

通常情况下，粒径越小越有利于提高钒渣中钒的氧化率和水浸回收率，但粒径过小容易在生产过程中形成细小粉尘，易对生产环境产生污染，同时兼顾成本和设备考虑，优选将钒渣和过氧化钠的混合物磨细至0.1～50μm，更优选为0.1～1μm。

根据本发明的优选实施例，S2中，所述块体的尺寸为0.5～10cm，优选为0.5～5cm。其中，所述块体的具体形状不限，可为规则的圆柱形、矩形体、椭球形、球形或不规则的立体形状均可。其中，压块过程的压力为10～15MPa，施压时间为5～7min。其中，优选压力为10MPa，施压时间为5min。

其中，所述块体优选为不规则形状或不同的规则几何形状块体的混合；如此大量的钒渣块体可在窑内呈多空隙地堆积，透气性更好、热量更易于扩散于整个堆积体中，有利于块体表面的钒渣氧化。

其中，压块是在模具中填料，并采用与模具内腔相适应的压头持续加压预定时间后制得，其施压大小决定着块体内钒渣粉末颗粒和过氧化钠粉末颗粒之间的紧密度和块体内部的传质性和传热性。压块压力过小，其内部钒渣颗粒和过氧化钠颗粒之间紧密度差，内部传热性和传质性较差，均不利于钒渣中三价钒被氧化成高价钒。例如，盘式成球机成球或成团，球团内部颗粒间松散，传热性和传质性不足。压块压力也不宜过大，一方面块体的致密性随着压力增大不再变化，另一方面，压力大对设备要求高，且给焙烧后再次破碎和磨细增加成本。

根据本发明的优选实施例，S3中，所述焙烧温度为800～850℃，优选为820～830℃，焙烧时间为2～2.5h，优选为2h。焙烧温度对设备的要求较低，节省能耗。

根据本发明的优选实施例，S4中，水浸出温度为75～85℃。

根据本发明的优选实施例，S4中，水浸的时间为2～2.5h。

按照本发明步骤S1-S3的处理，可得到钒氧化率高、钒渣粒径小的熟料粉末，因此在S4的水浸出时能够顺利浸出钒，获得高的钒回收率。

(三)有益效果

本发明的有益效果是：

(1)本发明的采用过氧化钠取代传统的钠盐，利用过氧化钠受热分解产生的氧来氧化钒渣中的低价钒，再由过氧化钠分解产生的氧化钠与高价钒生产钒酸钠，以便在水浸处理过程中溶出。

(2)将钒渣和过氧化钠磨得非常细，然后再用特定压力进行压块，使钒渣颗粒与过氧化钠颗粒充分混合并紧密接触，细小粒径(＜50μm)的过氧化钠能快速分解并释放氧气，氧气与周边的钒渣颗粒接触并迅速将低价钒氧化成高价，提高过氧化钠氧化钒渣的效率，减少过氧化钠受热分解的氧气溢出到外部的几率，提高钒渣中钒的回收率。

(3)对于处理大体量的钒渣来说，将钒渣和过氧化钠磨细压成块体堆积在窑内，有利于透气和热量在整个窑内的传递和扩散，解决了物料粒度和总体透气性的冲突，有效保证块体表面的低价钒被充分氧化成高价钒，提高钒渣中钒的回收率。

附图说明

图1为本发明实施例1中焙烧后的块体的EPMA图像。

图2为本发明实施例1～3中钒的水浸出率的数据。

图3为本发明实施例2，4，5及对比例5中钒的水浸出率的数据。

具体实施方式

为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。

在以下各实施例和对比例中，使用ICP-OES(电感耦合等离子体发射光谱仪)检测水溶液中钒的质量分数。

实施例1

本实施例提供一种规模化处理钒渣从钒渣中水浸提钒的方法，方法如下：

S1、将358.2克的Na

S2、在内径为3cm的不锈钢模具中压制成块，压块过程中压力为10MPa，施压时间为5min。脱模后得到直径为3cm厚度约为1cm的块体。

S3、将马弗炉升温至800℃后开始恒温，将S2中块体放入马弗炉中开始焙烧。恒温2h后，取出块体迅速在空气中冷却。将块体沿径向切开，并使用砂纸将切面打磨光滑。使用EPMA对切面进行表征，得到图1所示的块体的EPMA图像。

S4、将焙烧后的块体在制样机中破碎120s得到熟料粉末，将熟料粉末在水中、80℃下浸出2h。检测水浸出液中的钒含量，结合钒渣中钒的含量计算回收率约为70％(如图2所示左侧点)。

实施例2

本实施例提供一种规模化处理钒渣从钒渣中水浸提钒的方法，方法如下：

S1、将537.0克的Na

S2、在内径为3cm的不锈钢模具中压制成块，压块过程中压力为10MPa，施压时间为5min。脱模后得到直径为3cm厚度约为1cm的块体。

S3、将马弗炉升温至800℃后开始恒温，将S2中块体放入马弗炉中开始焙烧。恒温2h后，取出块体迅速在空气中冷却。

S4、将焙烧后的块体在制样机中破碎120s得到熟料粉末，将熟料粉末在水中、80℃下浸出2h。检测水浸出液中的钒含量，结合钒渣中钒的含量计算回收率为90％(如图2、3所示中间的点)。

实施例3

本实施例提供一种规模化处理钒渣从钒渣中水浸提钒的方法，方法如下：

S1、将715.5克的Na

S2、在内径为3cm的不锈钢模具中压制成块，压块过程中压力为10MPa，施压时间为5min。脱模后得到直径为3cm厚度约为1cm的块体。

S3、将马弗炉升温至800℃后开始恒温，将S2中块体放入马弗炉中开始焙烧。恒温2h后，取出块体迅速在空气中冷却。

S4、将焙烧后的块体在制样机中破碎120s得到熟料粉末，将熟料粉末在水中、80℃下浸出2h。检测水浸出液中的钒含量，结合钒渣中钒的含量计算回收率为70％(如图2所示右侧点)。

实施例4

本实施例提供一种规模化处理钒渣从钒渣中水浸提钒的方法，方法如下：

S1、将537.1克的Na

S2、在内径为3cm的不锈钢模具中压制成块，压块过程中压力为10MPa，施压时间为5min。脱模后得到直径为3cm厚度约为1cm的块体。

S3、将马弗炉升温至850℃后开始恒温，将S2中块体放入马弗炉中开始焙烧。恒温2h后，取出块体迅速在空气中冷却。

S4、将焙烧后的块体在制样机中破碎120s得到熟料粉末，将熟料粉末在水中、80℃下浸出2h。检测水浸出液中的钒含量，结合钒渣中钒的含量计算回收率，约为91％(如图3所示)。

实施例5

本实施例提供一种规模化处理钒渣从钒渣中水浸提钒的方法，方法如下：

S1、将537.1克的Na

S2、在内径为3cm的不锈钢模具中压制成块，压块过程中压力为15MPa，施压时间为5min。脱模后得到直径为3cm厚度约为1cm的块体。

S3、将马弗炉升温至900℃后开始恒温，将S2中块体放入马弗炉中开始焙烧。恒温2h后，取出块体迅速在空气中冷却。

S4、将焙烧后的块体在制样机中破碎120s得到熟料粉末，将熟料粉末在水中、80℃下浸出2h。检测水浸出液中的钒含量，结合钒渣中钒的含量计算回收率，约为92％(如图3所示右侧点)。

对比例1

对比例是在实施例2的基础上，将Na

检测水浸出液中的钒含量，计算钒渣中钒的回收率为64.5％。

对比例2

对比例是在实施例2的基础上，将Na

对比例3

对比例是在实施例2的基础上，将Na

对比例4

对比例是在实施例2的基础上，将Na

此外，使用盘式滚球机制得直径3cm的球取代对比例4中的压块，在其他条件均与实施例2相同的情况下，钒渣中钒的回收率均低于60％。

对比例5

对比例是在实施例2的基础上，将焙烧温度降低到700℃，恒温焙烧2h。其他条件均与实施例2相同。检测水浸出液中的钒含量，计算钒渣中钒的回收率约67％(如图3所示左侧点)。

由图1可知，压块-焙烧的块体内出现气孔，这些气孔是由Na

在本发明中，Na

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。