一种从含钒钢渣提钒同时制备硫酸钙的方法技术

本发明专利技术提供一种从含钒钢渣提钒同时制备硫酸钙的方法，所述方法包括如下步骤：(1)混合醋酸溶液和含钒钢渣，经浸出反应和第一固液分离，得到含钒固相和含钙液相；(2)混合硫酸溶液和所述含钙液相，经沉淀反应和第二固液分离，得到硫酸钙产品和沉钙后液，所述沉钙后液循环至步骤(1)中进行浸出反应；(3)混合碳酸钠和所述含钒固相并经氧化焙烧，得到含钒焙烧熟料；混合所述含钒焙烧熟料和碳酸钠溶液，并经搅拌浸出和第三固液分离，得到含钒液；本发明专利技术浸出温度低、能耗小，无废水废气产生且钒的浸出率高，适用于工业化生产。适用于工业化生产。适用于工业化生产。

【技术实现步骤摘要】
一种从含钒钢渣提钒同时制备硫酸钙的方法


[0001]本专利技术涉及钒化工冶金
，尤其涉及一种从含钒钢渣提钒同时制备硫酸钙的方法。

技术介绍

[0002]含钒钢渣是冶炼钒钛磁铁矿的副产品，属于工业废渣，其生成途径主要有两种，一是半钢中残存的钒经炼钢后氧化进入渣中，生成V2O5＜1.5％的含钒钢渣；二是未经吹炼钒渣的铁水直接炼钢得到生成含有2％～5％V2O5的含钒钢渣，其中第二种途径是我国含钒钢渣的主要来源之一。含钒钢渣具有如下特点：(1)钒品位低，铁和氧化钙含量高，结晶完善，质地密实，解离度差；(2)成分复杂且波动，主要由硅酸钙、尖晶石、钙钛氧化物、镁
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方铁石、金属铁、自由氧化物等组成；(3)钒含量较低，弥散分布于多种矿相中，赋存状态复杂，提钒难度较大。基于以上特点，利用含钒钢渣进行提钒已成为目前研究的热点及难点之一，迄今未见工业化报道。
[0003]目前，含钒钢渣主流的提钒方式有两种，一是对含钒钢渣进行火法冶炼，生成高品位钒渣，再进一步提取钒；二是含钒钢渣被用作直接提钒的原料，这通常需要经历湿法冶金工艺。
[0004]火法冶炼主要包括钢渣返回法和矿热炉还原冶炼法，前者是在烧结矿中添加含钒钢渣作为熔剂一同进入高炉进行冶炼，钒在铁水中得到富集后再经锤炼得到含钒量为30％～40％的高品位钒渣，该方法虽然可以有效回收含钒钢渣中钙、钒、铁等有价元素，降低烧结与炼铁成本，但当返回次数过多时，会使磷在铁水中富集从而增加转炉脱磷造渣的成本；后者是将含钒钢渣置于矿热炉内进行煅烧，通过控制炉内的还原性气氛，使钒还原富集于铁水内形成高钒生铁。随后通过控制感应炉内的氧化气氛，将高钒生铁中的钒氧化入渣，由此得到高品位钒渣，该方法存在钒、铁回收率不稳定、波动较大等问题。
[0005]传统的湿法提钒多为焙烧(钠化焙烧、钙化焙烧、降钙焙烧、无盐焙烧)
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水浸/酸浸/碳酸化浸出
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沉钒，以及直接酸浸或碱浸的工艺流程。钠化焙烧是通过加入碳酸钠或氯化钠为添加剂，在高温条件下焙烧，将低价钒转化为五价钒酸盐，通过水或碳酸化浸出将可溶性钒酸盐转移至浸出液中。该工艺钒的污染严重，钒转浸率低，不适用于高钙含钒钢渣提钒。钙化焙烧是通过添加石灰等钙化合物做添加剂进行焙烧，生成难溶于水的钒酸钙，焙烧后的熟料用酸浸出。此法对物料有选择性，针对一般原料存在转化率偏低、成本偏高等问题，不适合大量生产。Amiri提出了添加磷酸盐降钙钠化焙烧法。以Na3PO4和Na2CO3为含钒钢渣钠化焙烧的添加剂，在焙烧过程中，CaO与Na3PO4反应生成Ca3(PO4)2，而钒与Na2CO3结合形成水溶性Na3VO4，后续可直接水浸提钒，减少酸耗。但此工艺磷酸盐配比大，成本高，目前只停留于实验室研究阶段，未进行工业化的推广。空白焙烧法在焙烧时不添加任何添加剂，仅在高温下依靠氧气将低价钒直接氧化为V2O5。后续利用硫酸浸出焙砂中的钒。该方法的优点为无添加剂加入，环境污染小，成本可控。但其存在钒浸出率和热利用效率低等问题，同时，钒与钢渣中的CaO结合生成难溶于水的钒酸钙会增加浸出过程的酸耗，增加生产成本。直接
酸浸是指未经焙烧工序，完全湿法提钒，由于含钒钢渣钙、铁含量高，会增加酸耗，同时，此过程需要在强酸条件下进行，导致含钒溶液中杂质较多，给后续处理带来困难。亚熔盐湿法提钒法是利用亚熔盐有效分解固溶钒的物质，将钒以可溶性钒酸盐形式溶出并生成Ca(OH)2沉淀。但该方法存在高碱度条件下低钒浸取液难以分离，处理后残渣中Ca(OH)2、钾/钠盐含量较高，处理困难，成本增加等问题。此外，新兴的绿色分离和资源有效利用新技术，如选择性析出技术、微生物浸出技术、矿浆电解技术应用于含钒固废提钒效果较好，但工艺尚不成熟。
[0006]CN102094123A提出了一种用高浓度的氢氧化钠介质从含钒钢渣中提取钒的方法，该方法反应温度为180～240℃，湿法提钒，过程中无废气、粉尘污染；缺点是碱浓度偏高，碱度为65％～90％，则导致介质循环利用时的蒸发浓缩需要的热量较高，则生产成本较高，且终渣中残余的钒量较高，浸出率不高，终渣中钒含量为0.3％～0.5％。
[0007]CN102071321A中提出了用高碱度的氢氧化钾介质从含钒钢渣中提取钒、铬的方法，此方法不需要高温焙烧，反应温度为到160～240℃，湿法提钒铬，过程中有效杜绝了C12、HCl、SO2、粉尘等大气污染物，并降低了废水产生量和排放量；缺点是KOH介质价格昂贵，而KOH与钢渣的质量比为3:1到5:1、反应碱浓度为60％～90％，则损耗的KOH介质较多，导致生产成本偏高，产品效益降低。
[0008]因此，亟需开发更高效更清洁的提钒工艺。

技术实现思路

[0009]鉴于现有技术中存在的问题，本专利技术提供一种从含钒钢渣提钒同时制备硫酸钙的方法，即为一种预脱钙后含钒钢渣钠化焙烧
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钠盐浸出提钒的方法，实现了从含钒钢渣中高效的提钒，钒的浸出率≥80％，且提钒过程中无废水废气排出，是一种高效、清洁的提钒方法。
[0010]为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0011]本专利技术提供一种从含钒钢渣提钒同时制备硫酸钙的方法，所述方法包括如下步骤：
[0012](1)混合醋酸溶液和含钒钢渣，经浸出反应和第一固液分离，得到含钒固相和含钙液相；
[0013](2)混合硫酸溶液和步骤(1)所述含钙液相，经沉淀反应和第二固液分离，得到硫酸钙产品和沉钙后液，所述沉钙后液循环至步骤(1)中进行浸出反应；
[0014](3)混合碳酸钠和步骤(1)所述含钒固相并经氧化焙烧，得到含钒焙烧熟料；
[0015]混合所述含钒焙烧熟料和碳酸钠溶液，并经搅拌浸出和第三固液分离，得到含钒液；
[0016]步骤(2)和步骤(3)不分先后顺序。
[0017]含钒钢渣提钒难的原因主要体现在两方面：一是含钒钢渣中高CaO不仅会在焙烧过程中生成难溶于水的钒酸钙，大幅降低钒浸出率，还会造成后续浸出过程及直接酸浸工艺的酸耗问题。因此提钒前的预除钙过程十分重要，可有效提高钒提取率的同时降低生产成本。二是含钒钢渣主要成分为硅酸钙、铁酸钙、钙钛氧化物、金属铁及自由氧化物等，其中钒主要以固溶体形式与以硅酸钙为主的复杂矿物及钙钛氧化物共存，所以实现钒提取的关
键是强化分解固溶相。而钠化焙烧可以很好地破坏硅酸钙和铁酸钙等物相，实现钒的高效氧化，并形成可溶于水的钒酸钠，有利于后续浸出。此外，后续浸出过程采用碳酸钠为浸出剂，可以有效将钠化焙烧过程中高价钒和CaO结合生成的难溶于水的钒酸钙转化为更难溶的碳酸钙沉出，而钒与Na
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结合生成可溶性钒酸钠进入浸出液，进一步提高钒的浸出率。该方法与传统含钒钢渣提钒工艺相比，可以充分提高钢渣钒转化率、杂质元素浸出较少、有效规避有害气体及废水排放、实现废液循环利用，降低生产成本，形成一条绿色清洁生产链。
[0018]优选地，步骤(1)中所述醋酸溶液的浓度为5～30％，例如可以是5％、8％、本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种从含钒钢渣提钒同时制备硫酸钙的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：(1)混合醋酸溶液和含钒钢渣，经浸出反应和第一固液分离，得到含钒固相和含钙液相；(2)混合硫酸溶液和步骤(1)所述含钙液相，经沉淀反应和第二固液分离，得到硫酸钙产品和沉钙后液，所述沉钙后液循环至步骤(1)中进行浸出反应；(3)混合碳酸钠和步骤(1)所述含钒固相并经氧化焙烧，得到含钒焙烧熟料；混合所述含钒焙烧熟料和碳酸钠溶液，并经搅拌浸出和第三固液分离，得到含钒液；步骤(2)和步骤(3)不分先后顺序。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中所述醋酸溶液的浓度为5～30％；优选地，所述醋酸溶液与含钒钢渣的液固比为(4～10):1。3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，步骤(1)中所述浸出反应的温度为25～40℃；优选地，所述浸出反应的时间为0.5～2h。4.根据权利要求1～3任一项所述的方法，其特征在于，步骤(1)中所述含钒钢渣中钙以氧化钙计的质量分数为30～50％；优选地，所述含钒钢渣中钒以五氧化二钒计的质量分数为1～5wt％。5.根据权利要求1～4任一项所述的方法，其特征在于，步骤(3)中所述氧化焙烧中碳酸钠的含量为5～20wt％。6.根据权利要求1～5任一项所述的方法，其特征在于，步骤...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜浩，国宇宁，王少娜，刘彪，梁鹏，李昊男，吕页清，
申请(专利权)人：中国科学院过程工程研究所，
类型：发明
国别省市：