一种从除硅渣中回收钒的方法

摘要

本发明提供了一种从除硅渣中回收钒的方法。所述方法包括以下步骤：将除硅渣与助溶剂混匀，并将混合物在1200℃以上的高温条件下进行有氧焙烧，得到含钒熟料，其中，按照重量百分比计，所述除硅渣包括Al2O3：15～30%、SiO2：15～40%、TV：5～25%，所述助溶剂为可溶性的钠盐并且控制所述助溶剂中钠离子与除硅渣中钒元素的摩尔比为1～10；将所述含钒熟料破碎后置于水中进行浸出，过滤得到含钒溶液；调节含钒溶液的pH，然后加入可溶性铵盐进行沉钒，得到钒酸铵；煅烧分解钒酸铵，得到五氧化二钒。本发明实现了从直接从高铝、高硅的除硅渣中回收钒，并且获得五氧化二钒含量达到99%以上的高纯度五氧化二钒，具有工艺简单易用、设备要求低、操作方便、适应性广、成本低等优点。

权利要求

1.一种从除硅渣中回收钒的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：将除硅渣与助溶剂混匀，并将混合物在1250～1500℃的高温条件下进行有氧焙烧，得到含钒熟料，其中，按照重量百分比计，所述除硅渣包括Al2O3：15～30％、SiO2：15～40％、TV：5～25％，所述助溶剂为可溶性的钠盐并且控制所述助溶剂中钠离子与除硅渣中钒元素的摩尔比为1～10；

将所述含钒熟料破碎后置于水中进行浸出，过滤得到含钒溶液；

调节含钒溶液的pH，然后加入可溶性铵盐进行沉钒，得到钒酸铵；

煅烧分解钒酸铵，得到五氧化二钒。

2.根据权利要求1所述的从除硅渣中回收钒的方法，其特征在于，所述浸出步骤包括将破碎后的含钒熟料放入温度为50～100℃的水中浸出，液固比控制为1～5。

3.根据权利要求1所述的从除硅渣中回收钒的方法，其特征在于，所述可溶性钠盐为碳酸钠、碳酸氢钠、硫酸钠、氯化钠、硝酸钠中的至少一种。

4.根据权利要求1所述的从除硅渣中回收钒的方法，其特征在于，所述破碎后的含钒熟料的粒度小于120目。

5.根据权利要求1所述的从除硅渣中回收钒的方法，其特征在于，所述除硅渣的粒度在200目以下。

6.根据权利要求1所述的从除硅渣中回收钒的方法，其特征在于，所述调节含钒溶液pH的步骤通过向含钒溶液中加入硫酸、硝酸、盐酸中的一种来实现。

7.根据权利要求1所述的从除硅渣中回收钒的方法，其特征在于，所述沉钒步骤通过调节所述含钒溶液至碱性后加入可溶性铵盐沉淀得到偏钒酸铵，或者通过调节所述含钒溶液的pH为1.9～2.5后加入可溶性铵盐沉淀得到多钒酸铵。

8.根据权利要求1所述的从除硅渣中回收钒的方法，其特征在于，所述煅烧分解的步骤中煅烧温度为450～600℃，煅烧时间为1～5小时。

9.根据权利要求1所述的从除硅渣中回收钒的方法，其特征在于，将所述助溶剂中钠离子与除硅渣中钒元素的摩尔比控制为2～4。

说明书

一种从除硅渣中回收钒的方法

技术领域

[0001] 本发明涉及渣中钒元素的回收利用技术领域，更具体地讲，涉及一种利用高温焙烧的方式从含铝的除硅渣中回收钒的方法。

背景技术

[0002] 钒是“现代工业味精”，是发展现代工业、现代国防和现代科学技术不可缺少的重要材料。当前钒主要用于钢铁行业。钒在炼钢过程中能与碳、氮形成化合物，起到阻止晶粒生长、细化晶粒的目的，从而增强钢材的强度、可淬性、可焊性和抗磨性。因此，世界钒消费的85%用于制造高强低合金钢以及工具和冲模钢，其它部分用于航天工业中生产钒一铝合金和应用于化学工业中。

[0003] 在生产低硅氧化钒的过程中，要除去钒液中的硅、磷等杂质，通常去除钒液中硅、磷等杂志元素的方法是在除杂的过程中加入铝盐，部分钒就会流入渣相，形成含铝的除硅渣。目前尚未出现能够有效地直接回收渣相中钒的方法。

发明内容

[0004] 针对现有技术中存在的不足，本发明的目的之一在于解决上述现有技术中存在的一个或多个问题。例如，本发明的目的之一在于提供一种简单、钒的回收率高的回收除硅渣中钒的方法。

[0005] 为了实现上述目的，本发明提供了一种从除硅渣中回收钒的方法。所述方法包括以下步骤：将除硅渣与助溶剂混匀，并将混合物在1200℃以上的高温条件下进行有氧焙烧，得到含钒熟料，其中，按照重量百分比计，所述除硅渣包括Al2O3：15～30%、SiO2：15～40%、TV：5～25%，所述助溶剂为可溶性的钠盐并且控制所述助溶剂中钠离子与除硅渣中钒元素的摩尔比为1～10；将所述含钒熟料破碎后置于水中进行浸出，过滤得到含钒溶液；调节含钒溶液的pH，然后加入可溶性铵盐进行沉钒，得到钒酸铵；煅烧分解钒酸铵，得到五氧化二钒。

[0006] 与现有技术相比，本发明能够直接从高铝、高硅的除硅渣中回收钒，制得的五氧化二钒中V2O5＞99%、Cr＜0.1%、Si＜0.1%、Fe＜0.01%，具有工艺简单易用、设备要求低、操作方便等优点。

附图说明

[0007] 图1示出了根据本发明一个示例性实施例的从除硅渣中回收钒的方法的工艺流程图。

具体实施方式

[0008] 在下文中，将结合附图和示例性实施例详细地描述根据本发明的从除硅渣中回收钒的方法。

[0009] 根据本发明的从除硅渣中回收钒的方法包括以下步骤：所述方法包括以下步骤：将除硅渣与助溶剂混匀，并将混合物在1200℃以上的高温条件下进行有氧焙烧，得到含钒熟料，其中，按照重量百分比计，所述除硅渣包括Al2O3：15～30%、SiO2：15～40%、TV：5～
25%，所述助溶剂为可溶性的钠盐并且控制所述助溶剂中钠离子与除硅渣中钒元素的摩尔比为1～10；将所述含钒熟料破碎后置于水中进行浸出，过滤得到含钒溶液；调节含钒溶液的pH，然后加入可溶性铵盐进行沉钒，得到钒酸铵；煅烧分解钒酸铵，得到五氧化二钒。

[0010] 在除硅渣中加入可溶性的钠盐作为助溶剂，并控制所述助溶剂中钠离子与除硅渣中钒元素的摩尔比为1～10，使除硅渣中的钒转化为可溶性钒，氧化铝和二氧化硅转换为硅酸根离子、铝酸根离子。

[0011] 本发明所针对的除硅渣中硅、铝含量均比较高，对钒的吸附性很高，钒离子不容易从渣中直接浸出，而在现有的钠化焙烧钒渣工艺中，焙烧温度相对较低（通常为780～800℃），而在此温度范围内，硅酸根离子、铝酸根离子的形态没有发生改变，这些杂质离子的吸附性能比较强，这使得钒酸根离子从含铝除硅渣中迁移出的能力仍然比较弱，在进行固液分离时，即使有少量的钒离子从含铝除硅渣中浸出，也使得钒液与残渣很难进行分离。
具体地，低温焙烧时发生的化学反应包括：

[0012] Al2O3·xH2O→xH2O+γAl2O3 ⑴

[0013] 其中，γAl2O3具有很强的吸附能力。

[0014] 而本发明采用了高温（1200℃以上）来焙烧含铝除硅渣，硅酸根离子、铝酸根离子的形态已经发生改变，几乎不从含铝除硅渣中浸出，也不影响固液分离的效果。具体地，发生的化学反应包括：

[0015]

[0016]

[0017] αAl2O3具有耐高温的惰性，是原子晶体，难溶于酸或碱，易于与钒酸钠分离。

[0018] 在本发明的从除硅渣中回收钒的方法的一个示例性实施例中，所述浸出步骤包括将破碎后的含钒熟料放入温度为50～100度的水中浸出，液固比控制为1～5。其中，较佳液固比为2～4，优先选择为2；较佳水温为700～100度，优选为90度。

[0019] 在本发明的从除硅渣中回收钒的方法的一个示例性实施例中，所述可溶性的钠盐可以碳酸钠、碳酸氢钠、硫酸钠、氯化钠、硝酸钠中的一种或多种。

[0020] 在本发明的从除硅渣中回收钒的方法的一个示例性实施例中，优选地，所述助溶剂中钠离子与除硅渣中钒元素的摩尔比控制为2～4，最佳摩尔比为2。

[0021] 在本发明的从除硅渣中回收钒的方法的一个示例性实施例中，所述有氧焙烧步骤中焙烧温度为1200℃～1500℃。优选为1200℃～1400℃。

[0022] 在本发明的从除硅渣中回收钒的方法的一个示例性实施例中，所述破碎后的含钒熟料的粒度小于120目。

[0023] 在本发明的从除硅渣中回收钒的方法的一个示例性实施例中，所述方法还包括对除硅渣进行预处理（例如，磨细），以得到粒度在200目以下的除硅渣，以使除硅渣与助溶剂混匀后，提高除硅渣的焙烧均匀性。

[0024] 在本发明的从除硅渣中回收钒的方法的一个示例性实施例中，所述沉钒步骤中的可溶性铵盐可以为硫酸铵、氯化铵、硝酸铵、碳酸铵或碳酸氢铵。

[0025] 在本发明的从除硅渣中回收钒的方法的一个示例性实施例中，所述调节含钒溶液pH的步骤通过向含钒溶液中加入硫酸、硝酸、盐酸中的一种来实现。

[0026] 在本发明的从除硅渣中回收钒的方法的一个示例性实施例中，所述沉钒步骤通过调节所述含钒溶液至碱性后加入可溶性铵盐沉淀得到偏钒酸铵，或者通过调节所述含钒溶液的pH为1.9～2.5后加入可溶性铵盐沉淀得到多钒酸铵。

[0027] 在本发明的从除硅渣中回收钒的方法的一个示例性实施例中，所述煅烧分解的步骤中煅烧温度为450～600℃，较佳温度为500～550度，煅烧时间为1～5小时，较佳煅烧时间为2～4小时，优选为3个小时。

[0028] 图1示出了根据本发明一个示例性实施例的从除硅渣中回收钒的方法的工艺流程图。

[0029] 如图1所示，在本发明的一个示例性实施例中，从除硅渣中回收钒的方法通过以下方式来实现：

[0030] a、除硅渣磨细后，取200目以下的除硅渣与助熔剂混合均匀，其中，按照重量百分比计，该除硅渣包括Al2O3：15～30%、SiO2：15～40%、TV：5～25%、Fe：1～5%、P：0.001～0.06%、以及少量杂质，助溶剂为可溶性的钠盐并且控制所述助溶剂中钠离子与除硅渣中钒元素的摩尔比为1～10。

[0031] b、将混合物料放入到马弗炉中在1200℃的温度条件下进行有氧焙烧，得到可溶性含钒熟料；

[0032] c、将可溶性含钒熟料破碎到小于120目的粒度后置于水中浸出，过滤得到含钒溶液（或称为钒液、浸出液）；

[0033] d、用酸调节步骤c所得的含钒溶液的pH值，加入可溶性铵盐，过滤得到钒酸铵；

[0034] e、煅烧分解钒酸铵，得到五氧化二钒。

[0035] 其中，在步骤a中，助溶剂可以为碳酸钠、碳酸氢钠、硫酸钠、氯化钠、硝酸钠中的至少一种。

[0036] 在步骤b中，焙烧时间为2～5h，较佳焙烧时间为3h。

[0037] 在步骤c中，浸出的时间可以为1～4h，较佳浸出时间为2h。

[0038] 在步骤d中，沉淀多钒酸铵的pH值为1.9～2.5；沉淀偏钒酸铵的pH值为7.0～9.0。另外，当加入的沉钒剂为硫酸铵时，较佳硫酸铵加量稍大于与钒反应的理论加量，较佳pH值为8～11。

[0039] 采用本示例性实施例的从除硅渣中回收钒的方法制得的五氧化二钒的成分按重量百分比计包括：V2O5＞99%、Cr＜0.1%、Si＜0.1%、Fe＜0.01%。

[0040] 为了更好地理解本发明的上述示例性实施例，下面结合具体示例对其进行进一步说明。其中，表1示出了示例1～3中的除硅渣的主要成分组成。

[0041] 表1示例1～3中的除硅渣的主要成分（wt%）

[0042]

[0043] 示例1

[0044] 取100g200目以下的除硅渣与31.7g无水碳酸钠混合均匀，放入到马弗炉中进行有氧焙烧，焙烧温度控制在1250℃，焙烧时间为3.5h；熟料冷却并破碎至120目以下后置于90℃的恒温水浴锅中进行浸出，液固比为2，浸出时间为2h，过滤得到200mL浸出液，浸出液中钒的浓度为51g/L；用硫酸调节浸出液的pH值到2.0，加入19.8g硫酸铵，过滤沉降制得
20g多钒酸铵，烘干后，在550℃马弗炉中焙烧3小时，得到16g五氧化二钒，纯度在98%，其中Si、Al、Fe的含量分别为0.2%、0.35%、0.02%。

[0045] 示例2

[0046] 取100g200目以下的除硅渣与31.7g无水碳酸钠混合均匀，放入到马弗炉中进行有氧焙烧，被烧温度控制在1200℃，焙烧时间为4h；熟料冷却并破碎至120目以下后置于90℃的恒温水浴锅中进行浸出，液固比为2，浸出时间为2h，过滤得到200mL浸出液，浸出液中钒的浓度为74.8g/L；用硫酸调节浸出液的pH值到2.0，加入29g硫酸铵，过滤沉降制得28.9g多钒酸铵，烘干后，在550℃马弗炉中焙烧3小时，得到25.3g五氧化二钒，纯度在
99%，其中Si、Al、Fe的含量分别为0.05%、0.05%、0.01%。

[0047] 示例3

[0048] 取100g200目以下以下的除硅渣与31.7g无水碳酸钠混合均匀，放入到马弗炉中进行有氧焙烧，被烧温度控制在1400℃，焙烧时间为2h；熟料冷却并破碎至120目以下后置于90℃的恒温水浴锅中进行浸出，液固比为2，浸出时间为2h，过滤得到200mL浸出液，浸出液中钒的浓度为60g/L；用硫酸调节浸出液的pH值到2.0，加入14g硫酸铵，过滤沉降制得23.4g多钒酸铵，烘干后，在550℃马弗炉中焙烧3小时，得到20.5g五氧化二钒，纯度在99%，其中Si、Al、Fe的含量分别为0.1%、0.05%、0.01%。

[0049] 示例4

[0050] 取100g200目以下的除硅渣与43.8g无水硫酸钠混合均匀，放入到马弗炉中进行有氧焙烧，被烧温度控制在1200℃，焙烧时间为4h；熟料冷却并破碎至120目以下后置于90℃的恒温水浴锅中进行浸出，液固比为2，浸出时间为2h，过滤得到200mL浸出液，浸出液中钒的浓度为72.8g/L；用硫酸调节浸出液的pH值到2.0，加入26.5g硫酸铵，过滤沉降制得26.5g多钒酸铵，烘干后，在550℃马弗炉中焙烧3小时，得到22.8g五氧化二钒，其纯度在99%，其中Si、Al、Fe的含量分别为0.1%、0.05%、0.01%。

[0051] 综上所述，本发明通过控制焙烧温度改变硅酸根离子、铝酸根离子的形态，使其转化为低吸附能力、易于与钒酸钠分离的形态，然后进行浸出、沉钒等操作，实现从除硅渣中的回收钒，并且可以获得纯度为V2O5＞99%，而杂质元素Cr＜0.1%、Si＜0.1%、Fe＜0.01%的五氧化二钒。此外，本发明工艺简单易用、设备要求低、操作方便、适应性广、成本低等优势，具有很好的社会效益和经济效益。

[0052] 尽管上面已经通过结合示例性实施例描述了本发明，但是本领域技术人员应该清楚，在不脱离权利要求所限定的精神和范围的情况下，可对本发明的示例性实施例进行各种修改和改变。