一種提取固體中釩和鉻的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及從固體中提取釩和鉻的方法，具體涉及一種從鋼鐵廠釩渣、鋼鐵廠不銹鋼渣和粉塵和含釩石煤中提取釩和鉻的方法，包括以下步驟：將干燥含釩、鉻固體粉、碳酸鈉粉、氫氧化鈉粉混勻，在高溫爐中加熱獲得混合物渣后保溫，將冷卻后的混合物渣轉(zhuǎn)移到燒杯中，向燒杯中加水獲得水和混合物渣，將水和混合物渣過濾，分離固、液，得到含釩和鉻的濾液、脫釩和鉻后的濾渣。比傳統(tǒng)鈉化焙燒釩浸出率80%高出14%。而且本方法在浸出釩的同時(shí)，固體渣中鉻的浸出率在92%以上。
【專利說明】—種提取固體中釩和鉻的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及從固體中提取釩和鉻的方法，具體涉及一種從鋼鐵廠釩渣、鋼鐵廠不銹鋼渣和粉塵和含釩石煤中提取釩和鉻的方法。

【背景技術(shù)】
[0002]目前發(fā)現(xiàn)的含釩礦物有70多種，其中以釩鈦磁鐵礦最為典型，88%的釩來自釩鈦磁鐵礦。從釩鈦磁鐵礦回收釩的工藝是將釩鈦磁鐵礦在高爐或電爐冶煉成含釩鐵水，在第一個(gè)轉(zhuǎn)爐內(nèi)往含釩鐵水中加入氧化劑、冷卻劑，然后往轉(zhuǎn)爐內(nèi)吹氧氣，鐵水中釩氧化后進(jìn)入鋼渣中得到富含釩的釩渣，同時(shí)鐵水轉(zhuǎn)化成碳素半鋼水；然后將碳素半鋼水倒入第二個(gè)轉(zhuǎn)爐內(nèi)繼續(xù)脫碳，生產(chǎn)出半鋼。釩渣中V2O5含量約12-16wt.%，Cr 203含量約l_5wt.%。
[0003]釩渣主要物相有:尖晶石相(釩鐵尖晶石和錳鐵尖晶石)、硅酸鹽相(鐵橄欖石和輝石)和金屬鐵相。釩主要以三價(jià)形式存在于釩鐵尖晶石(FeV2O4)中。鉻也主要以三價(jià)形式存在于鎂鉻尖晶石(MgCr2O4)中。一般來說,只有五價(jià)釩酸鹽和六價(jià)鉻易溶于水,釩鐵尖晶石中三價(jià)釩必須氧化成五價(jià)釩才能被提取，鎂鉻尖晶石中三價(jià)鉻必須氧化成六價(jià)鉻才能被提取。裸露的釩鐵尖晶石中三價(jià)釩比較容易被氧化，而釩渣中釩鐵尖晶石被硅酸鹽相所包裹，只有破壞了外層硅酸鹽相，釩鐵尖晶石中釩才得以氧化。外層硅酸鹽相熔點(diǎn)較高，如鎂鐵輝石在1000°C以上才發(fā)生分解，這阻礙了釩的氧化。此外，釩渣中鈣和鎂也會(huì)阻礙硅酸鹽相的分解。
[0004]目前工業(yè)上從釩渣提釩主要有鈉化焙燒-水浸提釩和鈣化焙燒-酸浸提釩兩類方法。鈉化焙燒-水浸提釩是將釩渣粉與碳酸鈉(Na2CO3)粉(有時(shí)還加氯化鈉(NaCl)和硫酸鈉(Na2SO4))混合物在780-800°C于回轉(zhuǎn)窯或豎爐內(nèi)焙燒4小時(shí)左右，然后將焙燒后產(chǎn)物用在95°C熱水浸取半小時(shí)，使釩由固體尖晶石相轉(zhuǎn)移到水溶液中。鈣化焙燒-酸浸提釩是將釩渣粉與碳酸鈣(CaCO3)或氧化鈣(CaO)粉混合物在825°C于回轉(zhuǎn)窯或豎爐內(nèi)焙燒4小時(shí)左右，然后將焙燒后產(chǎn)物用2M硫酸在95°C浸取半小時(shí)，使釩由固體尖晶石相轉(zhuǎn)移到酸溶液中。將上述兩種方法中轉(zhuǎn)移到提取溶液中釩(或鉻)的質(zhì)量除以原始釩渣中釩(或鉻)的質(zhì)量所得百分?jǐn)?shù)定義為釩(或鉻)的提取率。那么工業(yè)上鈉化焙燒-水浸提釩方法釩的浸出率一般為80%。工業(yè)上鈣化焙燒-酸浸提釩過程釩的浸出率一般為70%。鈉化焙燒-水浸提釩方法存在主要問題如下:(I)釩的提取率不高；(2)由于該工藝采用NaCl，他2504等鈉鹽作為添加劑，焙燒過程中會(huì)排放大量Cl2，HC1，SO2等有害氣體，嚴(yán)重污染環(huán)境；(3)釩渣中鉻幾乎沒有被提取，使得提釩后渣存在環(huán)保問題。鈣化焙燒-酸浸提釩方法沒有用到他(:1，似2504等鈉鹽，此法廢氣中不含HC1，Cl2等有害氣體，焙燒后的浸出渣不含鈉鹽，富含鈣，有利于綜合利用，如用于建材等。但該法也存在如下問題:(I)釩的提取率不高；(2)浸出釩消耗大量硫酸，原料成本較高；(3)用95°C高濃度硫酸溶液浸釩，設(shè)備腐蝕和維護(hù)費(fèi)用較高。(4)釩渣中鉻幾乎沒有被提取，使得提釩后渣存在環(huán)保問題。我國對(duì)環(huán)保渣的要求是渣中鉻含量應(yīng)低于0.05wt.%，而經(jīng)上述兩種方法處理后的渣中鉻含量在Iwt.%以上，遠(yuǎn)不能滿足環(huán)保要求，這給企業(yè)帶來巨大環(huán)保壓力。
[0005]目前鋼鐵廠不銹鋼渣鉻和粉塵中元素鉻含量一般為2wt.%以上，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于國家環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)(0.05wt.% )。目前還沒有一種經(jīng)濟(jì)、環(huán)保的方法來處理它們。處理這種含鉻渣和塵已成了迫在眉睫難題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明提出了一種從固體中提取釩和鉻的方法，具體而言，其應(yīng)用于提取鋼鐵廠釩渣、不銹鋼渣和粉塵、含釩石煤中的釩和鉻，其包括以下步驟:
[0007]I)將干燥的鋼鐵廠釩渣固體粉、不銹鋼渣和粉塵或含釩石煤固體粉與碳酸鈉粉、氫氧化鈉粉混均獲得混合物，將混合物放入一個(gè)氧化鋁舟中，將氧化鋁舟放入已預(yù)熱的具有微敞口的高溫爐中，在高溫爐中加熱獲得混合物渣后保溫，保溫后將氧化鋁舟從高溫爐中取出，在空氣中自然冷卻；
[0008]2)將步驟I)中的氧化鋁舟中的混合物渣轉(zhuǎn)移到燒杯中，在其中加入溶液，溶液和混合物渣的體積/重量比為3以上，將混合物溶液加熱到50-300°C，并保持5-300分鐘；
[0009]3)將步驟2)獲得的混合物溶液過濾，分離固、液，得到含釩、鉻或釩和鉻混合的濾液和脫釩、鉻或釩和鉻混合后的濾渣。
[0010]進(jìn)一步地，其中步驟I)中干燥的鋼鐵廠釩渣固體粉、不銹鋼渣和粉塵或含釩石煤固體粉粒度在48-120微米。
[0011]進(jìn)一步地，其中步驟I)中干燥的鋼鐵廠釩渣固體粉、不銹鋼渣和粉塵或含釩石煤固體粉:碳酸鈉:氫氧化鈉重量比為100:15-35:15-35。
[0012]進(jìn)一步地，其中步驟I)中爐溫度為500_850°C。
[0013]進(jìn)一步地，步驟I)中所述高溫爐中通入含氧氣體，以提高爐中氧氣分壓。
[0014]進(jìn)一步地，其中步驟I)中混合物在爐中設(shè)定溫度保溫時(shí)間為50-480分鐘。
[0015]進(jìn)一步地，其中步驟2)中溶液為水或礦物酸溶液。
[0016]進(jìn)一步地，所述礦物酸為硫酸或鹽酸。
[0017]進(jìn)一步地，其中步驟2)中的溶液溫度為> 90°C。
[0018]本方法釩浸出率在94%以上，比傳統(tǒng)鈉化焙燒釩浸出率80%高出14%，比傳統(tǒng)鈣化焙燒釩浸出率70%高出24%。而且本方法在浸出釩的同時(shí)，釩渣中鉻的浸出率在92%以上；本方法優(yōu)化焙燒時(shí)間為50分鐘，比傳統(tǒng)鈉化和鈣化焙燒時(shí)間4小時(shí)低了 3個(gè)小時(shí)，大大節(jié)省了能量；本方法焙燒后的渣和同樣條件(溫度、時(shí)間)下用傳統(tǒng)Na2CO3焙燒后的渣相t匕，渣更加疏松，沒有發(fā)生粘接氧化鋁舟的現(xiàn)象；和傳統(tǒng)鈉化焙燒相比，本方法廢氣中不含HC1，Cl2等有害氣體。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1為釩鐵尖晶石(FeV2O4)在NaOH或Na2CO3中鈉化焙燒反應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)Gibbs自由能(AG0 )隨溫度的變化；
[0020]圖2為鎂鉻尖晶石(MgCr2O4)在NaOH或Na2CO3中鈉化焙燒反應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)Gibbs自由能(AG0 )隨溫度的變化。

【具體實(shí)施方式】
[0021]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)描述。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用于解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0022]相反，本發(fā)明涵蓋任何由權(quán)利要求定義的在本發(fā)明的精髓和范圍上做的替代、修改、等效方法以及方案。進(jìn)一步，為了使公眾對(duì)本發(fā)明有更好的了解，在下文對(duì)本發(fā)明的細(xì)節(jié)描述中，詳盡描述了一些特定的細(xì)節(jié)部分。對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員來說沒有這些細(xì)節(jié)部分的描述也可以完全理解本發(fā)明。
[0023]本部分將詳細(xì)地闡明本發(fā)明的方法，其中以鋼鐵廠釩渣和鋼鐵廠不銹鋼渣為例，然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明的方法并不僅限于鋼鐵廠釩渣，也可用于提取鋼鐵廠不銹鋼粉塵中鉻以及其它冶金渣中鉻，也可用于提取其它含釩原料如含釩石煤中釩，也可用于提取各種原料(如各種礦石和冶金渣)中鑰、鎢、銻等有色金屬。另外，本方法所用氫氧化鈉或碳酸鈉可以是純的化工產(chǎn)品，也可以是含氫氧化鈉或碳酸鈉的不純物質(zhì)，如各種工業(yè)廢物。
[0024]實(shí)施例1
[0025]將100克國內(nèi)某鋼鐵廠干燥釩渣粉(粒度為48-120微米，V2O5和Cr 203含量分別為12.2wt.%和4.5wt.% )與25克氫氧化鈉粉和25克碳酸鈉粉機(jī)械混勻，放入一高鋁舟中。將此舟置于已預(yù)熱至740°C馬弗爐中，馬弗爐爐們微開。在此溫度保溫2小時(shí)后將舟取出，放在空氣中自然冷卻。結(jié)果發(fā)現(xiàn)舟中焙燒后的渣是疏松的，沒有發(fā)生任何粘結(jié)高鋁舟的現(xiàn)象。將高鋁舟中渣取出，轉(zhuǎn)移放入一玻璃燒杯中，往杯中加入I升去離子水，加熱水溶液到95°C，并保溫10分鐘，冷卻后過濾，得到濾渣I和濾液I。濾渣I在105°C干燥8小時(shí)后稱重，重量約為100克。結(jié)果表明，釩的提取率為94%，鉻的提取率為92%。渣中鉻含量為3617ppm。根據(jù)下式計(jì)算釩(或鉻)的提取率:釩的提取率=(濾液I中釩的質(zhì)量/100克釩渣粉中釩的質(zhì)量)X 100.鉻的提取率也用類似公式計(jì)算。
[0026]實(shí)施例2
[0027]本實(shí)施例與上述實(shí)施例不同之處在于，將上述實(shí)施例1中渣I粉重新加入25克氫氧化鈉粉和25克碳酸鈉粉混勻后，重復(fù)實(shí)施例1進(jìn)行焙燒、浸取等提釩和提鉻程序。結(jié)果表明第二次處理的渣中鉻的含量為169ppm，渣中鉻含量已低于國家標(biāo)準(zhǔn)。
[0028]實(shí)施例3
[0029]將100克國內(nèi)某鋼鐵廠干燥釩渣粉(粒度為48-120微米，V2O5和Cr 203含量分別為12.2wt.%和4.5wt.% )與25克氫氧化鈉粉和25克碳酸鈉粉機(jī)械混勻，放入一高鋁舟中。將此舟置于已預(yù)熱至760°C馬弗爐中，馬弗爐爐門微開。在此溫度保溫1.5小時(shí)后將舟取出，放在空氣中自然冷卻。結(jié)果發(fā)現(xiàn)舟中焙燒后的渣是疏松的，沒有發(fā)生任何粘結(jié)高鋁舟的現(xiàn)象。將高鋁舟中渣取出，轉(zhuǎn)移放入一玻璃燒杯中，往杯中加入I升去離子水，加熱水溶液到95°C，并保溫10分鐘，冷卻后過濾，得到濾渣I和濾液I。濾渣I在105°C干燥8小時(shí)后稱重，重量約為100克。結(jié)果表明，釩的提取率為95%，鉻的提取率為94%。
[0030]實(shí)施例4
[0031]將100克國內(nèi)某鋼鐵廠干燥不銹鋼渣粉(粒度為48-120微米，鉻(Cr)含量為2.6wt.% )與25克氫氧化鈉粉和25克碳酸鈉粉機(jī)械混勻，放入一高鋁舟中。將此舟置于已預(yù)熱至650°C馬弗爐中，馬弗爐爐們微開。在此溫度保溫2小時(shí)后將舟取出，放在空氣中自然冷卻。結(jié)果發(fā)現(xiàn)舟中焙燒后的渣是疏松的，沒有發(fā)生任何粘結(jié)高鋁舟的現(xiàn)象。將高鋁舟中渣取出，轉(zhuǎn)移放入一玻璃燒杯中，往杯中加入I升去離子水，加熱水溶液到95°c，并保溫10分鐘,冷卻后過濾,得到濾洛I和濾液I。濾洛I在105°C干燥8小時(shí)后稱重,重量約為115克。結(jié)果表明，鉻的提取率為94%。
[0032]本發(fā)明特點(diǎn)如下:(I)本方法用氫氧化鈉(NaOH)和碳酸鈉(Na2CO3)混合物粉，而且所用NaOH質(zhì)量在NaOH和Na2CCV混合物中不少于31wt.%。這和傳統(tǒng)鈉化焙燒用Na2C03+NaCl+Na2S04和傳統(tǒng)鈣化焙燒用CaCO 3或CaO粉明顯不同；(2)本方法反應(yīng)溫度在500-850°C,比傳統(tǒng)鈉化焙燒溫度780-800°C可低0_300°C，比傳統(tǒng)鈣化焙燒溫度825°C低25-3250C ；(3)本方法釩浸出率在94%以上，比傳統(tǒng)鈉化焙燒釩浸出率80%高出14%，t匕傳統(tǒng)鈣化焙燒釩浸出率70%高出24%。而且本方法在浸出釩的同時(shí)，釩渣中鉻的浸出率在92%以上；(4)本方法優(yōu)化焙燒時(shí)間為50分鐘，比傳統(tǒng)鈉化和鈣化焙燒時(shí)間4小時(shí)低了 3個(gè)小時(shí)，大大節(jié)省了能量；(5)本方法焙燒后的渣和同樣條件(溫度、時(shí)間)下用傳統(tǒng)Na2CO3焙燒后的渣相比，渣更加疏松，沒有發(fā)生粘接氧化鋁舟的現(xiàn)象；(6)和傳統(tǒng)鈉化焙燒相比，本方法廢氣中不含HC1，Cl2等有害氣體。
[0033]本方法之所以有這樣的優(yōu)點(diǎn)，可能歸結(jié)于以下兩個(gè)方面:
[0034](I)熱力學(xué)計(jì)算(圖1和2)表明在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，小于900°C，鈉化焙燒用NaOH代替Na2CO3氧化提釩和鉻，釩和鉻的浸出率更高。所以本方法用Na0H+Na2C03R替?zhèn)鹘y(tǒng)Na2CO3,導(dǎo)致釩和鉻的浸出率大大提高。人們一般認(rèn)為NaOH加入會(huì)使渣變粘，可是在本方法過程中加入的NaOH全部和渣反應(yīng)完，并沒導(dǎo)致渣變粘；相反地使渣變得疏松，氧氣更容易穿透渣和其中低價(jià)釩和鉻反應(yīng)。
[0035](2)加入的NaOH破壞了包裹含釩和鉻的尖晶石的硅酸鹽熔化玻璃體，形成了疏松物質(zhì)，有利于氧的傳質(zhì)、擴(kuò)散和低價(jià)釩和鉻的氧化。
【權(quán)利要求】
1.一種提取固體中釩和鉻的方法，其應(yīng)用于提取鋼鐵廠釩渣、不銹鋼渣和粉塵、含釩石煤中的釩和鉻，其包括以下步驟: 將干燥的鋼鐵廠釩渣固體粉、不銹鋼渣和粉塵或含釩石煤固體粉與碳酸鈉粉、氫氧化鈉粉混均獲得混合物，將混合物放入一個(gè)氧化鋁舟中，將氧化鋁舟放入已預(yù)熱的具有微敞口的高溫爐中，在高溫爐中加熱獲得混合物渣后保溫，保溫后將氧化鋁舟從高溫爐中取出，在空氣中自然冷卻； 將步驟I)中的氧化鋁舟中焙燒后的混合物渣轉(zhuǎn)移到燒杯中，在其中加入溶液，溶液和混合物渣的體積/重量比為3以上，將混合物溶液加熱到50-300°C，并保持5-300分鐘； 將步驟2)獲得的混合物溶液過濾，分離固、液，得到含釩、鉻或釩和鉻混合的濾液和脫釩、鉻或釩和鉻混合后的濾渣。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，其中步驟I)中干燥的鋼鐵廠釩渣固體粉、不銹鋼渣和粉塵或含釩石煤固體粉粒度在48-120微米。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，其中步驟I)中干燥的鋼鐵廠釩渣固體粉、不銹鋼渣和粉塵或含釩石煤固體粉:碳酸鈉:氫氧化鈉重量比為100:15-35:15-35。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，其中步驟I)中爐溫度為500-850°C。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟I)中所述高溫爐中通入含氧氣體，以提高爐中氧氣分壓。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，其中步驟I)中混合物在爐中設(shè)定溫度保溫時(shí)間為50-480分鐘。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，其中步驟2)中溶液為水或礦物酸溶液。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述礦物酸為硫酸或鹽酸。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，其中步驟2)中的溶液溫度為>90°C。
【文檔編號(hào)】C22B34/22GK104480313SQ201410730373
【公開日】2015年4月1日 申請(qǐng)日期:2014年12月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月4日
【發(fā)明者】沈少波, 劉建華, 劉仕元, 季益龍 申請(qǐng)人:北京科技大學(xué)