一種黑色酸浸釩液沉釩的方法
【專利摘要】本發明公開了一種黑色酸浸釩液沉釩的方法，所述方法包括按順序進行的如下步驟：（1）向黑色酸浸釩液中加入氧化劑溶液，攪拌并沉淀，反應溫度為10～40℃，反應時間為5～10min；（2）過濾沉淀，獲得濾液；（3）向所述濾液中加入硫酸銨，攪拌獲得釩液；（4）用硫酸調節所述釩液的pH值至1.8～2.4，并將所述釩液加熱至90℃以上，攪拌并沉淀，獲得多釩酸銨混合液；（5）將所述多釩酸銨混合液過濾，得到多釩酸銨沉淀，洗滌、烘干和煅燒所述多釩酸銨沉淀，獲得五氧化二釩。本方法能夠顯著提高沉釩率，降低釩損，有效去除釩液中的鐵離子，提高產品品位，降低生產成本，特別適合新釩廠在生產初期應用。
【專利說明】一種黑色酸浸釩液沉釩的方法【技術領域】
[0001]本發明涉及氧化釩的提取領域，尤其涉及釩渣鈣化焙燒熟料的酸浸釩液的沉釩方法。
【背景技術】
[0002]“轉爐釩渣一鈣化焙燒一硫酸浸出一酸性沉釩”是一種新型氧化釩提取工藝，該工藝具有兼顧產品質量達標、廢水廢渣排放友好、低成本、經濟循環利用等優點，是制取氧化釩工藝的可持續發展方向。
[0003]該工藝中破碎后的I凡洛一般要進行磁選，其目的在于使磁性物含量基本控制在3%以內，再經過與石灰石混合后，進入回轉窯氧化鈣化焙燒。將獲得的熟料在PH值為2.5~
3.5的范圍內進行硫酸酸浸，酸浸釩液可以直接進行沉釩，其沉釩率高，產品質量也能夠達到行業標準。
[0004]但是，在新廠的生產初期或磁選系統和焙燒異常的情況下，磁性物(主要是金屬鐵)經硫酸浸出后，進入浸出液中，并還原浸出液中的五價釩為四價釩，四價釩的藍色和五價釩的黃色疊加在一起，使溶液呈黑綠色。這種溶液若按正常條件進行沉釩，其沉釩率較低，并且由于溶液中的大量鐵離子進入產品中，降低了產品品位，影響了產品銷售，增加了生產成本。
[0005]文獻《V205生產中浸出釩液變黑問題探討》報道了導致釩渣鈉焙燒水浸液變黑的原因——原料中金屬鐵的含量過高(>20%)，嚴重影響了整體釩收率。其解決方法是提高溶液PH值或降低原料中金屬鐵含量，但未提出提高此種黑色浸出液沉釩率的方法。同時，由于鈣化焙燒工藝與鈉化焙燒 工藝在本質上就有區別，因此其解決方法也不盡相同。
[0006]中國專利CN101412539B公開了一種“鈣化焙燒一酸浸一銨鹽沉釩”的提釩新工藝，將提釩廢水用石灰乳中和處理后返回系統循環利用，實現了廢水零排放且經濟循環利用的目標。
[0007]中國專利CN102888512A公開了利用氧化劑來氧化Fe2+和V4+以達到除雜的目的。首先，一方面其添加的氧化劑為粉末狀過硫酸銨，加入后溶液的pH會下降至1.0左右而未進行相關PH調節，另一方面又由于溶液中含有一定的NH4+,在存放或輸送過程中發生水解和銨鹽復合沉釩，將大幅度降低整體釩收率，還會影響輸送管道的流通性；其次，溶液除雜后未過濾，所形成鐵的沉淀物直接進入沉淀工序，降低了產品品位。
[0008]到目前為此，未見一種有效的黑色酸浸釩液沉釩的方法。
【發明內容】
[0009]本發明的目的在于克服上述方法的不足，通過加入氧化劑溶液使低價鐵被氧化并沉淀、過濾除去鐵離子，提升產品品位，避免由于低價釩沉淀不徹底而影響整體釩收率，處理后的溶液pH在正常范圍內。
[0010]為了實現上述目的，本發明提供一種黑色酸浸釩液沉釩的方法，所述方法包括以下步驟:
[0011](I)向黑色酸浸釩液中加入氧化劑溶液，攪拌并沉淀，反應溫度為10~40°C，反應時間為5~IOmin ；
[0012](2)過濾沉淀，獲得濾液；
[0013](3)向所述濾液中加入硫酸銨，攪拌獲得釩液；
[0014](4)用硫酸調節所述f凡液的pH值至1.8~2.4,將所述f凡液加熱至90°C以上,攪拌并沉淀，獲得多釩酸銨混合液；
[0015](5)將所述多釩酸銨混合液過濾，得到多釩酸銨沉淀，洗滌、烘干和煅燒所述多釩
酸銨沉淀，獲得五氧化二釩。
[0016]根據本發明的示例性實施例，在步驟(1)中，所述氧化劑溶液為過硫酸銨、濃氨水與水的混合溶液，過硫酸銨濃度為600~800g/L，濃氨水含氨質量分數為28%，所述過氧化劑溶液中過硫酸銨、濃氨水與水三種組分的重量配比為1.9:1.0: 1.2~2.0。
[0017]根據本發明的示例性實施例，在步驟(1)中，所述氧化劑溶液的pH值為2.5~
4.5。
[0018]根據本發明的示例性實施例，在步驟(1)中，所述黑色酸浸釩液的pH值為2.5~
4.5。
[0019]根據本發明的示例性實施`例，在步驟(1)中，所述黑色酸浸釩液中各組分的含量為V5+:20 ~35g/L, V4+:0.5 ~5g/L, TFe:0.2 ~0.6g/L。
[0020]根據本發明的示例性實施例，其中，所述氧化劑溶液中過硫酸銨的摩爾量為黑色酸浸釩液中V4+摩爾量與TFe摩爾量之和的兩倍。
[0021]根據本發明的示例性實施例，步驟(3)獲得的所述釩液中NH4+與TV的摩爾比為
0.6 ~0.9:1。
[0022]本發明的方法能夠取得如下有益效果:
[0023]1、提高了黑色酸浸釩液的沉釩率。通過加入氧化劑將四價釩氧化為五價釩形成多釩酸銨沉淀，避免沉釩不徹底，提高了整體釩收率。
[0024]2、提高了產品的品位。由于加入了氧化劑，低價鐵被快速氧化并生成Fe(OH)JX淀，過濾后TFe濃度低于0.05g/L,不會影響產品質量。
[0025]3、氧化劑以溶液狀態加入，且pH值與浸出液相近，不會引起浸出液pH值陡降。處理后的溶液pH值在正常范圍內，防止溶液存放或輸送過程中發生水解和銨鹽沉釩，降低了釩損，同時提升了現場管路流通能力。
[0026]4、降低了生產成本。由于此種黑色浸出液一般很容易出現在新廠的生產初期，高沉釩率和高品位的產品是新廠賴以生存的根本，本發明可為穩定新廠的產品質量提供解決之道。
【具體實施方式】
[0027]下面結合示例性實施例詳細闡述本發明，但本發明不限于此。根據本發明的示例性實施例，所述黑色酸浸釩液沉釩的方法包括以下步驟:
[0028](I)向黑色酸浸釩液中加入氧化劑溶液，攪拌并沉淀，反應溫度為10~40°C，反應時間為5~IOmin ；[0029](2)過濾沉淀，獲得濾液；
[0030](3)向所述濾液中加入硫酸銨，攪拌獲得釩液；
[0031](4)用硫酸調節所述釩液的pH值至1.8~2.4，將所述釩液加熱至90°C以上，攪拌并沉淀，獲得多釩酸銨混合液；
[0032](5)將所述多釩酸銨混合液過濾，得到多釩酸銨沉淀，洗滌、烘干和煅燒所述多釩
酸銨沉淀，獲得五氧化二釩。
[0033]在新釩廠的生產初期，由于各方面設備與技術磨合程度不夠，得到的并不是最優工藝參數。因此，在焙燒過程中，釩渣中的低價鐵往往氧化得不夠徹底，特別是顆粒大的渣料僅表層被氧化為Fe2O3，在浸出工序中，低價鐵進入浸出液后將部分五價釩還原成四價釩，四價釩、五價釩和鐵離子的共同存在使浸出液呈黑色。
[0034]根據本發明的示例性實施例，黑色酸浸釩液中鐵離子的濃度最高可達到0.6g/L，較正常的標準值0.05g/L高出10倍以上，在高溫沉釩過程中鐵離子很容易伴隨沉淀一起進入產品，降低產品品位，影響產品銷售。加入氧化劑后其強氧化性使Fe2+氧化為Fe3+，Fe3+可發生如下化學反應:
[0035]Fe3++30H — — Fe (OH) 3 I
[0036]生成的Fe (OH)3沉淀經過濾后，鐵離子濃度基本降到0.05g/L以下，再進行沉釩，所獲得的產品鐵含量不會超標，五氧化二釩的品位也能達到行業標準要求。若僅向黑色浸出液中加入氧化劑，而不進行過濾，雖然能夠提高沉淀過程的釩收率，但因主要雜質鐵離子未導出系統，不僅會嚴重降低產品質量(Fe含量高達2%以上)，而且Fe (OH)3膠體沉淀表面帶正電可吸附多釩酸根離子，`在溶液存放過程中會損失一定的釩，同時也會在輸送管路及罐中形成一層結垢料，嚴重時直接導致現場停產整頓。
[0037]在pH值為1.8~2.4之間沉淀多釩酸銨時，釩液中的五價釩基本都能夠沉淀，但由于四價釩的最佳沉淀PH值為4.5~5.0,因此浸出液中的四價釩因無法沉淀下來而造成損失，降低了沉釩率，相應增加了生產成本。雖然大部分廠家都采用蒸氣加熱沉釩，通過延長沉淀時間，在一定程度上利用空氣來氧化釩液中的低價釩，但其氧化速度太慢，相應的能耗也較高，所以并不經濟實用。而加入氧化劑后，利用其氧化性不僅能將釩液中的四價釩氧化成可沉淀的五價釩，提高沉釩率，也能提供部分NH4+,在一定程度上減少硫酸銨的加入量，降低了生產成本。因此，氧化劑的加入既可以去除鐵離子，又能夠回收低價釩，起到了一箭雙雕的效果。
[0038]根據本發明的示例性實施例，黑色浸出液一般容易出現在“鈣化焙燒一酸浸”工藝，此工藝因廢水100%的經濟循環利用而對系統雜質元素和新水的帶入要求極其嚴格。由于高錳酸鉀所含K+在循環過程中會富集，雙氧水會帶入大量新水導致系統水不平衡，因此氧化劑優選為過硫酸銨。如果過硫酸銨粉末直接溶于水將產生大量的H+，其化學反應方程式為:
[0039]
(NH4)2S2O8+2H20 ^? 2NH4HS04+H202
[0040]而浸出液中低價鐵和fL的含量,極易導致步驟(1)中濾液pH〈2,這已達到了水解和銨鹽沉釩的條件，特別是浸出液溫度達到50°C以上時，更會加速上述反應的發生，嚴重時處理過程中釩損失高達近30%，完全背離了設計初衷，所以氧化劑過硫酸銨必須配制成溶液加入到浸出液中，同時考慮到工藝本身不能帶入不易除去的雜質元素(如鈉鉀等)和大量的新水，本發明的氧化劑溶液為過硫酸銨、濃氨水與水的混合液，過硫酸銨濃度優選為600~800g/L，濃氨水含氨質量分數為28%，所述過氧化劑溶液中過硫酸銨、濃氨水與水三種組分的重量配比為1.9:1.0:1.2~2.0。
[0041]根據本發明的示例性實施例，所述氧化劑溶液pH值與黑色酸浸釩液pH值相當，為2.5~4.5。因為pH值較高會直接導致溶液中的釩酸根和錳、鎂離子沉淀，而pH值過低(pH〈2.5)則會加速溶液的水解和銨鹽沉釩，并且沉淀結垢將影響物料的流通性，釩損較大，作業率也較低，所以本發明的氧化劑溶液pH值優選為2.5~4.5。
[0042]同時，氧化反應溫度過低則增加投資成本，但溫度過高則容易因沉淀導致大量釩損，本發明的氧化反應溫度優選在10~40°C。氧化反應的時間不宜過短以使鐵離子沉淀完全，本發明優選在5~IOmin。
[0043]根據本發明的示例性實施例，黑色酸浸釩液中各組分的含量為V5+:20~35g/L，V4+:0.5~5g/L，TFe:0.2~0.6g/L。釩液濃度的高低會直接影響沉淀的組成，濃度高則有利于多釩酸銨晶粒長大，加快沉釩速度，但也會導致夾帶的雜質增多，釩液濃度過低則不利于沉f凡反應的進行。
[0044]根據本發明的示例性實施例，所述氧化劑溶液中過硫酸銨的摩爾量為黑色酸浸釩液中V4+摩爾量與TFe摩爾量之和的兩倍，即完全氧化黑色酸浸釩液中低價釩和鐵所需的量。
[0045]根據本發明的示例性實施例，步驟(3)加入硫酸銨后獲得的所述釩液中NH4+與TV的摩爾比為0.6~0.9:1。因氧化劑溶液的加入，濾液中已含有一定的NH4+,若還按前期加銨方式，容易導致銨過量，達到過飽和狀態，沉淀過程中會形成大量的絮狀物，降低產品過濾洗滌速度，影響作業率； 若不加或加入不足則導致沉淀不徹底或沉淀時間較長，資源浪費較大。
[0046]以下結合具體示例對本發明作進一步的描述。
[0047]實施例1
[0048]量取V5+、V4+、TFe 濃度分別為 3L 24g/L、L 27g/L和 0.405g/L 的黑色浸出液 500mL，其溶液pH=3.82，T=31°C。向其中加入pH=3.20、過硫酸銨濃度為600g/L的氧化劑溶液12ml，在攪拌條件下反應5min后過濾，濾液中的V5+、V4+、TFe濃度分別為32.44g/L、〈0.05g/L和
0.027g/L, pH=3.51。再向濾液中加入12g硫酸銨，并用硫酸調節pH至2.1，加熱到95°C沉淀多釩酸銨。所得料漿經過濾、洗滌、烘干和煅燒后得到粉狀五氧化二釩，其V2O5含量99.23%，V4+含量〈0.05%, TFe含量0.098% ;過濾后的上層液TV含量為0.138g/L，相應沉釩率為99.57%，整個過程損失的釩為0.64%。
[0049]對比例I
[0050]上述黑色浸出液500mL，不加氧化劑溶液直接加硫酸銨沉釩，所得產品為粉狀五氧化二釩，其V2O5含量96.68%，V4+含量0.53%，TFe含量2.27%，過濾后的上層液TV含量為
2.85g/L，相應沉釩率為90.88%，整個過程損失的釩為9.12%。
[0051]實施例2
[0052]量取V5+、V4+、TFe濃度分別為18.86g/L、2.81g/L和0.601g/L的黑色浸出液500mL，其溶液pH=2.93，T=15°C。向其中加入pH=3.8、過硫酸銨濃度為700g/L的氧化劑溶液21.4ml，在攪拌條件下反應8min后過濾，濾液中的V5+、V4+、TFe濃度分別為21.55g/L、〈0.05g/L和0.045g/L, pH=3.3。再向濾液中加入6.32g硫酸銨，并用硫酸調節pH至2.0，加熱到98°C沉淀多釩酸銨。所得料漿經過濾、洗滌、烘干和煅燒后得到粉狀五氧化二釩，其V2O5含量98.78%，V4+含量〈0.05%, TFe含量0.154% ;過濾后的上層液TV含量為0.096g/L,相應沉釩率為99.09%，整個過程損失的釩為0.99%。
[0053]對比例2
[0054]上述黑色浸出液500mL，直接加入過硫酸銨粉末15.0lg，70°C攪拌反應8min后，得混合液PH=L 52。再補加硫酸銨6.32g后沉釩，所得產品為粉狀五氧化二釩，其V2O5含量95.82%，V4+含量〈0.05%, TFe含量2.87%，質量達不到國標要求。過濾后的上層液TV含量為0.25g/L，相應沉釩率為98.67%，整個過程損失的釩為1.15%。
[0055]實施例3
[0056]量取V5+、V4+、TFe濃度分別為28.35g/L、2.57g/L和0.215g/L的黑色浸出液500mL，其溶液pH=3.01，T=27°C。向其中加入pH=2.8、過硫酸銨濃度為750g/L的氧化劑溶液16.5ml，在攪拌條件下反應5min后過濾，濾液中的V5+、V4+、TFe濃度分別為30.85g/L、〈0.05g/L和0.020g/L,pH=2.92。再向濾液中加入6.72g硫酸銨，并用硫酸調節pH至1.9，加熱到93°C沉淀多釩酸銨。所得料漿經過濾、洗滌、烘干和煅燒后得到粉狀五氧化二釩，其V2O5含量99.08%, V4+含量〈0.05%, TFe含量0.116% ;過濾后的上層液TV含量為0.092g/L,相應沉釩率為99.70%，整個過程損失的釩為0.52%。
[0057]對比例3
[0058]上述黑色浸出液500mL，直接加入過硫酸銨粉末12.36g，75°C攪拌反應5min后過濾，濾液 ρΗ=1.76，其 V5+、V4+、TFe 濃度分別為 30.55g/L、〈0.05g/L 和 0.020g/L。模擬現場靜置24h后，燒杯壁已粘附有沉淀且不易脫落，攪拌后過濾得二次濾液，其TV含量為22.43g/L0再補加硫酸銨6.72g后沉釩，所得產品為粉狀五氧化二釩，其V2O5含量98.62%，V4+含量〈0.05%, TFe含量0.096%。過濾后的上層液TV含量為0.21g/L，二次濾液的沉釩率為99.06%，整個過程釩損為28.14%。
[0059]通過上述內容可知，本發明提供的黑色酸浸釩液沉釩的方法，沉釩率可達到99%以上，所損失的釩僅為1%以下，經過硫酸銨與濃氨水的混合溶液氧化除雜并過濾后TFe含量降至0.05g/L以下，所得五氧化二釩的品位符合行業標準要求。
[0060]然而，本發明并不受限于上述實施例，任何本領域技術人員在不脫離本發明的精神和范圍內，都可以做出可能的變動和修改，因此本發明的保護范圍應當以權利要求書中所界定的范圍為準。
【權利要求】
1.一種黑色酸浸釩液沉釩的方法，所述方法包括以下步驟: (1)向黑色酸浸釩液中加入氧化劑溶液，攪拌并沉淀，反應溫度為10~40°C，反應時間為 5 ~IOmin ； (2)過濾沉淀，獲得濾液； (3)向所述濾液中加入硫酸銨，攪拌獲得釩液； (4)用硫酸調節所述f凡液的pH值至1.8~2.4,將所述f凡液加熱至90°C以上,攪拌并沉淀，獲得多釩酸銨混合液； (5)將所述多釩酸銨混合液過濾，得到多釩酸銨沉淀，洗滌、烘干和煅燒所述多釩酸銨沉淀，獲得五氧化二釩。
2.如權利要求1所述的方法，其中，在步驟(1)中，所述氧化劑溶液為過硫酸銨、濃氨水與水的混合溶液，過硫酸銨濃度為600~800g/L，濃氨水含氨質量分數為28%，所述過氧化劑溶液中過硫酸銨、濃氨水與水三種組分的重量配比為1.9:1.0: 1.2~2.0。
3.如權利要求1所述的方法，其中，在步驟(1)中，所述氧化劑溶液的PH值為2.5~4.5。
4.如權利要求1所述的方法，其中，在步驟(1)中，所述黑色酸浸釩液的PH值為2.5~4.5。
5.如權利要求1所述的方 法，其中，在步驟(1)中，所述黑色酸浸釩液中各組分的含量為 V5+:20 ~35g/L, V4+:0.5 ~5g/L，全鐵含量 TFe:0.2 ~0.6g/L。
6.如權利要求2所述的方法，其中，所述氧化劑溶液中過硫酸銨的摩爾量為黑色酸浸釩液中V4+摩爾量與TFe摩爾量之和的兩倍。
7.如權利要求1所述的方法，其中，步驟(3)獲得的所述釩液中NH4+與全釩含量TV的摩爾比為0.6~0.9:1。
【文檔編號】C22B34/22GK103484673SQ201310418460
【公開日】2014年1月1日 申請日期:2013年9月13日 優先權日:2013年9月13日
【發明者】何文藝, 盧曉林, 申彪, 郭繼科, 葉露, 馮光磊, 余樂 申請人:攀鋼集團攀枝花鋼鐵研究院有限公司