本發明屬于釩渣濕法冶金與釩化工領域，涉及一種降低含釩物料浸出液中雜質含量的方法。
背景技術：
：釩鈦磁鐵礦是世界釩資源的主要礦物，釩渣是由釩鈦磁鐵礦冶煉成鐵水，再氧化吹煉得到的釩含量較高的爐渣，釩渣是我國目前提釩的主要原料。釩是一種有色金屬，是“現代工業的味精”，是十分重要的戰略資源，世界上釩產量的88％是從釩鈦磁鐵礦中獲得。從釩渣中提釩的傳統工藝為鈉化焙燒-水浸法，其主要原理是以碳酸鈉、氯化鈉或者硫酸鈉等鈉鹽作為添加劑，在700～900℃下焙燒，過程中各種物相分解，低價態組份氧化成高價態組份，其中釩被氧化成五價并與鈉形成釩酸鈉，水浸釩焙砂得到偏釩酸鈉溶液。根據溶液雜質含量情況進行蒸發濃縮，加銨鹽沉偏釩酸銨；或調整溶液pH至酸性水解沉釩以及沉多釩酸銨，再堿溶粗釩，得到高濃度釩溶液，加銨鹽沉偏釩酸銨。該方法存在的主要問題是焙燒過程中產生的氯氣和二氧化硫等會造成環境污染，而且后續工藝流程長，廢水中有大量芒硝，廢水處理能耗較大，成本高。從釩渣中提釩的方法還有全濕法提釩工藝。CN101412540A公開了一種硫酸浸取提釩的方法，浸出液先用石灰乳和純堿中和至適合萃取的pH，再用萃取劑P2O4進行萃取，硫酸反萃，含釩反萃溶液經過氧化、氨水沉淀和熱解得到五氧化二釩。酸浸提釩缺點主要是浸液中各種金屬雜質較多，后續酸性廢水處理困難。CN102127655A公開了一種氫氧化鈉溶液常壓分解釩渣的方法，其利用亞熔鹽工藝，高溫高壓強堿浸取提釩，浸出液蒸發冷卻結晶得到正釩酸鈉產品。所述方法的優點是母液中的堿可以循環使用，然而，亞熔鹽強堿浸出的主要問題是硅和鋁等雜質含量較高，釩酸鈉產品純度不高，且正釩酸鈉只是中間產品。濕法提釩雖然避免了高溫焙燒產生有毒氣體，但依然存在沉釩廢水和芒硝副產物產生量大等問題。CN102560086A公開了一種碳酸銨浸出釩渣焙砂的提釩方法，所述方法將CaO/V2O5的摩爾比為2～3的釩渣鈣化焙燒，用濃度為200～800g/L的碳酸銨溶液浸出，過濾得到含釩浸液。該方法存在的主要問題是CaO/V2O5的摩爾比較大，鈣鹽用量大，銨鹽濃度太高，造成浸出劑消耗大，成本高，工作環境較差，洗滌液加入浸出液會導致浸出液中釩濃度較低的問題，不利于沉釩。因此，如何找到一種可降低含釩物料浸出液中雜質含量，且工藝簡單的方法是需要解決的問題。技術實現要素：針對現有技術中含釩物料浸出液中雜質含量較多，且工藝流程復雜，成本高等問題，本發明提供了一種降低含釩物料浸出液中雜質含量的方法。本發明所述方法將含釩物料與改質劑混合后進行低鈣富氧焙燒后在弱堿性條件下進行浸出，可以避免硅鋁元素進入浸出液，從而得到低雜質含量的偏釩酸銨溶液。所述溶液通過結晶過濾可制備出高純的偏釩酸銨產品；并且，該方法具有釩回收率高，浸液雜質含量少，工藝成本低，流程短以及過程清潔等優點。為達此目的，本發明采用以下技術方案：一種降低含釩物料浸出液中雜質含量的方法，所述方法包括以下步驟：(1)將含釩物料與鈣質劑混合配料后在氧氣的體積濃度為85～95％的含氧氣氛下進行焙燒，得到熟料；(2)將步驟(1)得到的熟料在堿性條件下浸出，然后固液分離得到釩液和尾渣。其中，氧氣的體積濃度可為85％、86％、87％、88％、89％、90％、91％、92％、93％、94％或95％等，但并不僅限于所列舉的數值，該數值范圍內其他未列舉的數值同樣適用。本發明中所述尾渣為含有硅酸鈣和鋁酸鈣的尾渣。本發明中，步驟(1)中含釩物料是經過預處理后與鈣質劑混合的，步驟(1)中的焙燒溫度可為800～900℃但并不僅限于此，步驟(1)中的預處理過程以及焙燒處理均為本領域常規技術手段，故此處不再贅述。步驟(2)中浸出過程也為本領域常規技術手段，此處不再贅述。本發明所述方法將含釩物料在富氧氣氛下進行富氧鈣化焙燒，可以使釩渣中的低價物質，如硅和鋁元素等發生鈣化反應，釩渣中低價釩被氧化為五價態，其中涉及的化學反應有：SiO2+CaO＝CaSiO3Al2O3+CaO＝Ca(AlO2)2V2O3+O2＝V2O5V2O5+NH4HCO3＝NH4VO3+H2O+CO2同時，本發明在富氧氣氛下進行鈣化焙燒，還可以使含釩物料中各組分的結構發生改變，更有利于后續在弱堿性條件下的浸出反應。以下作為本發明優選的技術方案，但不作為本發明提供的技術方案的限制，通過以下技術方案，可以更好的達到和實現本發明的技術目的和有益效果。作為本發明優選的技術方案，步驟(1)中所述含釩物料經過預處理后與鈣質劑混合。優選地，所述預處理為破碎球磨。作為本發明優選的技術方案，步驟(1)中所述鈣質劑為氧化鈣、碳酸鈣、氯化鈣、硫酸鈣、硝酸鈣或氫氧化鈣中任意一種或至少兩種的組合，所述組合典型但非限制性實例有：氧化鈣和碳酸鈣的組合，氯化鈣和硫酸鈣的組合，硝酸鈣和氫氧化鈣的組合，硫酸鈣和硝酸鈣的組合，氧化鈣、碳酸鈣和氯化鈣的組合，硫酸鈣、硝酸鈣和氫氧化鈣的組合，氧化鈣、碳酸鈣、氯化鈣、硫酸鈣、硝酸鈣和氫氧化鈣的組合等。優選地，步驟(1)中所述鈣質劑的用量為含釩物料的0.1～3wt％，例如0.1wt％、0.3wt％、0.5wt％、0.7wt％、1wt％、1.3wt％、1.5wt％、1.7wt％、2wt％、2.3wt％、2.5wt％、2.7wt％或3wt％等，但并不僅限于所列舉的數值，該數值范圍內其他未列舉的數值同樣適用，進一步優選為0.5～2.5wt％，特別優選為1～2wt％。作為本發明優選的技術方案，步驟(1)中所述含氧氣氛為空氣、氧氣或臭氧中任意一種或至少兩種的組合，進一步優選為空氣、氧氣或臭氧中任意一種或任意兩種的組合，進一步優選為氧氣。優選地，步驟(1)中焙燒過程中通入含氧氣體的流速為0.05～3L/min，例如0.05L/min、0.1L/min、0.3L/min、0.5L/min、0.7L/min、1L/min、1.3L/min、1.5L/min、1.7L/min、2L/min、2.3L/min、2.5L/min、2.7L/min或3L/min等，但并不僅限于所列舉的數值，該數值范圍內其他未列舉的數值同樣適用，進一步優選為0.3～2L/min，特別優選為0.5～1L/min。本發明中，所述含氧氣體的流速是指在處理1～2kg混合物料時的流速。作為本發明優選的技術方案，步驟(2)所述浸出過程pH值為7～14，例如7、8、9、10、11、12、13或14等，但并不僅限于所列舉的數值，該數值范圍內其他未列舉的數值同樣適用，進一步優選為7.8～12.8，特別優選為8.5～10.5。作為本發明優選的技術方案，步驟(2)所述浸出過程中的浸出溶劑為碳酸氫銨、碳酸銨或氨水中任意一種或至少兩種的組合，所述組合典型但非限制性實施例有：碳酸氫銨和碳酸銨的組合，碳酸銨和氨水的組合，碳酸氫銨、碳酸銨和氨水的組合等。作為本發明優選的技術方案，步驟(2)所得釩液中Si元素的濃度為3～6mg/L，Al元素的濃度為0.5～3mg/L。作為本發明優選的技術方案，所述方法包括以下步驟：(1)將含釩物料與含釩物料質量1～2wt％的鈣質劑混合配料后，在氧氣的體積濃度為85～95％的含氧氣氛下進行焙燒，得到熟料，其中，通入含氧氣體的流速為0.5～1L/min；(2)將步驟(1)得到的熟料在pH為8.5～10.5的堿性條件下浸出，然后固液分離得到釩液和尾渣。與現有技術相比，本發明具有以下有益效果：(1)本發明所述方法將含釩物料與改質劑混合后進行低鈣富氧焙燒后在弱堿性條件下進行浸出，進而得到低雜質含量的釩液，具有較高的釩浸取率，可達90％以上；并且，所述釩液通過結晶過濾可制備出高純的偏釩酸銨產品，所得偏釩酸銨產品的純度可達99％以上；(2)本發明所述方法得到的釩液中雜質含量少，Si元素含量低于6mg/L，Al元素含量低于3mg/L，進而可簡化后續凈化過程，有利于制備高純釩產品，降低生產成本；(3)本發明所述方法產生的尾渣少，且尾渣中不含鈉鹽，簡化了后續處理過程。(4)本發明所述方法中整個過程所用設備簡單，易于操作，安全性高，為釩渣銨浸工藝的應用提供了保障。附圖說明圖1是本發明所述降低含釩物料浸出液中雜質含量的方法的工藝流程圖。具體實施方式為更好地說明本發明，便于理解本發明的技術方案，下面對本發明進一步詳細說明。但下述的實施例僅僅是本發明的簡易例子，并不代表或限制本發明的權利保護范圍，本發明保護范圍以權利要求書為準。如圖1所示，本發明具體實施例部分提供了一種降低含釩物料浸出液中雜質含量的方法，所述方法包括以下步驟：(1)將含釩物料與鈣質劑混合配料后在氧氣的體積濃度為85～95％的含氧氣氛下進行焙燒，得到熟料；(2)將步驟(1)得到的熟料在堿性條件下浸出，然后固液分離得到釩液和無鈉浸出尾渣。以下為本發明典型但非限制性實施例：以下各實施例所處理的釩渣取自承鋼釩鈦事業部生產車間，ICP數據分析：元素AlCaCrFeKMgMnPSiTiV含量(mg/L)1.421.342.91831.8760.1711.5744.4050.1137.8827.3977.45實施例1：本實施例提供了一種降低含釩物料浸出液中雜質含量的方法，所述方法為：(1)稱取10kg經過破碎球磨的釩渣與100g固體氧化鈣混合配料后，在回轉窯中進行富氧鈣化焙燒，其中，氧氣的體積濃度為90％，控制氧氣的流速為0.5L/min(處理1kg混料)，得到熟料；(2)將步驟(1)得到的熟料在pH為8.5的碳酸氫銨溶液中浸出，然后固液分離得到釩液和無鈉浸出尾渣。本實施例中，釩的浸取率為95％，反應所得的釩液采用等離子電感耦合儀器進行分析，其處理結果如表1中所示。表1：實施例1中浸出釩液的電感耦合儀器分析結果表元素AlCaCrFeKMgMnNaPSiTiV_含量(mg/L)0.80218.600.580.15232.2050.330.66731.2012.2505.4210.02017175實施例2：本實施例提供了一種降低含釩物料浸出液中雜質含量的方法，所述方法為：(1)稱取10kg經過破碎球磨的釩渣與130g固體氧化鈣混合配料后，在回轉窯中進行富氧鈣化焙燒，其中，氧氣的體積濃度為85％，控制氧氣的流速為0.62L/min(處理1kg混料)，得到熟料；(2)將步驟(1)得到的熟料在pH為8.9的碳酸氫銨溶液中浸出，然后固液分離得到釩液和無鈉浸出尾渣。本實施例中，釩的浸取率為94％，反應所得的釩液采用等離子電感耦合儀器進行分析，其處理結果如表2中所示。表2：實施例2中浸出釩液的電感耦合儀器分析結果表元素AlCaCrFeKMgMnNaPSiTiV_含量(mg/L)1.69016.990.820.25211.20057.641.70807.707.0893.3511.25013130實施例3：本實施例提供了一種降低含釩物料浸出液中雜質含量的方法，所述方法為：(1)稱取10kg經過破碎球磨的釩渣與150g固體氧化鈣混合配料后，在回轉窯中進行富氧鈣化焙燒，其中，氧氣的體積濃度為95％，控制氧氣的流速為0.71L/min(處理1kg混料)，得到熟料；(2)將步驟(1)得到的熟料在pH為9.5的碳酸氫銨溶液中浸出，然后固液分離得到釩液和無鈉浸出尾渣。本實施例中，釩的浸取率為93％，反應所得的釩液采用等離子電感耦合儀器進行分析，其處理結果如表3中所示。表3：實施例3中浸出釩液的電感耦合儀器分析結果表實施例4：本實施例提供了一種降低含釩物料浸出液中雜質含量的方法，所述方法為：(1)稱取10kg經過破碎球磨的釩渣與170g固體氧化鈣混合配料后，在回轉窯中進行富氧鈣化焙燒，其中，氧氣的體積濃度為90％，控制氧氣的流速為0.83L/min(處理1kg混料)，得到熟料；(2)將步驟(1)得到的熟料在pH為9.9的碳酸氫銨溶液中浸出，然后固液分離得到釩液和無鈉浸出尾渣。本實施例中，釩的浸取率為92％，反應所得的釩液采用等離子電感耦合儀器進行分析，其處理結果如表4中所示。表4：實施例4中浸出釩液的電感耦合儀器分析結果表實施例5：本實施例提供了一種降低含釩物料浸出液中雜質含量的方法，所述方法為：(1)稱取10kg經過破碎球磨的釩渣與200g固體氧化鈣混合配料后，在回轉窯中進行富氧鈣化焙燒，其中，氧氣的體積濃度為90％，控制氧氣的流速為1.0L/min(處理1kg混料)，得到熟料；(2)將步驟(1)得到的熟料在pH為10.5的碳酸氫銨溶液中浸出，然后固液分離得到釩液和無鈉浸出尾渣。本實施例中，釩的浸取率為92％，反應所得的釩液采用等離子電感耦合儀器進行分析，其處理結果如表5中所示。表5：實施例5中浸出釩液的電感耦合儀器分析結果表實施例6：本實施例提供了一種降低含釩物料浸出液中雜質含量的方法，所述方法除了步驟(1)中鈣質劑為碳酸鈣，其添加量為50g，氧氣的流速為0.3L/min；步驟(2)中pH為7.8外，其他物料用量與制備方法均與實施例1中相同。本實施例中，釩的浸取率為91％，反應所得的釩液采用等離子電感耦合儀器進行分析，其處理結果如表6中所示。表6：實施例6中浸出釩液的電感耦合儀器分析結果表實施例7：本實施例提供了一種降低含釩物料浸出液中雜質含量的方法，所述方法除了步驟(1)中鈣質劑為碳酸鈣，其添加量為250g，氧氣的流速為2L/min；步驟(2)中pH為12.8外，其他物料用量與制備方法均與實施例1中相同。本實施例中，釩的浸取率為90％，反應所得的釩液采用等離子電感耦合儀器進行分析，其處理結果如表7中所示。表7：實施例7中浸出釩液的電感耦合儀器分析結果表元素AlCaCrFeKMgMnNaPSiTiV_含量(mg/L)1.23116.731.020.58244.6865.430.66731.207.2503.4210.02017175實施例8：本實施例提供了一種降低含釩物料浸出液中雜質含量的方法，所述方法除了步驟(1)中鈣質劑為碳酸鈣，其添加量為300g，氧氣的流速為3L/min外，其他物料用量與制備方法均與實施例1中相同。本實施例中，釩的浸取率為88％，反應所得的釩液采用等離子電感耦合儀器進行分析，其處理結果如表8中所示。表8：實施例8中浸出釩液的電感耦合儀器分析結果表元素AlCaCrFeKMgMnNaPSiTiV_含量(mg/L)0.85732.790.290.21259.1948.420.53700.276.2503.3130.10216978對比例1：本對比例提供了一種降低含釩物料浸出液中雜質含量的方法，所述方法除了步驟(1)中在常規空氣中進行焙燒(非富氧氣氛)外，其他物料用量與制備方法均與實施例1中相同。本對比例中，釩的浸取率為62％，反應所得的釩液采用等離子電感耦合儀器進行分析，其處理結果如表9中所示。表9：對比例1中浸出釩液的電感耦合儀器分析結果表元素AlCaCrFeKMgMnNaPSiTiV_含量(mg/L)1.83221.600.280.17262.2040.330.57757.315.2503.4210.02010648綜合實施例1-8和對比例1的結果可以看出，本發明所述方法將含釩物料與鈣質劑混合后進行低鈣富氧焙燒后在弱堿性條件下進行浸出，進而得到低雜質含量的釩液，具有較高的釩浸取率，可達90％以上；并且，所述釩液通過結晶過濾可制備出高純的偏釩酸銨產品，所得偏釩酸銨產品的純度可達99％以上。同時，本發明所述方法得到的釩液中雜質含量少，Si元素含量低于6mg/L，Al元素含量低于3mg/L，進而可簡化后續凈化過程，有利于制備高純釩產品，降低生產成本；本發明所述方法產生的尾渣少，且尾渣中不含鈉鹽，簡化了后續處理過程。并且，本發明所述方法中整個過程所用設備簡單，易于操作，安全性高，為釩渣銨浸工藝的應用提供了保障。申請人聲明，本發明通過上述實施例來說明本發明的詳細工藝設備和工藝流程，但本發明并不局限于上述詳細工藝設備和工藝流程，即不意味著本發明必須依賴上述詳細工藝設備和工藝流程才能實施。所屬
技術領域：
的技術人員應該明了，對本發明的任何改進，對本發明產品各原料的等效替換及輔助成分的添加、具體方式的選擇等，均落在本發明的保護范圍和公開范圍之內。當前第1頁1 2 3