本發明涉及提釩化工領域，具體地，涉及一種釩渣提釩的方法。
背景技術：
釩渣作為主要的提釩原料，目前工業化廣泛應用的主要是鈉化焙燒提釩。鈉化焙燒采用的添加劑為NaCl、Na2SO4、Na2CO3和NaNO3中的一種或幾種的組合，在焙燒過程中產生HCl、Cl2、SO2等有害氣體；在焙燒過程中，為了減少物料粘結現象，通常在混料過程中加入殘渣或把釩渣造成球團焙燒，減輕了物料粘結；但加入殘渣，導致生產效率降低，且焙燒過程中部分混料不均還易造成局部粘結；球團化焙燒，需要加入造球的粘結劑，會增加造球團設備以及粘結劑等的成本，且球團粒徑為一個范圍，壓制比較密實，焙燒溫度相對一般粉料要求高才能使球團中心物料充分氧化，熟料還需磨細到一定粒度才能浸出可溶釩；因此，需要尋求一種新的無需添加任何減輕燒結的殘渣或惰性輔助物料，且無需造球，操作簡單的釩渣預處理方法。
CN104762467A公開了一種通過將釩渣進行鈉化球團焙燒來實施提釩的方法，該方法包括以下步驟：(1)將釩渣與鈉化添加劑混合；(2)將粘結劑(氫氧化鈉和/或氫氧化鉀)的水溶液噴灑在經步驟(1)混合后的混合料的表面上且制備成球團；以及(3)將所述球團焙燒后破碎，再將破碎后的球團溶解在水中浸出。該方法通過將釩渣進行鈉化球團焙燒來實施提釩，一定程度地提高了釩的浸出率，同時也避免了釩渣在高溫焙燒過程中產生的粘結現象，以及鈉化球團焙燒的過程中，不需要添加提釩后的殘渣。然而，雖然該方法可以實現無需添加殘渣，且焙燒過程中粘結的現象減輕，但是由于焙燒溫度需要選擇800℃為最佳，需要進行造球及加入造球粘結劑，且熟料需要磨到直徑為3-30mm等，并且需要采用球團化達到目的，使其具有一定的局限性。
因此，十分有必要尋找一種焙燒過程無需加殘渣或其它惰性輔料、無需球團化、不粘料且釩浸出率較高的釩渣提釩方法。
技術實現要素：
本發明的目的是為了克服現有技術中的存在的上述缺陷，提供一種焙燒過程無需加殘渣或其它惰性輔料、無需球團化、不粘料且釩浸出率較高的釩渣提釩方法。
為了實現上述目的，本發明提供一種釩渣提釩的方法，該方法包括以下步驟：(1)將釩渣、堿金屬源與水混合，或者，將釩渣與堿金屬源的水溶液混合；(2)將步驟(1)得到的混合料依次進行干燥、破碎、焙燒和水浸提釩。
在本發明提供的上述技術方案中，在混合過程中使與之接觸的物料相互粘結以達到顆粒狀態，所以無需進行造球；并且，在特定的干燥溫度下，物料經干燥后形成多孔粒狀物，所以在后續的焙燒過程中不易粘結，同時，因為物料呈不規則的多孔粒狀，有利于在焙燒過程中外界氧氣通過多孔結構進入物料的內部中心，使得物料中的釩可以充分氧化，進一步提高釩的浸出率。因此，本發明提供的釩渣提釩方法具有焙燒過程無需加殘渣或其它惰性輔料、無需球團化、不粘料且釩浸出率較高的優點，具有良好的工業應用前景。
本發明的其它特征和優點將在隨后的具體實施方式部分予以詳細說明。
具體實施方式
以下對本發明的具體實施方式進行詳細說明。應當理解的是，此處所描述的具體實施方式僅用于說明和解釋本發明，并不用于限制本發明。
在本文中所披露的范圍的端點和任何值都不限于該精確的范圍或值，這些范圍或值應當理解為包含接近這些范圍或值的值。對于數值范圍來說，各個范圍的端點值之間、各個范圍的端點值和單獨的點值之間，以及單獨的點值之間可以彼此組合而得到一個或多個新的數值范圍，這些數值范圍應被視為在本文中具體公開。
本發明提供一種釩渣提釩的方法，該方法包括以下步驟：
(1)將釩渣、堿金屬源與水混合，或者，將釩渣與堿金屬源的水溶液混合；
(2)將步驟(1)得到的混合料依次進行干燥、破碎、焙燒和水浸提釩。
根據本發明，所述堿金屬源可以為各種能夠提供堿金屬離子的物質，如氫氧化鈉、氫氧化鉀、碳酸鈉、碳酸鉀、硫酸鈉和硫酸鉀中的一種或多種，優選為氫氧化鈉、氫氧化鉀、碳酸鈉和碳酸鉀中的一種或多種，更優選為氫氧化鈉和/或氫氧化鉀，最優選為氫氧化鈉。
在本發明中，所述堿金屬源可以以粉末和/或片狀物的形式使用，優選為以粉末的形式使用。
根據本發明，在步驟(1)中，所述堿金屬源的水溶液的濃度可以為本領域的常規選擇，在優選的情況下，所述堿金屬源的水溶液為飽和溶液。
根據本發明，在步驟(1)中，在20-100℃下，將釩渣與堿金屬源的水溶液混合；優選地，在40-100℃下，將釩渣與堿金屬源的水溶液混合。
在本發明中，在步驟(1)中，所述混合可以在攪拌的條件下進行，本發明對所述攪拌的條件沒有特別的限定，可以為本領域的常規選擇，只要可以使物料混合均勻即可，例如，可以采用磁力攪拌、機械攪拌或氣體攪拌的方式。在優選的情況下，所述攪拌的速度為120-300rpm。
根據本發明，在步驟(1)中，所述釩渣以V2O5計的用量與所述堿金屬源以金屬元素計的用量的重量比可以為1：0.2-0.7，優選為1：0.3-0.6。
根據本發明，在步驟(1)中，相對于100g的釩渣，所述水的用量可以為0.5-5mL，優選為0.9-3mL，也即，在含有100g釩渣的混合體系中，水的含量可以為0.5-5mL，優選為0.9-3mL。
在本發明中，在步驟(1)中，所述釩渣與所述堿金屬源的水溶液的用量可以根據釩渣以V2O5計的用量、堿金屬源以金屬元素計的用量以及堿金屬源的水溶液的濃度計算得出；優選地，所述堿金屬源的水溶液為飽和溶液，所述釩渣以V2O5計的用量與所述堿金屬源以金屬元素計的用量的重量比為1：0.2-0.7，更優選為1：0.3-0.6。
根據本發明，對釩渣的來源沒有特別的限定，可以為本領域的常規選擇，例如，釩渣的來源可以為轉爐提釩釩渣、含釩的鋼渣和/或含釩的廢催化劑中的至少一種；在優選的情況下，所述釩渣中釩元素的含量為大于等于5重量％，更優選為5-20重量％，進一步優選為5.2-8.5重量％。
在優選的情況下，所述釩渣的粒度小于等于80目且粒度在100-200目的釩渣的含量在80重量％以上。
在本發明中，粒度是指顆粒的大小，具體地，球形顆粒的粒度可以用球形顆粒的直徑來表示；非球形顆粒的粒度可以通過與其具有相同行為的某一球形顆粒的直徑作為該顆粒的等效直徑來表示。在本發明中，“目”是指每平方英寸篩網上的空眼數目，例如，200目是指每平方英寸上的孔眼是200個，目數越高，孔眼越多，進而，粒徑越小。因此，“目”同時用于表示能夠通過篩網的顆粒(如釩渣)的粒徑。在本發明中，200目＝74微米。
根據本發明，在步驟(2)中，對所述干燥的設備沒有特別的限定，只要可以使混合料達到干燥目的即可。
根據本發明，所述干燥的條件可以包括：混合料的厚度為5-40mm，溫度為100-180℃，時間為20-90min；優選地，混合料的厚度為5-30mm，溫度為120-150℃，時間為30-60min。
在本發明中，在步驟(2)中，對所述破碎的方式沒有特別的限定，只要可以使干燥后的混合料破碎即可，例如，可以使用玻璃棒翻碎，或者使用錘子砸碎，或者使用本領域常規使用的破碎機進行破碎。
在本發明中，在步驟(2)中，破碎使得待焙燒的物料的粒徑可以小于等于20mm，優選為3-20mm。
在本發明中，在步驟(2)中，在所述焙燒前不進行造球處理。
根據本發明，在步驟(2)中，對所述焙燒的條件沒有特別的限定，可以為本領域的常規選擇，例如，所述焙燒的條件可以包括：物料的粒徑小于等于20mm，優選為3-20mm；溫度為500-780℃；時間為60-120min。其中，所述物料的粒徑可以通過破碎的方式控制。在本發明中，粒徑是指顆粒的直徑，具體地，球形顆粒的粒徑為球形顆粒的直徑；非球形顆粒的粒徑為與其具有相同行為的某一球形顆粒的直徑。
根據本發明，在步驟(2)中，對所述水浸提釩的條件沒有特別的限定，可以為本領域常規使用的水浸提釩條件，例如，所述水浸提釩的條件可以包括：溫度為20-100℃，時間為5-60min。本發明對所述水浸提釩的過程中水的用量沒有特別的限定，可以為本領域的常規選擇，只要可以將物料中的釩完全浸出即可，例如，對于100g的物料，可以使用200-500mL的水進行浸出提釩。
在本發明中，為了獲得較好的水浸提釩效果，在水浸提釩前還可以將焙燒后的物料進行破碎，以保證焙燒后的物料的粒徑小于等于20mm，優選為3-20mm。
在本發明的一種優選的實施方式中，所述釩渣提釩的方法可以包括以下步驟：
(a)在攪拌條件下，將釩渣與堿金屬源混合；
(b)將步驟(a)得到的物料與水混合，得到混合料；
(c)將步驟(b)得到的混合料依次進行干燥、破碎、焙燒和水浸提釩。
在更優選的情況下，在步驟(b)中，所述混合的方式為將水噴灑或注入步驟(a)得到的物料。此外，在步驟(c)中，在所述焙燒前不進行造球處理。干燥、破碎、焙燒和水浸提釩等如前所述，在此不再贅述。
以下將通過實施例對本發明進行詳細描述。
在以下實施例和對比例中，釩元素的含量和釩的浸出率使用以下方法獲得：
1)使用原子發射光譜儀(ICP)分析焙燒產物中釩的含量和水浸提釩后殘渣中釩的含量；
2)浸出率％＝[(焙燒產物中釩的含量-水浸提釩后殘渣中釩的含量)/焙燒產物中釩的含量]×100％。
以下實施例和對比例中使用的化合物均可以通過常規的商購方式獲得。
實施例1
本實施例用于說明本申請提供的釩渣提釩的方法。
釩渣100kg，其中釩元素的含量為8.5重量％(折算成V2O5的含量為15.2重量％)，粒度為全部過80目(其中80％屬于-100目～+200目)。
將釩渣和氫氧化鈉16kg(氫氧化鈉的純度為95重量％，片狀，工業級)倒入中型混凝土攪拌機中，開啟攪拌30min，攪拌的速度為120rpm，然后注入0.9L水，繼續攪拌30min，混合料成粒狀，把混合料加入小型回轉窯中(下料最大量為7kg/h)，每小時下料5kg，厚度保持在30mm，于150℃下干燥60min，將干燥料進入破碎機破碎，使得干燥料的最大粒徑小于20mm，再進入上述小型回轉窯，于750℃焙燒90min(焙燒過程無物料粘回轉窯壁)，取出自然冷卻，使用破碎機將稍大粒徑的塊料磨碎，使得塊料的最大粒徑小于20mm，不磨細，直接于室溫(25℃)下經2L水浸出30min，浸出后殘渣在小型回轉窯中于150℃下干燥24h，稱重為94.5kg。
ICP分析結果表明，浸出后殘渣干燥物中釩元素的含量為0.15重量％，經計算得出釩的浸出率為98.3％。
實施例2
本實施例用于說明本申請提供的釩渣提釩的方法。
釩渣1000g，其中釩元素的含量為8.5重量％(折算成V2O5的含量為15.2重量％)，粒度為全部過80目(其中80％屬于-100目～+200目)。
將釩渣和氫氧化鈉96g(氫氧化鈉的純度為95重量％，片狀，工業級)倒入小型攪拌機中，開啟攪拌30min，攪拌的速度為300rpm，然后注入30mL水，繼續攪拌30min，混合料成粒狀，將混合料均勻鋪于瓷元皿中，厚度保持在20mm，放入140℃干燥箱中干燥45min，將干燥料取出，用小錘子砸碎，使其最大粒徑小于15mm，放入750℃馬弗爐中焙燒90min(焙燒過程無物料粘瓷元皿壁)，取出自然冷卻，用小錘子把稍大粒徑的塊料砸碎，使得塊料的最大粒徑小于15mm，不磨細，直接于室溫下經2000mL水浸出30min，浸出后殘渣至于150℃馬弗爐中干燥24h，稱重為953g。
ICP分析結果表明，浸出后殘渣干燥物中釩元素的含量為0.17重量％，經計算得出釩的浸出率為98.1％。
實施例3
本實施例用于說明本申請提供的釩渣提釩的方法。
釩渣100g，其中釩元素的含量為5.2重量％(折算成V2O5的含量為9.28重量％)，粒度為全部過80目(其中85％屬于-120目～+200目)。
將釩渣和氫氧化鈉4.89g(氫氧化鈉的純度為95重量％，片狀，工業級)倒入瓷元皿中，用玻璃棒進行攪拌30min，攪拌的速度為200rpm，然后注入1mL水，繼續攪拌30min，混合料成小顆粒粒狀，把料鋪均勻于瓷元皿中，厚度保持在10mm，放入120℃干燥箱中干燥30min，將干燥料取出，用玻璃棒把干燥料翻碎，使其最大粒徑小于10mm，轉放入750℃馬弗爐中焙燒90min(焙燒過程無物料粘瓷元皿壁)，取出自然冷卻，用小錘子把稍大粒徑的塊料砸碎，使得塊料的最大粒徑小于10mm，不磨細，直接于室溫下經200mL水浸出30min，浸出后殘渣至于150℃馬弗爐中干燥24h，稱重為95g。
ICP分析結果表明，浸出后殘渣干燥物中釩元素的含量為0.2重量％，經計算得出釩的浸出率為96.3％。
實施例4
本實施例用于說明本申請提供的釩渣提釩的方法。
按照與實施例1相同的方法進行釩渣提釩，其中，所不同的是，使用相同重量的氫氧化鉀代替氫氧化鈉，焙燒過程無物料粘瓷元皿壁。
ICP分析結果表明，浸出后殘渣干燥物中釩元素的含量為0.34重量％，經計算得出釩的浸出率為96.2％。
實施例5
本實施例用于說明本申請提供的釩渣提釩的方法。
按照與實施例1相同的方法進行釩渣提釩，其中，所不同的是，使用相同重量的碳酸鈉代替氫氧化鈉，焙燒過程無物料粘瓷元皿壁。
ICP分析結果表明，浸出后殘渣干燥物中釩元素的含量為0.45重量％，經計算得出釩的浸出率為95.0％。
實施例6
本實施例用于說明本申請提供的釩渣提釩的方法。
按照與實施例1相同的方法進行釩渣提釩，其中，所不同的是，使用相同重量的氫氧化鈉和碳酸鈉的混合物(其中，氫氧化鈉與碳酸鈉的用量的重量比為1：1)代替氫氧化鈉，焙燒過程無物料粘瓷元皿壁。
ICP分析結果表明，浸出后殘渣干燥物中釩元素的含量為0.40重量％，經計算得出釩的浸出率為95.5％。
實施例7
本實施例用于說明本申請提供的釩渣提釩的方法。
釩渣100g，其中釩元素的含量為5.2重量％(折算成V2O5的含量為9.28重量％)，粒度為全部過80目(其中85％屬于-120目～+200目)。
在50℃下，將釩渣和氫氧化鈉的飽和水溶液(含氫氧化鈉3.37g)倒入瓷元皿中，用玻璃棒進行攪拌30min，攪拌的速度為200rpm，混合料成小顆粒粒狀，把料鋪均勻于瓷元皿中，厚度保持在10mm，放入120℃干燥箱中干燥30min，將干燥料取出，用玻璃棒把干燥料翻碎，使其最大粒徑小于10mm，轉放入750℃馬弗爐中焙燒90min(焙燒過程無物料粘瓷元皿壁)，取出自然冷卻，用小錘子把稍大粒徑的塊料砸碎，使得塊料的最大粒徑小于10mm，不磨細，直接于室溫下經200mL水浸出30min，浸出后殘渣至于150℃馬弗爐中干燥24h，稱重為95g。
ICP分析結果表明，浸出后殘渣干燥物中釩元素的含量為0.2重量％，經計算得出釩的浸出率為96.3％。
實施例8
按照與實施例1相同的方法進行釩渣提釩，其中，所不同的是，混合料干燥的條件為：厚度保持在60mm，于80℃下干燥15min，焙燒過程無物料粘瓷元皿壁。
ICP分析結果表明，浸出后殘渣干燥物中釩元素的含量為0.34重量％，經計算得出釩的浸出率為93.7％。
實施例9
按照與實施例1相同的方法進行釩渣提釩，其中，所不同的是，使用相同重量的氯化鈉代替氫氧化鈉，焙燒過程無物料粘瓷元皿壁。
ICP分析結果表明，浸出后殘渣干燥物中釩元素的含量為0.60重量％，經計算得出釩的浸出率為93.3％。
對比例1
按照與實施例1相同的方法進行釩渣提釩，其中，所不同的是，未注入水，焙燒過程觀察到物料粘瓷元皿壁。
ICP分析結果表明，浸出后殘渣中釩元素的含量為0.65重量％，經計算得出釩的浸出率為92.8％。
將本發明提供的實施例1-9與對比例1的結果相對比可知，通過本發明提供的釩渣提釩方法可以獲得較高的釩浸出率，并且該方法具有焙燒過程無需加殘渣或其它惰性輔料、無需球團化且不粘料的優點，具有良好的工業應用前景。
以上詳細描述了本發明的優選實施方式，但是，本發明并不限于上述實施方式中的具體細節，在本發明的技術構思范圍內，可以對本發明的技術方案進行多種簡單變型，這些簡單變型均屬于本發明的保護范圍。
另外需要說明的是，在上述具體實施方式中所描述的各個具體技術特征，在不矛盾的情況下，可以通過任何合適的方式進行組合。為了避免不必要的重復，本發明對各種可能的組合方式不再另行說明。
此外，本發明的各種不同的實施方式之間也可以進行任意組合，只要其不違背本發明的思想，其同樣應當視為本發明所公開的內容。