處理轉爐釩鉻渣的系統和方法與流程

本發明屬于冶金領域，具體來講，涉及處理轉爐釩鉻渣的系統和方法。

背景技術：

我國是一個貧鉻的國家，97％的鉻礦都依賴于進口。值得注意的是，攀枝花紅格地區的高鉻型釩鈦磁鐵礦中鉻含量高達900萬噸，鉻與釩在原礦中的含量相當。國內對這種紅格釩鈦磁鐵礦的處理方法為首先經過高爐冶煉成含釩鉻鐵水，然后在轉爐中氧化吹煉出轉爐釩鉻渣(或簡稱釩鉻渣)。轉爐釩鉻渣屬釩鉻相當或低釩高鉻的高鉻型釩渣，其鉻含量(5％～13％)是普通釩渣的近10倍，具有較大的應用價值。現有技術對于該釩鉻渣進行高溫氧化鈉化焙燒－水浸得到的低釩高鉻溶液，含有較多的硅、鐵、鋁、磷等雜質，沉釩產品純度不高，且得到的高鉻溶液中含少量釩難以去除，目前條件下無法獲得合格的鉻產品。

釩鉻的提取分離目前主要采用鈉化焙燒-水浸-銨鹽沉釩-廢水還原沉淀鉻的工藝，但該工藝目前僅適用于鉻含量較低的低鉻型釩渣。對于高鉻型釩渣的釩鉻分離，有先鈣化焙燒提釩、再鈉化焙燒提鉻的分步提取工藝，但該方法經濟性較差，且制得釩、鉻產品純度不高。不同來源的釩鈦磁鐵礦，得到釩鉻含量不同的含鉻釩渣，經不同的焙燒-浸出方法再得到不同的釩鉻溶液體系，釩鉻溶液的組分差異較大，這就加大了分離回收釩、鉻的難度。針對傳統的含鉻釩渣，中科院過程所采用亞熔鹽法分離回收釩、鉻，釩和鉻的浸出率可達95％和90％，但是高堿條件對反應器、管道、閥門、法蘭等設備材質要求很高，實現工業化應用有一定難度。

迄今為止，釩鉻渣中釩、鉻提取及分離尚未有工業化生產的工藝技術，其主要的技術難點在于釩、鉻難于實現高效提取且分離困難，釩鉻資源的高效、清潔利用更是一大難題。因此，目前對于釩鉻渣的處理技術有待進一步改進。

技術實現要素：

本發明旨在至少在一定程度上解決相關技術中的技術問題之一。為此，本發明的一個目的在于提出處理轉爐釩鉻渣的系統和方法，通過采用該處理轉爐釩鉻渣的系統和方法，不僅可以實現轉爐釩鉻渣中釩、鉻的高效分離，并回收釩鉻渣中的鐵元素，還能大幅提高回收得到的釩、鉻、鐵終產品的品位。

根據本發明的一個方面，本發明提出了一種處理轉爐釩鉻渣的系統。根據本發明的實施例，該系統包括：

直接還原裝置，所述直接還原裝置具有轉爐釩鉻渣入口、還原劑入口和還原焙砂出口；

分離裝置，所述分離裝置具有還原焙砂入口、鐵出口和除鐵釩鉻渣出口，所述還原焙砂入口與所述還原焙砂出口相連；

氧化鈉化焙燒裝置，所述氧化鈉化焙燒裝置具有除鐵釩鉻渣入口、鈉鹽入口、空氣入口和水溶性釩/鉻酸鈉熟料出口，所述除鐵釩鉻渣入口與所述除鐵釩鉻渣出口相連；

水浸裝置，所述水浸裝置具有水溶性釩/鉻酸鈉熟料入口、釩鉻水浸液出口和浸出渣出口，所述水溶性釩/鉻酸鈉熟料入口與所述水溶性釩/鉻酸鈉熟料出口相連；

酸性銨鹽沉釩裝置，所述酸性銨鹽沉釩裝置具有釩鉻水浸液入口、第一酸度調節劑入口、銨鹽入口、多聚釩酸銨出口和鉻液出口，所述釩鉻水浸液入口與所述釩鉻水浸液出口相連；

還原沉淀-煅燒提鉻裝置，所述還原沉淀-煅燒提鉻裝置具有鉻液入口、第二酸度調節劑入口、硫化鈉入口、三氧化二鉻出口和提鉻廢液出口，所述鉻液入口與所述鉻液出口相連。

由此，通過采用本發明上述實施例的處理轉爐釩鉻渣的系統，不僅可以有效解決現有技術中釩鉻渣中釩、鉻分離困難的難題，實現釩鉻渣中釩、鉻的高效分離，并回收釩鉻渣中的鐵元素，顯著提高釩鉻渣的綜合利用率，同時還能大幅提高回收得到的釩、鉻、鐵終產品的品位，使釩鉻渣資源的得到高效、清潔的利用。

另外，根據本發明上述實施例的處理轉爐釩鉻渣的系統還可以具有如下附加的技術特征：

在本發明的一些實施例中，所述直接還原裝置為轉底爐或氣基豎爐，所述分離裝置為熔分裝置或者磨礦磁選裝置，優選，所述磨礦磁選裝置為球磨機和磁選機的聯動裝置，所述氧化鈉化焙燒裝置為回轉窯、隧道窯、多層焙燒爐或轉底爐，所述還原沉淀-煅燒提鉻裝置為還原沉淀設備和煅燒設備的聯動裝置，優選，所述煅燒設備為煅燒爐。由此，可以進一步提高處理轉爐釩鉻渣的效率。

根據本發明的第二方面，本發明提出了一種采用前面實施例的系統處理轉爐釩鉻渣的方法，該方法包括：

(1)將轉爐釩鉻渣在直接還原裝置內于1100～1280℃下進行直接還原處理，得到還原焙砂；

(2)將所述還原焙砂供給至分離裝置進行分離處理，以便得到鐵和除鐵釩鉻渣；

(3)將所述除鐵釩鉻渣和鈉鹽混合后供給至氧化鈉化焙燒裝置內進行氧化鈉化焙燒處理，以便得到水溶性釩/鉻酸鈉熟料；

(4)將所述水溶性釩/鉻酸鈉熟料供給至水浸裝置內進行水浸處理，以便得到釩鉻水浸液和浸出渣；

(5)將所述釩鉻水浸液供給至酸性銨鹽沉釩裝置內進行酸性銨鹽沉釩處理，以便得到多聚釩酸銨和鉻液；

(6)將所述鉻液供給至還原沉淀-煅燒提鉻裝置內進行還原沉淀-煅燒提鉻處理，以便得到三氧化二鉻和提鉻廢液。

由此，根據本發明實施例的處理轉爐釩鉻渣的方法通過將轉爐釩鉻渣在1100～1280℃下進行直接還原處理，以便使鐵被還原而釩、鉻不被還原，得到還原焙砂，進而將還原焙砂進行分離處理，將還原焙砂中的鐵分離，得到鐵和除鐵釩鉻渣；進一步地，將除鐵釩鉻渣通過氧化鈉化焙燒處理得到水溶性釩/鉻酸鈉熟料，水溶性釩/鉻酸鈉熟料經過水浸后得到的釩鉻水浸液進行酸性銨鹽沉釩，得到多聚釩酸銨和鉻液，從而將釩與鉻分離開；最后鉻液還原沉淀-煅燒提鉻處理得到三氧化二鉻產品。由此，通過采用本發明實施例的處理轉爐釩鉻渣的方法，不僅可以有效解決現有技術中釩鉻渣中釩、鉻分離困難的難題，實現釩鉻渣中釩、鉻的高效分離，并回收釩鉻渣中的鐵元素，顯著提高釩鉻渣的綜合利用率，同時還能大幅提高回收得到的釩、鉻、鐵終產品的品位，使釩鉻渣資源的得到高效、清潔的利用。

另外，根據本發明上述實施例的處理轉爐釩鉻渣的方法還可以具有如下附加的技術特征：

在本發明的一些實施例中，步驟(1)中，所述轉爐釩鉻渣中Cr₂O₃的含量為8～16重量％，V₂O₅的含量為8～16重量％，Fe的含量為20～35重量％。

在本發明的一些實施例中，步驟(1)中，所述還原焙砂的鐵金屬化率不低于80％。由此可以進一步提高鐵的回收率。

在本發明的一些實施例中，步驟(2)中，所述除鐵釩鉻渣中鐵的含量不大于8重量％。由此，可以在提高鐵回收率的同時，顯著提高后續得到的多聚釩酸銨產品中的釩品位和回收率以及重鉻酸鈉產品中的鉻品位和回收率。

在本發明的一些實施例中，步驟(3)中，所述除鐵釩鉻渣與所述鈉鹽的混合質量比為100:(20～40)。由此可以進一步提高釩鉻回收率。

在本發明的一些實施例中，步驟(3)中，所述氧化鈉化焙燒處理是在1050～1200℃的溫度下進行1～2h完成的。由此可以進一步提高釩鉻回收率。

在本發明的一些實施例中，步驟(5)中，所述酸性銨鹽沉釩處理包括：調節所述釩鉻水浸液的pH值至1.0～2.5，并升溫至85～95℃；向所述釩鉻水浸液中加入銨鹽進行反應1～2h并過濾，以便得到多聚釩酸銨和鉻液，其中，所述銨鹽為NH₄Cl或(NH₄)₂SO₄，所述銨鹽的加入量為所述釩鉻水浸液中V₂O₅質量的0.5～1.0倍。由此可以進一步提高釩的回收率。

在本發明的一些實施例中，步驟(6)中，所述還原沉淀-煅燒提鉻處理包括：利用堿液對所述鉻液進行中和處理；向經過所述中和處理的鉻液中加入Na₂S進行還原并過濾，以便得到氫氧化鉻沉淀和提鉻廢液；將所述氫氧化鉻沉淀進行煅燒處理，以便得到Cr₂O₃。由此可以進一步提高鉻回收率和Cr₂O₃的品位。

附圖說明

圖1是根據本發明一個實施例的處理轉爐釩鉻渣的系統流程示意圖。

圖2是根據本發明一個實施例的處理轉爐釩鉻渣的方法流程示意圖。

具體實施方式

下面詳細描述本發明的實施例，實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，旨在用于解釋本發明，而不能理解為對本發明的限制。

在本發明的一個方面，本發明提出了處理轉爐釩鉻渣的系統。下面對本發明具體實施例的處理轉爐釩鉻渣的系統進行詳細描述。

根據本發明的實施例，參考圖1，該系統包括：直接還原裝置100、分離裝置200、氧化鈉化焙燒裝置300、水浸裝置400、酸性銨鹽沉釩裝置500和還原沉淀-煅燒提鉻裝置600。其中，直接還原裝置100具有轉爐釩鉻渣入口110、還原劑入口120和還原焙砂出口130；分離裝置200具有還原焙砂入口210、鐵出口220和除鐵釩鉻渣出口230，還原焙砂入口210與還原焙砂出口130相連；氧化鈉化焙燒裝置300具有除鐵釩鉻渣入口310、鈉鹽入口320、空氣入口330和水溶性釩/鉻酸鈉熟料出口340，除鐵釩鉻渣入口310與除鐵釩鉻渣出口230相連；水浸裝置400具有水溶性釩/鉻酸鈉熟料入口410、釩鉻水浸液出口420和浸出渣出口430，水溶性釩/鉻酸鈉熟料入口410與水溶性釩/鉻酸鈉熟料出口340相連；酸性銨鹽沉釩裝置500具有釩鉻水浸液入口510、第一酸度調節劑入口520、銨鹽入口530、多聚釩酸銨出口540和鉻液出口550，釩鉻水浸液入口510與釩鉻水浸液出口420相連；還原沉淀-煅燒提鉻裝置600具有鉻液入口610、第二酸度調節劑入口620、硫化鈉入口630、三氧化二鉻出口640和提鉻廢液出口650，鉻液入口610與鉻液出口550相連。

下面參考圖1對根據本發明實施例的處理轉爐釩鉻渣的系統進行詳細描述：

根據本發明的實施例，直接還原裝置100具有轉爐釩鉻渣入口101、還原煤入口102和還原焙砂出口103，直接還原裝置100適于采用還原煤將轉爐釩鉻渣進行直接還原處理，以便使鐵被還原而釩鉻不被還原，得到還原焙砂。具體地，釩鉻渣是紅格釩鈦磁鐵礦經高爐冶煉和轉爐氧化吹煉后得到的尾礦，其主要物相為FeO·(Cr,V,Ti)₂O₃和2FeO·SiO₂，釩、鉻和部分鐵主要以釩鐵和鉻鐵尖晶石的形式存在，還有一部分鐵以鐵橄欖石的形式存在。

根據本發明的實施例，轉爐釩鉻渣中Cr₂O₃質量分數為8～16％，Fe質量分數為20～35％，V₂O₅的質量分數為8～16％，具有較大的回收利用價值。根據不同金屬的活潑程度不同，可以實現不同金屬的分步還原。而通過將轉爐釩鉻渣在1100～1280℃下進行直接還原處理，可以使鐵被還原而釩鉻不被還原，得到還原焙砂，其中，對鐵化合物的還原主要包括如下反應：

2FeO·SiO₂+2C+CaO＝2Fe+CaO+SiO₂+2CO

2FeO·SiO₂+2CO+CaO＝2Fe+CaO+SiO₂+2CO₂

FeO·(Cr,V,Ti)₂O₃+C＝(Cr,V,Ti)₂O₃+Fe+CO

FeO·(Cr,V,Ti)₂O₃+CO＝(Cr,V,Ti)₂O₃+Fe+CO₂

根據本發明的一個具體實施例，直接還原處理優選在1100～1280℃下進行，由此，可以進一步提高鐵的回收率；同時，發明人發現，如果直接還原處理的溫度過高，將會使轉爐釩鉻渣中的釩、鉻與鐵同時被還原，導致釩、鉻無法與鐵分離；如果直接還原處理的溫度過低，鐵的還原反應不能進行或進行效率低下。

根據本發明的具體實施例，直接還原處理可以為煤基直接還原處理或氣基直接還原處理。

根據本發明的具體實施例，直接還原處理得到的還原焙砂的金屬化率不低于80％，由此，可以顯著提高鐵的回收率。

根據本發明的實施例，直接還原裝置200的種類并不受特別限制，本領域技術人員可以根據實際需要進行選擇，根據本發明的具體實施例，直接還原裝置200可以為轉底爐或氣基豎爐。由此可以進一步提高鐵的還原效率。

根據本發明的實施例，分離裝置200具有還原焙砂入口201、鐵出口202和除鐵釩鉻渣出口203，還原焙砂入口201與還原焙砂出口103相連，分離裝置200適于將還原焙砂進行分離處理，以便得到鐵和除鐵釩鉻渣。經檢測，分離得到的鐵中鐵的質量分數不小于95％，鐵的回收率不小于85％，而除鐵釩鉻渣中鐵的質量分數不大于8％。由此不僅實現了鐵與釩鉻的有效分離和釩鉻的富集，同時獲得了高品質的鐵，還可以進一步提高后釩鉻終產品的品質。

根據本發明的具體實施例，分離裝置可以為磨礦磁選裝置或者熔分裝置。

根據本發明的一個具體實施例，當采用熔分裝置對金屬化球團進行分離處理時，熔分處理可以在非還原性氣氛中，1500～1600攝氏度的溫度下進行，由此，可以進一步提高分離得到的鉻鐵合金產品中鉻與鐵的品位。根據本發明的實施例，非還原性氣氛優選氣氛中含O₂體積濃度3～25％，由此可以保證在熔分過程中金屬更好的分離。

根據本發明的具體實施例，磨礦磁選裝置為球磨機和磁選機的聯動裝置，熔分裝置可以為電爐，由此可以顯著提高分離處理的效率。

根據本發明的實施例，氧化鈉化焙燒裝置300具有除鐵釩鉻渣入口310、鈉鹽入口320、空氣入口330和水溶性釩/鉻酸鈉熟料出口340，除鐵釩鉻渣入口310與除鐵釩鉻渣出口230相連。氧化鈉化焙燒裝置300適于對除鐵釩鉻渣和鈉鹽混合后進行氧化鈉化焙燒處理，以便得到水溶性釩/鉻酸鈉熟料。

根據本發明的實施例，通過氧化鈉化焙燒處理，除鐵釩鉻渣中的三氧化二釩和三氧化二鉻發生氧化鈉化焙燒反應得到水溶性的釩/鉻酸鈉，并進一步通過水浸與渣分離。由此可以進一步純化釩和鉻，提高釩和鉻的純度。

根據本發明的具體實施例，氧化鈉化焙燒處理過程中發生的主要反應包括：

Na₂O+V₂O₃+O₂＝2NaVO₃

4Na₂O+2Cr₂O₃+3O₂＝4Na₂CrO₄

由此，除鐵釩鉻渣中的三氧化二釩和三氧化二鉻轉化為水溶性釩酸鈉和鉻酸鈉，進而可以通過水浸提純。

根據本發明的具體實施例，可以將除鐵釩鉻渣與鈉鹽按照100:(20～40)質量比進行混合并發生氧化鈉化焙燒反應。由此可以使得除鐵釩鉻渣中的三氧化二釩和三氧化二鉻充分地轉化為水溶性釩酸鈉和鉻酸鈉。進而有效地回收除鐵釩鉻渣中釩和鉻，提高釩和鉻回收率。

根據本發明的具體實施例，氧化鈉化焙燒處理具體可以在1050～1200℃的溫度下進行1～2h完成的。發明人發現，在上述溫度下可以有效地使得三氧化二釩和三氧化二鉻與氧化鈉發生反應，進而提高釩和鉻回收率。發明人發現，若溫度過低，反應進行不徹底，若溫度過高，得到的水溶性釩/鉻酸鈉在高溫下可能會繼續反應生成非水溶性的復雜化合物，造成釩、鉻損失，發明人通過大量試驗意外發現，氧化鈉化焙燒處理在1050～1200℃的溫度下進行1～2h，釩和鉻回收率最高。

根據本發明的具體實施例，氧化鈉化焙燒裝置可以為回轉窯、隧道窯、多層焙燒爐或轉底爐，由此可以進一步提高氧化鈉化焙燒反應效率，提高釩和鉻的回收率。

根據本發明的實施例，水浸裝置400具有水溶性釩/鉻酸鈉熟料入口410、釩鉻水浸液出口420和浸出渣出口430，水溶性釩/鉻酸鈉熟料入口410與水溶性釩/鉻酸鈉熟料出口340相連。水浸裝置400適于對上述氧化鈉化焙燒處理得到的水溶性釩/鉻酸鈉熟料進行水浸處理，以便得到釩鉻水浸液和浸出渣。由此進一步對釩和鉻進行去渣提純，提高后續釩和鉻產品品位。

根據本發明的實施例，酸性銨鹽沉釩裝置500具有釩鉻水浸液入口510、第一酸度調節劑入口520、銨鹽入口530、多聚釩酸銨出口540和鉻液出口550，釩鉻水浸液入口510與釩鉻水浸液出口420相連。酸性銨鹽沉釩裝置500適于對釩鉻水浸液進行酸性銨鹽沉釩處理，以便得到多聚釩酸銨和鉻液。由此通過在酸性條件性對釩鉻水浸液銨鹽沉釩處理，可以有效地將釩轉化為多聚釩酸銨沉淀，進而與鉻分離開。

根據本發明的具體實施例，酸性銨鹽沉釩處理包括：調節釩鉻水浸液的pH值至1.0～2.5，并升溫至85～95℃；向釩鉻水浸液中加入銨鹽進行反應1～2h并過濾，以便得到多聚釩酸銨和鉻液，其中，銨鹽為NH₄Cl或(NH₄)₂SO₄，銨鹽的加入量為釩鉻水浸液中V₂O₅質量的0.5～1.0倍。發明人發現，當在85～95℃進行酸性銨鹽沉釩處理可以顯著提高反應效率，提高多聚釩酸銨沉淀的產率。發明人通過大量試驗發現，當溫度低于85℃時，不會有多聚釩酸銨生成；當溫度高于95℃時，水的蒸發嚴重不利于控制溶液pH。當釩鉻水浸液的pH值在1.0～2.5，溫度85～95℃，向釩鉻水浸液中加入銨鹽進行反應1～2h，多聚釩酸銨的生成反應進行的最徹底。

根據本發明的具體實施例，酸性銨鹽沉釩處理過程中發生的主要反應包括：

10VO₃^-+6H⁺＝H₂V₁₀O₂₈^4-+2H₂O

3H₂V₁₀O₂₈^4-+10NH₄⁺+2H⁺＝5(NH₄)₂V₆O₁₆↓+4H₂O

具體地，在pH＝1.0～2.5，溫度85～95℃條件下，此時V以H₂V₁₀O₂₈^4-形式存在，向釩鉻水浸液中加入NH₄Cl或(NH₄)₂SO₄，NH₄Cl或(NH₄)₂SO₄的加入質量為釩鉻水浸液中V₂O₅質量的0.5～1.0倍，反應時間60～120min，最終釩以多聚釩酸銨的形式通過沉淀、過濾分離出來，而鉻留在溶液中形成鉻液。

由此，本發明實施例的處理轉爐釩鉻渣的系統預先利用直接還原裝置100將轉爐釩鉻渣脫除鐵后，利用氧化鈉化焙燒裝置300將釩和鉻轉化為水溶性的釩/鉻酸鈉熟料，最后利用酸性銨鹽沉釩裝置500在酸性條件下使得釩與銨鹽發生反應生成多聚釩酸銨沉淀從而與鉻進行分離。因此，本實施例的處理轉爐釩鉻渣的系統能夠有效地將釩與鉻進行分離，同時還可以進一步提高釩和鉻的回收率和品位。

根據本發明的實施例，還原沉淀-煅燒提鉻裝置600具有鉻液入口610、第二酸度調節劑入口620、硫化鈉入口630、三氧化二鉻出口640和提鉻廢液出口650，鉻液入口610與鉻液出口550。還原沉淀-煅燒提鉻裝置600適于對鉻液進行還原沉淀-煅燒提鉻處理，以便得到三氧化二鉻和提鉻廢液。由此實現對鉻的最終回收，同時采用還原沉淀-煅燒提鉻處理可以進一步提高三氧化二鉻純度。

根據本發明的具體實施例，還原沉淀-煅燒提鉻處理包括：利用堿液對鉻液進行中和處理；向經過中和處理的鉻液中加入Na₂S進行還原并過濾，以便得到氫氧化鉻沉淀和提鉻廢液；將氫氧化鉻沉淀進行煅燒處理，以便得到Cr₂O₃。由此，通過利用Na₂S可以地還原Na₂CrO₄可以得到Cr(OH)₃沉淀，進而有效地實現鉻的回收。

根據本發明的具體實施例，還原沉淀-煅燒提鉻處理過程中發生的主要反應包括：

8Na₂CrO₄+6Na₂S+2H₂O＝8Cr(OH)₃↓+3Na₂S₂O₃+22NaOH

2Cr(OH)₃＝2Cr₂O₃+3H₂O

具體地，對鉻液首先用堿液進行中和處理，再向中和后的鉻液中加入Na₂S進行還原，鉻以氫氧化鉻Cr(OH)₃沉淀的形式分離，最后將氫氧化鉻Cr(OH)₃進行煅燒處理得到Cr₂O₃。

本發明實施例的處理轉爐釩鉻渣的系統，利用還原沉淀-煅燒提鉻裝置600對鉻液進行還原沉淀-煅燒提鉻處理，可以有效地將水溶性釩酸鈉轉化為氫氧化鈉沉淀，進而通過焙燒回收得到三氧化二鉻產品。采用該系統可以有效回收轉爐釩鉻渣中的鉻，同時還可以進一步提高鉻的品位。

根據本發明的具體實施例，還原沉淀-煅燒提鉻裝置600可以為還原沉淀設備和煅燒設備的聯動裝置，具體地，煅燒設備可以為煅燒爐。由此通過采用還原沉淀設備和煅燒設備的聯動裝置可以進一步提高對鉻液進行還原沉淀-煅燒提鉻的效率，同時還可以進一步提高三氧化二鉻產品的純度。

根據本發明的第二方面，本發明提出了一種采用前面實施例的系統處理轉爐釩鉻渣的方法。根據本發明的實施例，該方法包括：(1)將轉爐釩鉻渣在直接還原裝置內于1100～1280℃下進行直接還原處理，以便使鐵被還原而釩鉻不被還原，得到還原焙砂；(2)將還原焙砂供給至分離裝置進行分離處理，以便得到鐵和除鐵釩鉻渣；(3)將除鐵釩鉻渣和鈉鹽混合后供給至氧化鈉化焙燒裝置內進行氧化鈉化焙燒處理，以便得到水溶性釩/鉻酸鈉熟料；(4)將水溶性釩/鉻酸鈉熟料供給至水浸裝置內進行水浸處理，以便得到釩鉻水浸液和浸出渣；(5)將釩鉻水浸液供給至酸性銨鹽沉釩裝置內進行酸性銨鹽沉釩處理，以便得到多聚釩酸銨和鉻液；(6)將鉻液供給至還原沉淀-煅燒提鉻裝置內進行還原沉淀-煅燒提鉻處理，以便得到三氧化二鉻和提鉻廢液。

下面參考圖2對根據本發明實施例的處理轉爐釩鉻渣的方法進行詳細描述。根據本發明的實施例，該方法包括：

S100：直接還原處理

該步驟中，采用還原煤將轉爐釩鉻渣在1100～1280℃下進行直接還原處理，以便使鐵被還原而釩鉻不被還原，得到還原焙砂。具體地，釩鉻渣是紅格釩鈦磁鐵礦經高爐冶煉和轉爐氧化吹煉后得到的尾礦，其主要物相為FeO·(Cr,V,Ti)₂O₃和2FeO·SiO₂，釩、鉻和部分鐵主要以釩鐵和鉻鐵尖晶石的形式存在，還有一部分鐵以鐵橄欖石的形式存在。

根據本發明的實施例，轉爐釩鉻渣中Cr₂O₃質量分數為8～16％，Fe質量分數為20～35％，V₂O₅的質量分數為8～16％，具有較大的回收利用價值。另外本發明實施例的處理轉爐釩鉻渣的方法可以有效針對高鉻型釩渣進行處理，進而提高該方法的適用范圍。本發明根據不同金屬的活潑程度不同，可以實現不同金屬的分步還原。而通過將轉爐釩鉻渣在1100～1280℃下進行直接還原處理，可以使鐵被還原而釩鉻不被還原，得到還原焙砂，其中，對鐵化合物的還原主要包括如下反應：

2FeO·SiO₂+2C+CaO＝2Fe+CaO+SiO₂+2CO；

2FeO·SiO₂+2CO+CaO＝2Fe+CaO+SiO₂+2CO₂；

FeO·(Cr,V,Ti)₂O₃+C＝(Cr,V,Ti)₂O₃+Fe+CO；

FeO·(Cr,V,Ti)₂O₃+CO＝(Cr,V,Ti)₂O₃+Fe+CO₂。

根據本發明的一個具體實施例，直接還原處理優選在1100～1280℃下進行，由此，可以進一步提高鐵的回收率；同時，發明人發現，如果直接還原處理的溫度過高，將會使轉爐釩鉻渣中的釩、鉻與鐵同時被還原，導致釩、鉻無法與鐵分離；如果直接還原處理的溫度過低，鐵的還原反應不能進行或進行效率低下。

根據本發明的一個具體實施例，直接還原處理可以為煤基直接還原處理或氣基直接還原處理。

根據本發明的一個具體實施例，直接還原處理得到的還原焙砂的金屬化率不低于80％，由此，可以有效提高轉爐釩鉻渣中鐵的回收率，進而提高后續回收釩、鉻終產品的品質。

S200：分離處理

該步驟中，將還原焙砂在分離裝置內進行分離處理，以便得到鐵和除鐵釩鉻渣。經檢測，分離得到的鐵中鐵的質量分數不小于85％，鐵的回收率不小于85％，而除鐵釩鉻渣中鐵的質量分數不大于8％。由此不僅實現了鐵與釩鉻的有效分離和釩鉻的富集，同時獲得了高品質的鐵，還可以進一步提高后釩鉻終產品的品質。

根據本發明的實施例，分離處理的條件并不受特別限制，本領域技術人員可以根據實際需要進行選擇，根據本發明的具體實施例，可以采用磨礦磁選裝置或者熔分裝置對金屬化球團進行分離處理。

根據本發明的一個具體實施例，當采用熔分裝置對金屬化球團進行分離處理時，熔分處理可以在非還原性氣氛中，1500～1600攝氏度的溫度下進行，由此，可以進一步提高分離得到的鉻鐵合金產品中鉻與鐵的品位。根據本發明的實施例，非還原性氣氛優選氣氛中含O₂體積濃度3～25％，由此可以保證在熔分過程中金屬更好的分離。

根據本發明的具體實施例，磨礦磁選裝置可以為球磨機和磁選機的聯動裝置，熔分裝置可以為電爐，由此可以顯著提高分離處理的效率。

S300：氧化鈉化焙燒處理

該步驟中，將除鐵釩鉻渣和鈉鹽混合后進行氧化鈉化焙燒處理，以便得到水溶性釩/鉻酸鈉熟料。

根據本發明的實施例，通過氧化鈉化焙燒處理，除鐵釩鉻渣中的三氧化二釩和三氧化二鉻發生氧化鈉化焙燒反應得到水溶性的釩/鉻酸鈉，并進一步通過水浸與渣分離。由此可以進一步純化釩和鉻，提高釩和鉻的純度。

根據本發明的具體實施例，氧化鈉化焙燒處理過程中發生的主要反應包括：

Na₂O+V₂O₃+O₂＝2NaVO₃

4Na₂O+2Cr₂O₃+3O₂＝4Na₂CrO₄

由此，除鐵釩鉻渣中的三氧化二釩和三氧化二鉻轉化為水溶性釩酸鈉和鉻酸鈉，進而可以通過水浸提純。

根據本發明的具體實施例，可以將除鐵釩鉻渣與鈉鹽按照100:(20～40)質量比進行混合并發生氧化鈉化焙燒反應。由此可以使得除鐵釩鉻渣中的三氧化二釩和三氧化二鉻充分地轉化為水溶性釩酸鈉和鉻酸鈉。進而有效地回收除鐵釩鉻渣中釩和鉻，提高釩和鉻回收率。

根據本發明的具體實施例，氧化鈉化焙燒處理具體可以在1050～1200℃的溫度下進行1～2h完成的。發明人發現，在上述溫度下可以有效地使得三氧化二釩和三氧化二鉻與氧化鈉發生反應，進而提高釩和鉻回收率。發明人發現，若溫度過低，反應進行不徹底，若溫度過高，得到的水溶性釩/鉻酸鈉在高溫下可能會繼續反應生成非水溶性的復雜化合物，造成釩、鉻損失，發明人通過大量試驗意外發現，氧化鈉化焙燒處理在1050～1200℃的溫度下進行1～2h，釩和鉻回收率最高。

根據本發明的一個具體實施例，在進行氧化鈣化焙燒處理前，還可以向除鐵釩鉻渣配入粘結劑，由此可以將除鐵釩鉻渣與鈣鹽和粘結劑混合成型為釩鉻球團，再將釩鉻球團進行氧化鈣化焙燒處理，從而可以進一步提高釩、鉻的回收率。

S400：水浸處理

該步驟中，將上述氧化鈉化焙燒處理得到的水溶性釩/鉻酸鈉熟料進行水浸處理，以便得到釩鉻水浸液和浸出渣。由此進一步對釩和鉻進行去渣提純，提高后續釩和鉻產品品位。

根據本發明的實施例，水浸處理條件為：浸出溫度80～95℃，浸出時間20～60min，液固質量比(3～5):1。根據本發明的實施例，在上述條件下對水溶性釩/鉻酸鈉熟料進行水浸處理，得到的釩鉻水浸液中釩的浸出率不低于85％，鉻的浸出率不低于80％。由此進一步提高釩和鉻回收率以及釩鉻產品品位。

S500：酸性銨鹽沉釩處理

該步驟中，將釩鉻水浸液進行酸性銨鹽沉釩處理，以便得到多聚釩酸銨和鉻液。由此通過在酸性條件性對釩鉻水浸液銨鹽沉釩處理，可以有效地將釩轉化為多聚釩酸銨沉淀，進而與鉻分離開。

根據本發明的具體實施例，酸性銨鹽沉釩處理包括：調節釩鉻水浸液的pH值至1.0～2.5，并升溫至85～95℃；向釩鉻水浸液中加入銨鹽進行反應1～2h并過濾，以便得到多聚釩酸銨和鉻液，其中，銨鹽為NH₄Cl或(NH₄)₂SO₄，銨鹽的加入量為釩鉻水浸液中V₂O₅質量的0.5～1.0倍。發明人發現，當在85～95℃進行酸性銨鹽沉釩處理可以顯著提高反應效率，提高多聚釩酸銨沉淀的產率。發明人通過大量試驗發現，當溫度低于85℃時，不會有多聚釩酸銨生成；當溫度高于95℃時，水的蒸發嚴重不利于控制溶液pH。當釩鉻水浸液的pH值在1.0～2.5，溫度85～95℃，向釩鉻水浸液中加入銨鹽進行反應1～2h，多聚釩酸銨的生成反應進行的最徹底。

根據本發明的具體實施例，酸性銨鹽沉釩處理過程中發生的主要反應包括：

10VO₃^-+6H⁺＝H₂V₁₀O₂₈^4-+2H₂O

3H₂V₁₀O₂₈^4-+10NH₄⁺+2H⁺＝5(NH₄)₂V₆O₁₆↓+4H₂O

具體地，在pH＝1.0～2.5，溫度85～95℃條件下，此時V以H₂V₁₀O₂₈^4-形式存在，向釩鉻水浸液中加入NH₄Cl或(NH₄)₂SO₄，NH₄Cl或(NH₄)₂SO₄的加入質量為釩鉻水浸液中V₂O₅質量的0.5～1.0倍，反應時間60～120min，最終釩以多聚釩酸銨的形式通過沉淀、過濾分離出來，而鉻留在溶液中形成鉻液。

由此，本發明實施例的處理轉爐釩鉻渣的方法預先將轉爐釩鉻渣脫除鐵后，將釩和鉻轉化為水溶性的釩/鉻酸鈉熟料，最后通過在酸性條件下使得釩與銨鹽發生反應生成多聚釩酸銨沉淀從而與鉻進行分離。因此，本實施例的處理轉爐釩鉻渣的方法能夠有效地將釩與鉻進行分離，同時還可以進一步提高釩和鉻的回收率和品位。

S600：還原沉淀-煅燒提鉻處理

該步驟中，將鉻液進行還原沉淀-煅燒提鉻處理，以便得到三氧化二鉻和提鉻廢液。由此實現對鉻的最終回收，同時采用還原沉淀-煅燒提鉻處理可以進一步提高三氧化二鉻純度。

根據本發明的具體實施例，還原沉淀-煅燒提鉻處理包括：利用堿液對鉻液進行中和處理；向經過中和處理的鉻液中加入Na₂S進行還原并過濾，以便得到氫氧化鉻沉淀和提鉻廢液；將氫氧化鉻沉淀進行煅燒處理，以便得到Cr₂O₃。由此，通過利用Na₂S可以地還原Na₂CrO₄可以得到Cr(OH)₃沉淀，進而有效地實現鉻的回收。

根據本發明的具體實施例，還原沉淀-煅燒提鉻處理過程中發生的主要反應包括：

8Na₂CrO₄+6Na₂S+2H₂O＝8Cr(OH)₃↓+3Na₂S₂O₃+22NaOH

2Cr(OH)₃＝2Cr₂O₃+3H₂O

具體地，對鉻液首先用堿液進行中和處理，再向中和后的鉻液中加入Na₂S進行還原，鉻以氫氧化鉻Cr(OH)₃沉淀的形式分離，最后將氫氧化鉻Cr(OH)₃進行煅燒處理得到Cr₂O₃。

本發明實施例的處理轉爐釩鉻渣的方法，通過對鉻液進行還原沉淀-煅燒提鉻處理，可以有效地將水溶性釩酸鈉轉化為氫氧化鈉沉淀，進而通過焙燒回收得到三氧化二鉻產品。采用該方法可以有效回收轉爐釩鉻渣中的鉻，同時還可以進一步提高鉻的品位。

下面參考具體實施例，對本發明進行描述，需要說明的是，這些實施例僅僅是描述性的，而不以任何方式限制本發明。

實施例1

將國內某公司轉爐釩鉻渣(Cr₂O₃質量分數為8％，V₂O₅質量分數為8％，Fe質量分數為20％)在轉底爐里1100℃進行煤基直接還原處理，得到還原焙砂，鐵金屬化率80％。將還原焙燒進行磨礦磁選處理得到除鐵釩鉻渣(Fe質量分數7.9％)和鐵粉(Fe質量分數88％)，鐵粉可以作為煉鋼的優質原料。將除鐵釩鉻渣與碳酸鈉按質量比100:20混合后在回轉窯內1050℃進行氧化鈉化焙燒處理1.5h，得到水溶性釩/鉻酸鈉熟料。將水溶性釩/鉻酸鈉熟料進行水浸得到釩鉻浸出液和浸出渣，水浸條件為：浸出溫度80℃，浸出時間30min，液固質量比3:1。將釩鉻浸出液在pH＝1.0，溫度85℃條件下，加入釩鉻水浸液中V₂O₅質量的0.5倍的NH₄Cl，反應時間60min，最終釩以多聚釩酸銨的形式通過沉淀、過濾分離出來，鉻留在溶液中形成鉻液。將鉻液加堿中和后加入硫酸鈉Na₂S進行還原沉淀得到Cr(OH)₃過濾后與提鉻廢液分離，最后將Cr(OH)₃進行煅燒處理得到三氧化二鉻Cr₂O₃。整個工藝鐵回收率85％，釩回收率90％，鉻回收率88％。

實施例2

將國內某公司轉爐釩鉻渣(Cr₂O₃質量分數為10％，V₂O₅質量分數為10％，Fe質量分數為24％)在氣基豎爐里1150℃進行氣基直接還原處理，得到還原焙砂，鐵金屬化率83％。將還原焙燒進行磨礦磁選處理得到除鐵釩鉻渣(Fe質量分數7.5％)和鐵粉(Fe質量分數89％)，鐵粉可以作為煉鋼的優質原料。將除鐵釩鉻渣與氫氧化鈉按質量比100:30混合后在多層焙燒爐內1100℃進行氧化鈉化焙燒處理1h，得到水溶性釩/鉻酸鈉熟料。將水溶性釩/鉻酸鈉熟料進行水浸得到釩鉻浸出液和浸出渣，水浸條件為：浸出溫度85℃，浸出時間20min，液固質量比4:1。將釩鉻浸出液在pH＝2.0，溫度90℃條件下，加入釩鉻水浸液中V₂O₅質量的0.7倍的NH₄Cl，反應時間90min，最終釩以多聚釩酸銨的形式通過沉淀、過濾分離出來，鉻留在溶液中形成鉻液。將鉻液加堿中和后加入硫酸鈉Na₂S進行還原沉淀得到Cr(OH)₃過濾后與提鉻廢液分離，最后將Cr(OH)₃進行煅燒處理得到三氧化二鉻Cr₂O₃。整個工藝鐵回收率87％，釩回收率92％，鉻回收率89％。

實施例3

將國內某公司轉爐釩鉻渣(Cr₂O₃質量分數為12％，V₂O₅質量分數為12％，Fe質量分數為30％)在轉底爐里1200℃進行煤基直接還原處理，得到還原焙砂，鐵金屬化率85％。將還原焙燒進行磨礦磁選處理得到除鐵釩鉻渣(Fe質量分數6.9％)和鐵粉(Fe質量分數91％)，鐵粉可以作為煉鋼的優質原料。將除鐵釩鉻渣與氯化鈉按質量比100:35混合后在隧道窯內1150℃進行氧化鈉化焙燒處理1.5h，得到水溶性釩/鉻酸鈉熟料。將水溶性釩/鉻酸鈉熟料進行水浸得到釩鉻浸出液和浸出渣，水浸條件為：浸出溫度90℃，浸出時間50min，液固質量比3.5:1。將釩鉻浸出液在pH＝2.5，溫度95℃條件下，加入釩鉻水浸液中V₂O₅質量的0.8倍的(NH₄)₂SO₄，反應時間120min，最終釩以多聚釩酸銨的形式通過沉淀、過濾分離出來，鉻留在溶液中形成鉻液。將鉻液加堿中和后加入硫酸鈉Na₂S進行還原沉淀得到Cr(OH)₃過濾后與提鉻廢液分離，最后將Cr(OH)₃進行煅燒處理得到三氧化二鉻Cr₂O₃。整個工藝鐵回收率90％，釩回收率94％，鉻回收率90％。

實施例4

將國內某公司轉爐釩鉻渣(Cr₂O₃質量分數為16％，V₂O₅質量分數為16％，Fe質量分數為35％)在氣基豎爐里1280℃進行氣基直接還原處理，得到還原焙砂，鐵金屬化率87％。將還原焙燒進行磨礦磁選處理得到除鐵釩鉻渣(Fe質量分數6.5％)和鐵粉(Fe質量分數93％)，鐵粉可以作為煉鋼的優質原料。將除鐵釩鉻渣與硫酸鈉按質量比100:40混合后在回轉窯內1200℃進行氧化鈉化焙燒處理2h，得到水溶性釩/鉻酸鈉熟料。將水溶性釩/鉻酸鈉熟料進行水浸得到釩鉻浸出液和浸出渣，水浸條件為：浸出溫度95℃，浸出時間60min，液固質量比5:1。將釩鉻浸出液在pH＝1.8，溫度90℃條件下，加入釩鉻水浸液中V₂O₅質量的1.0倍的(NH₄)₂SO₄，反應時間100min，最終釩以多聚釩酸銨的形式通過沉淀、過濾分離出來，鉻留在溶液中形成鉻液。將鉻液加堿中和后加入硫酸鈉Na₂S進行還原沉淀得到Cr(OH)₃過濾后與提鉻廢液分離，最后將Cr(OH)₃進行煅燒處理得到三氧化二鉻Cr₂O₃。整個工藝鐵回收率88％，釩回收率95％，鉻回收率92％。

實施例5

將國內某公司轉爐釩鉻渣(Cr₂O₃質量分數為8％，V₂O₅質量分數為8％，Fe質量分數為20％)在轉底爐里1100℃進行煤基直接還原處理，得到還原焙砂，焙砂中鐵金屬化率80％，殘碳質量分數1.5％。將還原焙砂進行熔分處理得到除鐵釩鉻渣(Fe質量分數5.8％)和鐵水(Fe質量分數95.5％)，鐵水可以作為煉鋼的優質原料。將除鐵釩鉻渣與碳酸鈉和粘結劑按質量比100:20:3混合后在圓盤造球機上造球得到釩鉻球團。將釩鉻球團在回轉窯內1050℃進行氧化鈉化焙燒處理1.5h，得到水溶性釩/鉻酸鈉熟料。將水溶性釩/鉻酸鈉熟料進行水浸得到釩鉻浸出液和浸出渣，釩的浸出率92％，鉻的浸出率90％，水浸條件為：浸出溫度80℃，浸出時間30min，液固質量比3:1。最后將釩鉻浸出液進行酸性銨鹽沉淀得到多聚釩酸銨，再將提釩后的鉻液進行還原沉淀處理得到氫氧化鉻。整個工藝鐵回收率85％，釩回收率90％，鉻回收率88％。

實施例6

將國內某公司轉爐釩鉻渣(Cr₂O₃質量分數為10％，V₂O₅質量分數為10％，Fe質量分數為24％)在氣基豎爐里1150℃進行氣基直接還原處理，得到還原焙砂，焙砂中鐵金屬化率83％，殘碳質量分數1.0％。將還原焙砂進行熔分處理得到除鐵釩鉻渣(Fe質量分數5.5％)和鐵水(Fe質量分數96.5％)，鐵水可以作為煉鋼的優質原料。將除鐵釩鉻渣與氫氧化鈉按質量比100:30混合后在多層焙燒爐內1100℃進行氧化鈉化焙燒處理1h，得到水溶性釩/鉻酸鈉熟料。將水溶性釩/鉻酸鈉熟料進行水浸得到釩鉻浸出液和浸出渣，釩的浸出率93％，鉻的浸出率91％，水浸條件為：浸出溫度85℃，浸出時間20min，液固質量比4:1。最后將釩鉻浸出液進行酸性銨鹽沉淀得到多聚釩酸銨，再將提釩后的鉻液進行還原沉淀處理得到氫氧化鉻。整個工藝鐵回收率91％，釩回收率92％，鉻回收率89％。

實施例7

將國內某公司轉爐釩鉻渣(Cr₂O₃質量分數為12％，V₂O₅質量分數為12％，Fe質量分數為30％)在轉底爐里1200℃進行煤基直接還原處理，得到還原焙砂，焙砂中鐵金屬化率85％，殘碳質量分數0.8％。將還原焙砂進行熔分處理得到除鐵釩鉻渣(Fe質量分數5.2％)和鐵水(Fe質量分數97％)，鐵水可以作為煉鋼的優質原料。將除鐵釩鉻渣與氯化鈉按質量比100:35混合后在隧道窯內1150℃進行氧化鈉化焙燒處理1.5h，得到水溶性釩/鉻酸鈉熟料。將水溶性釩/鉻酸鈉熟料進行水浸得到釩鉻浸出液和浸出渣，釩的浸出率94％，鉻的浸出率92％，水浸條件為：浸出溫度90℃，浸出時間50min，液固質量比3.5:1。最后將釩鉻浸出液進行酸性銨鹽沉淀得到多聚釩酸銨，再將提釩后的鉻液進行還原沉淀處理得到氫氧化鉻。整個工藝鐵回收率92％，釩回收率94％，鉻回收率90％。

實施例8

將國內某公司轉爐釩鉻渣(Cr₂O₃質量分數為16％，V₂O₅質量分數為16％，Fe質量分數為35％)在氣基豎爐里1280℃進行氣基直接還原處理，得到還原焙砂，焙砂中鐵金屬化率87％，殘碳質量分數0.5％。將還原焙砂進行熔分處理得到除鐵釩鉻渣(Fe質量分數5.0％)和鐵水(Fe質量分數98％)，鐵水可以作為煉鋼的優質原料。將除鐵釩鉻渣與硫酸鈉按質量比100:40混合后在回轉窯內1200℃進行氧化鈉化焙燒處理2h，得到水溶性釩/鉻酸鈉熟料。將水溶性釩/鉻酸鈉熟料進行水浸得到釩鉻浸出液和浸出渣，釩的浸出率95％，鉻的浸出率94％，水浸條件為：浸出溫度95℃，浸出時間60min，液固質量比5:1。最后將釩鉻浸出液進行酸性銨鹽沉淀得到多聚釩酸銨，再將提釩后的鉻液進行還原沉淀處理得到氫氧化鉻。整個工藝鐵回收率94％，釩回收率95％，鉻回收率92％。

在本發明中，除非另有明確的規定和限定，術語“安裝”、“相連”、“連接”、“固定”等術語應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或成一體；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內部的連通或兩個元件的相互作用關系。對于本領域的普通技術人員而言，可以根據具體情況理解上述術語在本發明中的具體含義。

在本發明中，除非另有明確的規定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接觸，或第一和第二特征通過中間媒介間接接觸。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或僅僅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或僅僅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本說明書的描述中，參考術語“一個實施例”、“一些實施例”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結合該實施例或示例描述的具體特征、結構、材料或者特點包含于本發明的至少一個實施例或示例中。在本說明書中，對上述術語的示意性表述不必針對的是相同的實施例或示例。而且，描述的具體特征、結構、材料或者特點可以在任一個或多個實施例或示例中以合適的方式結合。此外，在不相互矛盾的情況下，本領域的技術人員可以將本說明書中描述的不同實施例或示例以及不同實施例或示例的特征進行結合和組合。

盡管上面已經示出和描述了本發明的實施例，可以理解的是，上述實施例是示例性的，不能理解為對本發明的限制，本領域的普通技術人員在本發明的范圍內可以對上述實施例進行變化、修改、替換和變型。