專利名稱：一種氫氧化鉀溶液常壓分解釩渣的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種濕法處理釩渣的方法，特別涉及一種氫氧化鉀溶液常壓分解釩渣的方法。

背景技術(shù)：
釩是一種重要的金屬元素，因其具有許多特殊性能越來(lái)越廣泛地被應(yīng)用在各個(gè)工業(yè)領(lǐng)域。世界上約85％的釩用于鋼鐵行業(yè)，主要作為合金添加劑用以提高鋼的強(qiáng)度、韌性、延展性和耐熱性，其余15％左右被用在諸如航空合金、釩電池、化學(xué)工業(yè)、催化劑等生產(chǎn)領(lǐng)域。鉻也是一種具有重要戰(zhàn)略意義的金屬，鉻鹽用途極為廣泛，涉及國(guó)民經(jīng)濟(jì)15％的商品品種。釩、鉻作為我國(guó)重要的戰(zhàn)略金屬資源，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的復(fù)蘇及社會(huì)的發(fā)展，對(duì)釩、鉻產(chǎn)品的需求將持續(xù)上升，發(fā)展前景十分廣闊。
鋼鐵工業(yè)中由釩鈦磁鐵礦生產(chǎn)的釩渣是提釩的主要原料。釩渣是由含釩鐵水在含氧氣體存在下吹煉出的一種釩富集物料，其成分與生產(chǎn)方法、釩鈦磁鐵礦的成份有關(guān)，一般來(lái)說(shuō)，釩渣由V2O5、SiO2、Al2O3、MgO、Cr2O3、TiO2、CaO等組份組成。
以釩鈦磁鐵礦為原料生產(chǎn)鐵、釩產(chǎn)品的企業(yè)目前都采用傳統(tǒng)的釩渣鈉化焙燒工藝從釩渣中提釩，如我國(guó)的攀鋼、承鋼，南非海威爾德、新西蘭鋼鐵公司等。采用850℃高溫鈉化氧化焙燒-水浸-氨鹽沉釩的傳統(tǒng)工藝，其反應(yīng)傳質(zhì)效果差，即使采用多次高溫焙燒，釩的單程回收率也只有80％。由于鉻尖晶石鈉化氧化焙燒需在1100℃以上的高溫操作，在傳統(tǒng)的850℃高溫焙燒提釩過(guò)程中，釩渣中鉻尖晶石難以分解，僅有10％左右的鉻被氧化為六價(jià)鉻，絕大部分未轉(zhuǎn)化的鉻資源進(jìn)入尾渣，未能加以利用。
中國(guó)專利CN101215005A提出了一種釩渣和鈉鹽(碳酸鈉、氯化鈉)或鉀鹽(碳酸鉀、氯化鉀)焙燒的方法，該專利適用于高硅低釩釩渣，焙燒溫度為700～820℃，多溫段焙燒，通過(guò)控制溫度制度及鹽配比，可以防止?fàn)t料燒結(jié)，使工藝順行，亦降低了焙燒保溫時(shí)間，尾渣中V2O5含量可達(dá)到0.5～1％；中國(guó)專利CN1884597A、CN86108218A等都對(duì)鈉化焙燒工藝的添加劑及溫度制度進(jìn)行了不同改進(jìn)，基本原理都是通過(guò)使用不同配比的添加劑(Na2CO3、NaCl、Na2SO4、Na2SO3等)及不同的溫度制度來(lái)對(duì)釩的提取率、焙燒時(shí)間、爐料燒結(jié)等指標(biāo)進(jìn)行改進(jìn)和提高，但以上工藝與傳統(tǒng)的鈉化焙燒原理、操作過(guò)程、操作溫度基本相同，無(wú)法避免焙燒溫度過(guò)高等傳統(tǒng)工藝的問(wèn)題。
中國(guó)專利CN1082617A提出了對(duì)吹煉得到的高溫釩渣在900-1300℃直接吹氧進(jìn)行處理，促使渣中的低價(jià)釩氧化成為五氧化二釩，渣冷卻破碎后，在一定的溫度、堿濃度、氧分壓下浸出渣中的釩，該方法不必在釩渣降溫后再次高溫焙燒，能耗大為降低，并且避免了鈉化焙燒造成的環(huán)境污染。
中國(guó)專利CN101161831A提出了一種釩渣鈣化焙燒的方法，與鈉化焙燒工藝相比，鈣化焙燒時(shí)無(wú)需經(jīng)過(guò)低溫到高溫逐步升溫的過(guò)程，而是直接高溫焙燒，使焙燒爐的溫度更容易控制，并且縮短了焙燒時(shí)間，設(shè)備的產(chǎn)能也有所提高。但鈣化焙燒的焙燒溫度仍然很高(600-950℃)。
已有專利文獻(xiàn)處理基本上都是采用高溫焙燒方法處理釩渣，未見有使用氫氧化鉀溶液處理釩渣提釩的專利或報(bào)道。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種氫氧化鉀溶液在常壓下低溫分解釩渣提取釩鉻的方法；該方法使釩渣處理工藝可以在濕法條件下進(jìn)行，不需要高溫焙燒，縮短反應(yīng)時(shí)間，并實(shí)現(xiàn)釩的單次高效提取以及釩渣中鉻的提取。
本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的 本發(fā)明提供的一種氫氧化鉀溶液常壓分解釩渣的方法，包括以下步驟 1)配料將釩渣或經(jīng)預(yù)處理后的釩渣與水、KOH一道加入常壓反應(yīng)器，其中，KOH與釩渣的質(zhì)量比為3∶1到6∶1；氫氧化鉀溶液的質(zhì)量濃度為65-90％； 2)反應(yīng)將步驟1)配制的物料在氧化性氣體存在條件下進(jìn)行反應(yīng)，氧化性氣體的流量控制在0.5-2L/min。控制反應(yīng)溫度為180-260℃，反應(yīng)時(shí)間0.5-6h，得到反應(yīng)漿料；反應(yīng)分解過(guò)程按以下方式進(jìn)行 FeO·V2O3+6KOH+5/4O2→1/2Fe2O3+3H2O+2K3VO4 FeO·Cr2O3+4KOH+7/4O2→1/2Fe2O3+2H2O+2K2CrO4 3)稀釋將步驟2)得到的反應(yīng)漿料用稀釋劑進(jìn)行稀釋，稀釋至漿料氫氧化鉀濃度為200-750g/L，得到含氫氧化鉀、釩酸鉀、鉻酸鉀以及尾渣的混合漿料； 4)過(guò)濾分離將步驟3)得到的混合漿料在40-130℃進(jìn)行過(guò)濾分離，得到尾渣和含釩鉻的水溶液。
在上述的技術(shù)方案中，所述釩渣為由釩鈦磁鐵礦經(jīng)高爐或直接還原流程生產(chǎn)的含釩(鉻)生鐵(水)再在高溫條件下以氧氣或空氣為氧化介質(zhì)采用搖包提釩、鐵水包提釩、及各種頂吹復(fù)吹轉(zhuǎn)爐提釩等生產(chǎn)過(guò)程形成的釩渣。
在上述的技術(shù)方案中，所述氧化性氣體是空氣、氧氣或空氣與氧氣的混合氣體，其中，空氣與氧氣的混合比例為任意比例(體積比)。
在上述的技術(shù)方案中，所述的稀釋劑為濃度0-400g/L的氫氧化鉀溶液(0g/L即水)。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于 1)本發(fā)明提供的氫氧化鉀溶液常壓分解釩渣的方法，反應(yīng)溫度為180-260℃，與傳統(tǒng)工藝相比，大大降低了反應(yīng)溫度； 2)本發(fā)明釩鉻資源利用率高，釩渣經(jīng)反應(yīng)分解后，尾渣中釩含量為0.2-1％(以V2O5計(jì))，尾渣中鉻含量為0.2-1％(以Cr2O3計(jì))； 3)本發(fā)明操作溫度在溶液沸點(diǎn)以下，過(guò)程只需常壓下就可以進(jìn)行，易于操作且安全性好； 4)本發(fā)明不添加輔料，排渣量大大減少，且不會(huì)產(chǎn)生對(duì)人和環(huán)境有害的粉塵與廢氣；


圖1為本發(fā)明的方法工藝流程簡(jiǎn)圖；
具體實(shí)施例方式 實(shí)施例1 本實(shí)施例使用釩渣含V2O510.22％，含Cr2O33.98％。
1)配料將篩分至-200目的釩渣與水、KOH一道加入常壓反應(yīng)器，其中，KOH與釩渣的質(zhì)量比為3∶1；氫氧化鉀溶液的質(zhì)量濃度為80wt％； 2)反應(yīng)將步驟1)配制的物料裝入常壓反應(yīng)器內(nèi)，通入空氣和氧氣的混合氣體(空氣∶氧氣體積比為4∶1)進(jìn)行氧化反應(yīng)，其中，氣體的流量控制在2L/min，控制反應(yīng)溫度為250℃，反應(yīng)時(shí)間為6h，得到反應(yīng)漿料； 3)稀釋當(dāng)步驟2)結(jié)束后，用水對(duì)反應(yīng)器中的反應(yīng)漿料進(jìn)行稀釋，稀釋至漿料氫氧化鉀濃度為750g/L，得到含氫氧化鉀、釩酸鉀、鉻酸鉀以及尾渣的混合漿料； 4)過(guò)濾分離將步驟3)得到的混合漿料在130℃進(jìn)行過(guò)濾分離，得到尾渣和含釩鉻的水溶液，將尾渣洗滌、干燥后測(cè)定其含總釩量為0.41wt％(以V2O5計(jì))，含鉻總量為0.33wt％(以Cr2O3計(jì))。
實(shí)施例2 本實(shí)施例使用釩渣含V2O57.36％，含Cr2O33.60％。
1)配料將釩渣與水、KOH一道加入常壓反應(yīng)器，其中，KOH與釩渣的質(zhì)量比為4∶1；氫氧化鉀溶液的質(zhì)量濃度為80wt％； 2)反應(yīng)將步驟1)配制的物料裝入常壓反應(yīng)器內(nèi)，通入空氣進(jìn)行氧化反應(yīng)，其中，空氣的流量控制在1L/min，控制反應(yīng)溫度為250℃，反應(yīng)時(shí)間為3h，得到反應(yīng)漿料； 3)稀釋當(dāng)步驟2)結(jié)束后，用200g/L的氫氧化鉀溶液對(duì)反應(yīng)器中的反應(yīng)漿料進(jìn)行稀釋，稀釋至漿料氫氧化鉀濃度為500g/L，得到含氫氧化鉀、釩酸鉀、鉻酸鉀以及尾渣的混合漿料； 4)過(guò)濾分離將步驟3)得到的混合漿料在70℃進(jìn)行過(guò)濾分離，得到尾渣和含釩鉻的水溶液，將尾渣洗滌、干燥后測(cè)定其含總釩量為0.22wt％(以V2O5計(jì))，含總鉻量為0.29％(以Cr2O3計(jì))。
實(shí)施例3 本實(shí)施例使用釩渣含含V2O510.22％，含Cr2O33.98％。
1)配料將經(jīng)攪拌磨濕磨半小時(shí)后的釩渣與水、KOH一道加入常壓反應(yīng)器，其中，KOH與釩渣的質(zhì)量比為6∶1；氫氧化鉀溶液的質(zhì)量濃度為65wt％； 2)反應(yīng)將步驟1)配制的物料裝入常壓反應(yīng)器內(nèi)，通入空氣和氧氣的混合氣體(空氣和氧氣體積比為1∶1)進(jìn)行氧化反應(yīng)，其中，氣體的流量控制在0.5L/min，控制反應(yīng)溫度為180℃，反應(yīng)時(shí)間為6h，得到反應(yīng)漿料； 3)稀釋當(dāng)步驟2)結(jié)束后，用水對(duì)反應(yīng)器中的反應(yīng)漿料進(jìn)行稀釋，稀釋至漿料氫氧化鉀濃度為200g/L，得到含氫氧化鉀、釩酸鉀、鉻酸鉀以及尾渣的混合漿料； 4)過(guò)濾分離將步驟3)得到的混合漿料在40℃進(jìn)行過(guò)濾分離，得到尾渣和含釩鉻的水溶液，將尾渣洗滌、干燥后測(cè)定其含總釩量為0.68wt％(以V2O5計(jì))，含總鉻量為0.59wt％(以Cr2O3計(jì))。
實(shí)施例4 本實(shí)施例使用釩渣含V2O55.23％，含Cr2O32.56％。
1)配料將經(jīng)攪拌磨濕磨半小時(shí)后的釩渣與水、KOH一道加入常壓反應(yīng)器，其中，KOH與釩渣的質(zhì)量比為4.8∶1；氫氧化鉀溶液的質(zhì)量濃度為90wt％； 2)反應(yīng)將步驟1)配制的物料裝入常壓反應(yīng)器內(nèi)，通入氧氣進(jìn)行氧化反應(yīng)，其中，氣體的流量控制在0.8L/min，控制反應(yīng)溫度為260℃，反應(yīng)時(shí)間為0.5h，得到反應(yīng)漿料； 3)稀釋當(dāng)步驟2)結(jié)束后，用400g/L的氫氧化鉀溶液對(duì)反應(yīng)器中的反應(yīng)漿料進(jìn)行稀釋，稀釋至漿料氫氧化鉀濃度為600g/L，得到含氫氧化鉀、釩酸鉀、鉻酸鉀以及尾渣的混合漿料； 4)過(guò)濾分離將步驟3)得到的混合漿料在80℃進(jìn)行過(guò)濾分離，得到尾渣和含釩鉻的水溶液，將尾渣洗滌、干燥后測(cè)定其含總釩量為0.52wt％(以V2O5計(jì))，含總鉻量為0.59％(以Cr2O3計(jì))。
實(shí)施例5 本實(shí)施例使用釩渣含V2O57.36％，含Cr2O33.60％。
1)配料將篩分至-200目的釩渣與水、KOH一道加入常壓反應(yīng)器，其中，KOH與釩渣的質(zhì)量比為3.5∶1；氫氧化鉀溶液的質(zhì)量濃度為82wt％； 2)反應(yīng)將步驟1)配制的物料裝入常壓反應(yīng)器內(nèi)，通入空氣和氧氣的混合氣體進(jìn)行反應(yīng)，空氣∶氧氣體積比為1∶4，氣體流量控制在1.5L/min?？刂品磻?yīng)溫度為200℃，反應(yīng)時(shí)間為3h，得到反應(yīng)漿料； 3)稀釋當(dāng)步驟2)結(jié)束后，用300g/L的氫氧化鉀溶液對(duì)反應(yīng)器中的反應(yīng)漿料進(jìn)行稀釋，稀釋至漿料氫氧化鉀濃度為650g/L，得到含氫氧化鉀、釩酸鉀、鉻酸鉀以及尾渣的混合漿料； 4)過(guò)濾分離將步驟3)得到的混合漿料在100℃進(jìn)行過(guò)濾分離，得到尾渣和含釩鉻的水溶液，將尾渣洗滌、干燥后測(cè)定其含總釩量為0.49wt％(以V2O5計(jì))，含總鉻量為0.53％(以Cr2O3計(jì))。
在上述實(shí)施例中，步驟3)中將得到的混合漿料在40-130℃進(jìn)行過(guò)濾分離是常規(guī)工藝，是本專業(yè)技術(shù)人員可以實(shí)施的。
當(dāng)然，本發(fā)明還可有其他多種實(shí)施例，在不背離本發(fā)明精神及其實(shí)質(zhì)的情況下，熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員當(dāng)可根據(jù)本發(fā)明作出各種相應(yīng)的改變和變型，但這些相應(yīng)的改變和變形都應(yīng)屬于本發(fā)明所附的權(quán)利要求的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種氫氧化鉀溶液常壓分解釩渣的方法，本發(fā)明的方法包括以下步驟
1)配料將釩渣或經(jīng)預(yù)處理后的釩渣與水、KOH一道加入常壓反應(yīng)器，其中，KOH與釩渣的質(zhì)量比為3∶1到6∶1；氫氧化鉀溶液的質(zhì)量濃度為65-90％；
2)反應(yīng)將步驟1)配制的物料在氧化性氣體存在條件下進(jìn)行反應(yīng)，控制反應(yīng)溫度為180-260℃，反應(yīng)時(shí)間0.5-6h，得到反應(yīng)漿料；
3)稀釋將步驟2)得到反應(yīng)漿料用稀釋劑進(jìn)行稀釋，稀釋后得到含氫氧化鉀、釩酸鉀、鉻酸鉀以及尾渣的混合漿料；
4)過(guò)濾分離將步驟3)得到的混合漿料在40-130℃進(jìn)行過(guò)濾分離，得到尾渣和含釩鉻的水溶液。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氫氧化鉀溶液常壓分解釩渣的方法，其特征在于所述釩渣為由釩鈦磁鐵礦經(jīng)高爐或直接還原流程生產(chǎn)的含釩(鉻)生鐵(水)再在高溫條件下以氧氣或空氣為氧化介質(zhì)采用搖包提釩、鐵水包提釩、及各種頂吹復(fù)吹轉(zhuǎn)爐提釩等生產(chǎn)過(guò)程形成的釩渣。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氫氧化鉀溶液常壓分解釩渣的方法，其特征在于所述氧化性氣體是空氣、氧氣或空氣與氧氣的混合氣體，其中，空氣與氧氣的混合比例為任意比例，氧化性氣體的流量控制在0.5-2L/min。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氫氧化鉀溶液常壓分解釩渣的方法，其特征在于所述的稀釋劑為濃度0-400g/L的氫氧化鉀溶液(0g/L即水)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述的漿料經(jīng)稀釋劑稀釋后獲得溶液的氫氧化鉀濃度為200-750g/L。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種氫氧化鉀溶液常壓分解釩渣的方法，該方法包括以下步驟將釩渣或經(jīng)預(yù)處理后的釩渣與水、KOH一道加入反應(yīng)器，控制KOH與釩渣的質(zhì)量比及KOH溶液濃度，在氧化性氣體存在條件下進(jìn)行氧化反應(yīng)，反應(yīng)過(guò)程控制反應(yīng)溫度和反應(yīng)時(shí)間。將得到的反應(yīng)漿料用稀釋劑進(jìn)行稀釋，得到含氫氧化鉀、釩酸鉀、鉻酸鉀以及尾渣的混合漿料；對(duì)混合漿料進(jìn)行過(guò)濾分離，得到尾渣和含釩鉻的水溶液。該方法只需在常壓下就可以操作，易于進(jìn)行且安全性好；操作溫度大大低于傳統(tǒng)提釩工藝溫度，釩的提取率高，且可實(shí)現(xiàn)釩渣中鉻的同步提取。尾渣中含釩總量在0.2-1wt％(以V2O5計(jì))，含鉻總量在0.2-1％(以Cr2O3計(jì))。
文檔編號(hào)C22B34/22GK101812588SQ20101014978
公開日2010年8月25日 申請(qǐng)日期2010年4月19日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月19日
發(fā)明者鄭詩(shī)禮, 杜浩, 王少娜, 王曉輝, 張懿 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院過(guò)程工程研究所