[发明专利]一种钒渣碳碱浸取氢气还原法清洁生产钒氧化物的工艺方法

说明书

本发明涉及一种钒渣碳碱浸取氢气还原法清洁生产钒氧化物的工艺方法，该方法包括如下步骤：(1)将钒渣与添加剂混合配料，经焙烧得到焙砂；(2)将步骤(1)所得焙砂用碳碱水溶液浸出后，液固分离；(3)将步骤(2)分离后的溶液蒸发、冷却结晶并分离，得到偏钒酸钠晶体；(4)将步骤(3)所得偏钒酸钠晶体烘干后用氢气还原，还原产物经浸洗脱碱、气氛焙烧、洗涤脱盐、干燥破碎步骤，制得钒氧化物产品。本发明具有钒回收率高，浸液杂质含量少，偏钒酸钠直接得到钒氧化物产品，避免了氨氮废水的处理，工艺流程简单，清洁无污染等特点。

技术领域

本发明属于有色金属冶金领域，具体涉及一种生产钒氧化物的工艺方法，尤其涉及一种钒渣碳碱浸取氢气还原法清洁生产钒氧化物的工艺方法。

背景技术

钒是一种有色金属，是“现代工业的味精”，是十分重要的战略资源。钒以其优良的合金性能和催化性能，被广泛地应用于冶金、化工、机械、电子、汽车、铁路及轻工等领域，85％的钒被钢铁行业消耗。

钒钛磁铁矿是世界钒资源的主要矿物，世界上钒产量的88％是从钒钛磁铁矿中获得。我国钒钛磁铁矿资源储量丰富，主要分布在攀枝花、承德和马鞍山地区。钒钛磁铁矿中钒、钛、铬、铁等多金属共生，具有很高的资源利用价值。钒渣是由钒钛磁铁矿冶炼成铁水，再氧化吹炼得到的钒含量较高的炉渣，钒渣是我国目前提钒的主要原料。

从钒渣中提钒的传统工艺为钠化焙烧—水浸法。其主要原理是以碳酸钠、氯化钠或者硫酸钠等钠盐作为添加剂，在700～900℃焙烧，过程中各种物相分解以及低价态组份氧化成高价态组份，其中钒被氧化成五价并与钠形成钒酸钠，水浸钒焙砂得到偏钒酸钠溶液，根据溶液杂质含量情况进行蒸发浓缩，加铵盐沉偏钒酸铵，或调整溶液pH至酸性水解沉钒以及沉多钒酸铵，再碱溶粗钒，得到高浓度钒溶液，加铵盐沉偏钒酸铵，最后煅烧偏钒酸铵，可制得高纯度五氧化二钒产品。钠化焙烧水浸提钒方法存在的主要问题是焙烧产生的氯气、二氧化硫等环境污染，而且后续工艺流程长，废水中有大量芒硝，废水处理能耗较大、成本高。

从钒渣中提钒的方法还有全湿法提钒工艺。CN 101967563A公开了一种酸浸提钒的工艺，将钒渣用硫酸浸取，浸出液预氧化后弱碱性阴离子交换树脂吸附钒，氢氧化钠解吸得到高浓度钒溶液，向解吸液中加入氯化铵进行沉钒，煅烧偏钒酸铵得到五氧化二钒。CN101412540A公开了一种硫酸浸取提钒的方法，浸出液用石灰乳和纯碱中和至适合萃取的pH，萃取剂P₂O₄进行萃取，硫酸反萃，含钒反萃溶液经过氧化、氨水沉淀、热解得到五氧化二钒。酸浸提钒缺点主要是浸液中各种金属杂质较多，后续酸性废水处理困难。离子交换法富集钒往往有耗水量大，流程长，对水质要求高，树脂容易中毒等问题。萃取法富集钒，一般也有萃取对硅等杂质敏感、萃取剂价格昂贵、萃余液中残留的萃取剂易造成环境污染等问题。CN 102127655A利用亚熔盐工艺，高温高压强碱浸取提钒，浸出液蒸发冷却结晶得到正钒酸钠产品，优点是母液中的碱可以循环使用，然而，亚熔盐强碱浸出主要问题是硅、铝等杂质含量较高，钒酸钠产品纯度不高，且正钒酸钠只是中间产品。湿法提钒虽然避免了高温焙烧产生有毒气体，但依然存在沉钒废水和芒硝副产物产生量大等问题。

为了解决这些问题，目前常见方法还有钙化焙烧-酸浸提钒方法，该方法是焙烧时加入钙源，生成钒酸钙，再利用硫酸钙的溶度积小于钒酸钙的原理，采用硫酸化浸出，浸出后续接萃取或离子交换富集钒，如CN103667710A，CN101412540A等，虽然钙化焙烧-酸浸提钒不会产生有毒气体和芒硝，但是酸浸时会产生大量硫酸钙，覆盖在焙砂表面，阻碍焙砂中钒的扩散溶出，导致浸出率不高，还有酸性废水难处理，以及萃取剂和树脂本身存在的问题。加钙焙烧，碳酸盐浸出是另一种提钒方法，该方法是加钙焙烧生成钒酸钙，再利用碳酸钙的溶度积小于钒酸钙的原理，碳酸化浸出。CN 103194611A提出的一种工艺，钙化焙烧，碳酸钠浸取提钒，浸液除杂，滤液加碳酸铵沉偏钒酸铵，偏钒酸铵经过煅烧，得到五氧化二钒。但是该工艺存在钒浸出率低，沉钒工艺冗长，涉及到氨氮废水处理等问题。

发明内容