[发明专利]一种清洁生产五氧化二钒的方法

说明书

技术领域

本发明属于氧化钒生产领域，特别涉及一种清洁生产五氧化二钒的方法。

背景技术

对于钒钛磁铁矿、钒渣、钢渣等提钒原料，目前工业上大多采用传统钠化焙烧——水浸工艺生产五氧化二钒，钠盐添加剂为NaCl、Na₂SO₄、Na₂CO₃和NaNO₃中一种或几种钠盐的组合，与含钒物料均匀混合后在高温下焙烧，焙烧温度700～800℃，钠盐添加量为wt.10％～20％，钒原料中低价钒转化为五价钒，与添加剂中钠结合生成可溶于水的钒酸钠。焙烧熟料用水浸出，固液分离后，得到pH为8～10的含钒溶液，溶液中的主要杂质Si、P采用可溶性钙盐、铝盐或镁盐除去，然后加入铵盐(NH₄)₂SO₄、(NH₄)₂CO₃或NH₄Cl，溶液pH值保持在1.5～2.5，温度90℃以上，从溶液中析出多钒酸铵沉淀，将多钒酸铵煅烧脱氨制取得到V₂O₅。

但钠化提钒——水浸工艺本身存在局限性，且其产生的“三废”给环境造成了很大的负担。(1)钠盐提钒对原料要求苛刻，《钒渣的氧化》冶金工业出版社，1982，121页中报道钒渣中CaO含量每增加1％，钒转浸率降低4.7～9％，V₂O₅/CaO比值越高，影响越小，V₂O₅/CaO小于9时影响就比较明显，因此要求原料中CaO和MgO含量低于1.5％，以减少焙烧过程中由于低溶解度钒酸盐形成造成的钒损失。(2)钠化焙烧过程中会分解出有害气体HCl、Cl₂、SO₂和SO₃等，污染环境，腐蚀设备；钠盐熔点低，焙烧过程中易结圈、粘炉，影响钒转化率；钠盐添加量大，生产成本高；(3)钠化提钒尾渣中含碱高(5％左右)，一直难以综合利用，尾渣配料炼铁会造成高炉结瘤，恶化高炉料柱的透气性，侵蚀炉衬，影响高炉运行。由于钠含量高，提钒尾渣不能加工成一般耐火材料，若加工成一般的建筑材料，则其强度低，抗冻性差，因此主要采用堆弃处理，全国钒企业每年排放的钠化提钒尾渣约30万吨，而且随钒产能的增加会不断增长，这样不仅占用大量土地，而且还污染环境。(4)钠化提钒——水浸所得的含钒溶液为碱性溶液，在沉钒过程中需加入大量酸将溶液调节至pH为2.0左右的酸性溶液。(5)钠盐焙烧——铵盐沉钒后沉钒母液难以循环利用。由于沉钒母液中钠含量高，且在循环过程中钠会不断富集，这样势必在沉钒工序段需要加入更多的硫酸铵，硫酸盐大量积累会使含钒溶液粘度增大，沉钒过程中出现“冒槽”现象，目前钒生产企业的沉钒废水均采用末端处理的方法，在除钒、铬、中和处理后直排，但这样会使周边土地盐碱化、影响植物生长，破坏生态环境。(6)传统的钠化焙烧提钒技术钒回收率低，单程钒提取率约75％，尾渣中的钒多通过二次焙烧提钒降低其含量，二次提钒率低于50％，多次焙烧后仅为80％。

碳酸盐、复合盐焙烧与氯化钠和硫酸钠焙烧相比，可减少有害气体的产生，但提钒尾渣和沉钒母液中钠含量仍然较高。无盐焙烧提钒在焙烧过程中不产生有害气体，尾渣不含氯和碱，可以综合利用，但该工艺对原料要求苛刻，不适于大规模应用。《钢铁钒钛》，2012.33(1)16～19报道的亚熔盐提钒、铬技术，提钒熔盐需除杂浓缩后才可返回提钒段，所得尾渣同钠化焙烧一样，需洗涤、脱碱后才可作为炼铁原料，公开号CN101967563B中公布的一种NaClO预氧化，硫酸直接酸浸提钒技术的可免除焙烧段，钒提取率较高，但对设备材质要求高，且强酸浸出选择性差，含钒溶液中杂质离子浓度高。此外，无论是亚熔盐或是直接酸浸提钒所得钒液中碱浓度或酸浓度非常高，需采用中和法或电渗析法调节溶液pH值，才可达到溶剂萃取或离子交换净化分离钒的要求，导致整个工序复杂化，成本增高，且含有有机相的沉钒废液又成为新的污染源。

从生产成本而言，钙化焙烧工艺添加剂为石灰或石灰石，取材方便，价格低廉。从环境角度而言，钙化焙烧段不产生有害气体，沉钒母液和提钒尾渣中不含钠、钾，富含钙，尾渣中的其他有价金属易实现资源化回收利用；沉钒母液中不含钠，循环利用不会产生粘稠现象，可避免“冒槽”。总之，钙化提钒是很有发展前景的一种提钒工艺，