[发明专利]一种提取钢铁厂钒渣中钛、铁、锰、钒和铬的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种提取钢铁厂钒渣中钛、铁、锰、钒和铬的方法，属于资源化综合利用领域。

背景技术

钛重量轻，强度高，据金属光泽，良好的抗腐腐蚀能。钒熔点高，有延展性，质坚硬，抗腐蚀性强，可以提高钢的强度和韧性，碳化钒可以提高抗氢腐蚀能力。中国每年生产大量的钒，约85％应用于冶炼合金钢。铬可以提高钢的抗氧化性和耐腐蚀性，是耐热钢的重要合金元素。锰在炼钢过程中，是良好的脱氧剂和脱硫剂。钒渣中含有大量的有价金属铁、锰、钒和铬。钒渣中V₂O₃含量为10.05wt.％，Cr₂O₃的含量为5.84wt.％，FeO含量为37wt.％,MnO含量为5.93wt.％，SiO₂的含量为20.88wt.％，TiO₂的含量为11.38wt.％，Al2O3含量为3.38wt.％，MgO的含量为3.15wt.％，其他含量为2.39wt.％。钒渣主要物相有：尖晶石相(钒铁尖晶石、锰钒尖晶石和钛铁尖晶尖)、硅酸盐相(铁橄榄石和辉石)和金属铁相。钒主要以三价形式存在于钒铁尖晶石(FeV₂O₄)中，铬也主要以三价形式存在于铁铬尖晶石(FeCr₂O₄)中,钛主要以四价形式存在于钛铁尖晶石(Fe₂TiO₄)中。渣中的钒铬若得不到有效回收，将对环境造成极大的危害。

现在工业上钒渣的综合利用主要有焙烧提钒、钒渣直接合金化和冶炼含钒合金。焙烧提钒法是将钒渣与添加剂(Na₂CO₃、NaCl、NaOH、Na₂SO₄、CaCO₃或者CaO一种或者多种混合)混合物在800℃左右于回转窑或竖炉中焙烧4小时左右，因为三价钒不溶于与水和酸，焙烧的目的在于把三价钒氧化为四价或者五价钒，使钒进入水溶液中，之后通过溶剂萃取和反萃法把钒富集，再通过铵盐沉淀法，把形成钒酸铵煅烧分解成五氧化二钒，五氧化二钒通过还原得到金属钒。焙烧法主要问题如下：(1)流程长；(2钒渣中的钒由三价氧化为五价又被还原到金属钒，造成能源消耗高；(3)焙烧排放大量Cl₂,HCl,SO₂等有害气体，未能得到充分利用，严重污染环境；(4)钒的总回收率低；(5)钒渣中其他有价金属钛铬锰铁得不到充分利用。钒渣直接合金化是将富钒渣加入炼钢渣中，通过钢水中碳把钒渣中的钒还原，钒通过扩散进入钢液。直接合金化的主要问题：(1)炼钢操作复杂化和钢水温降大；(2)钢中夹杂增多；(3)钢种磷含量增加。钒渣直接冶炼钒铁是将钒渣中的氧化铁在1300‐1700℃左右采用选择性还原的方法，在电弧炉内用碳、硅铁或者硅钙合金将钒渣中的铁还原，使大部分铁从钒渣中分离出去，而钒仍留在钒渣中，这样得到了V/Fe比高的预还原钒渣。第二阶段是在电弧炉内，将脱铁后的预还原钒渣用碳、硅或铝还原，得到钒铁合金。直接冶炼钒铁的主要问题：(1)还原温度高，能耗高；(2)一般需要先还原铁后还原其他有价金属，工艺复杂。在已有的钒渣利用工艺流程中，金属钛得不到利用，造成资源浪费。

发明内容

本发明目的是为了克服焙烧法流程长、能源消耗高、严重污染环境；钒渣中其他有价金属钛铬锰铁得不到充分利用、钒的总回收率低；而钒渣直接合金化炼钢操作复杂化和钢水温降大、钢中夹杂增多、钢种磷含量增加等问题。

本发明提出了一种提取钢铁厂钒渣中钛、铁、锰、钒和铬的方法，其包括以下步骤：

1)将干燥钢铁厂固体钒渣粉、氯化钠、氯化钾、氯化铝粉按一定比例混匀。将混合物放入氧化铝坩埚中，将氧化铝坩埚放入竖炉中，竖炉中通有高纯氩气，氩气从竖炉底部进入，顶部出。将竖炉升温到一定温度，保温一定时间，在这个过程中，出气口的气体通入横式炉中，横式炉保持一定温度，横式炉中放有金属镁。

2)竖炉保温结束后，将采用石墨棒作的阴阳极插入熔盐中，石墨棒顶端与刚玉坩埚底部保持一定距离里。进行熔盐电解一定时间。这个过程中，竖炉出气口的气体，不经过横式炉。同时，收集横式炉中的金属钛。

3)电解完后，电极在氩气保护下冷却，将电解产物从阴极取出，使用乙醇冲洗数次，低温烘干得到铁锰铬钒合金。

其中步骤1)中加入的固体钒渣粒度在48‐120微米之间，