对钒渣进行综合处理的系统的制作方法

本实用新型涉及对钒渣进行综合处理的系统。

背景技术：

钒具有良好的可塑性，在常温下可轧成片、箔和拉成丝，一定温度下具有弹性和延展性。少量的晶间杂质，特别是C、O、N和H等元素，会使其硬度和脆性增加，但却使其延展性下降。钒具有较高的冲击值、良好的焊接性和传热性，对海水、碱溶液、有机酸与无机酸有较好的抗腐蚀性能，可用作船舶的结构材料和化学容器、无缝薄壁管等的材料。

世界上约有60％的钒是从钒渣中提取的。钒渣是指含钒铁水经转炉吹炼氧化成为富含钒氧化物以及铁氧化物的一种炉渣。钒渣是由MFe、FeO、SiO₂、V₂O₃、TiO₂、CaO、Al₂O₃、MgO、Cr₂O₃等组分构成的，其中，TFe质量含量20～45％，V质量含量以V₂O₅计14～25％。现行钒渣的提钒方法是与添加剂混匀后放入回转窑或多膛炉内进行氧化焙烧，得到可溶性的钒酸盐，通过湿法浸出手段将钒从固相转移到液相后再进行沉钒，将沉钒产物煅烧得到V₂O₅产品。此外，还有近些年来发展起来的熔融直接氧化法、亚熔盐法和氯化冶金法等新提钒手段。

对钒渣提钒研究的热点是如何提高钒的回收率，而对钒渣中铁的回收鲜有报道。由此，对钒渣进行综合处理的系统有待改进。

技术实现要素：

本实用新型旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本实用新型的一个目的在于提出一种对钒渣进行综合处理的系统，该系统将钒渣与还原剂、钠盐混合后先经过还原冶炼回收钒渣中的铁，钠盐有助于提高铁的回收率，并在后续富钒渣的氧化处理过程中与氧化钒形成水溶性钒酸钠，回收铁后的钒渣使钒得到富集，得到富钒渣，富钒渣再通过氧化焙烧得到水溶性钒酸钠，再提取富钒渣中的五氧化二钒，该系统实现了钒渣中有价元素铁和钒的分步提取，并且，铁和钒的回收率高。

根据本实用新型的一个方面，本实用新型提供了一种对钒渣进行综合处理的系统。根据本实用新型的实施例，该系统包括：混料造块装置，所述混料造块装置具有钒渣入口、钠盐入口、还原剂入口和混合物料团块出口；还原冶炼装置，所述还原冶炼装置具有混合物料团块入口和金属化团块出口，所述混合物料团块入口与所述混合物料团块出口相连；熔分分离装置，所述熔分分离装置具有金属化团块入口、还原铁出口和富钒渣出口，所述金属化团块入口与所述金属化团块出口相连；氧化焙烧装置，所述氧化焙烧装置具有富钒渣入口和钒渣熟料出口，所述富钒渣入口与所述富钒渣出口相连；以及提钒装置，所述提钒装置具有钒渣熟料入口、五氧化二钒出口和排渣口，所述钒渣熟料入口与所述钒渣熟料出口相连。

根据本实用新型实施例的对钒渣进行综合处理的系统，将钒渣与还原剂、钠盐混合后先经过还原冶炼装置进行还原冶炼得到金属团块，再通过熔分分离装置回收钒渣中的还原铁，其中，钠盐作为还原冶炼处理的助熔剂，有利于提高铁的金属化率和回收率，并在后续富钒渣的氧化处理过程中与氧化钒形成水溶性钒酸钠，回收铁后的钒渣，钒渣中的含铁成份减少，使钒得到富集得到富钒渣，有利于钒的提取，富钒渣通过氧化焙烧装置进行氧化焙烧处理，得到水溶性钒酸钠，再通过提钒装置提取富钒渣中的五氧化二钒。由此，该系统先提铁再提钒，实现了钒渣中有价元素铁和钒的分步提取，并且，铁和钒的回收率均显著提高。此外，该系统的结构简单，易于操作，可以连续化大规模生产。

任选地，所述熔分分离装置为电炉或熔分炉。

任选地，所述熔分分离装置具有第一温度控制器，所述第一温度控制器控制熔分处理的温度为1400-1700摄氏度。

任选地，所述还原冶炼装置为选自转底炉、回转窑、车底炉和隧道窑的至少一种。

任选地，所述还原冶炼装置具有第二温度控制器，所述第二温度控制器控制还原冶炼处理的温度为1000-1200摄氏度。

任选地，所述氧化焙烧装置为选自转底炉和回转窑的至少一种。

任选地，所述提钒装置为湿法提钒装置。

本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

本实用新型的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1显示了根据本实用新型一个实施例的对钒渣进行综合处理的方法的流程示意图；

图2显示了根据本实用新型一个实施例的实施对钒渣进行综合处理的方法的系统的结构示意图。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

根据本实用新型的一个方面，本实用新型提供了一种对钒渣进行综合处理的系统。参考图2，根据本实用新型的实施例，对该系统进行解释说明，该系统包括：混料造块装置100、还原冶炼装置200、熔分分离装置300、氧化焙烧装置400和提钒装置500。

混料造块装置100

根据本实用新型的实施例，混料造块装置100具有钒渣入口101、钠盐入口102、还原剂入口103和混合物料团块出口104，混料造块装置100用于将钒渣、钠盐以及还原剂进行混料造块处理，得到混合物料团块。发明人在混料造块装置100上设置了钠盐入口，从而原料中添加了钠盐，钠盐作为还原冶炼处理的助熔剂，有利于提高铁的金属化率和回收率，并在后续富钒渣的氧化处理过程中与氧化钒形成水溶性钒酸钠，有利于回收钒。

根据本实用新型的实施例，钒渣的含铁量不小于20％。由此，铁的回收率高，如果钒渣中铁含量过低，钒渣的利用价值低，失去了利用本系统分步提取铁和钒的意义。

根据本实用新型的实施例，钠盐为选自碳酸钠、氯化钠、碳酸氢钠和硫酸钠中的至少一种。由此，钠盐的助熔和提钒效果好。

根据本实用新型的实施例，还原剂的种类并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择。根据本实用新型的优选实施例，还原剂为选自还原煤、半焦和焦炭的至少一种。由此，还原效果好，并且，还原剂的价格低，有利于降低生产成本。

根据本实用新型的优选实施例，钒渣、钠盐和还原剂可以按重量比为100:(10～30):(5～12)进行混料造块处理。由此，按该比例混和制备的混合物料团块，还原效果好，金属化率高，并且还原冶炼的温度低。如果钠盐的用量过少，生成钒酸钠的反应不充分，而钠盐的用量过多，过量的钠盐在后续水浸出中进入到含钒溶液中，可能会污染沉钒产物。同时，如果还原剂的用量过少，铁的还原不充分，而如果还原剂的用量过多，会造成还原剂的浪费。

还原冶炼装置200

根据本实用新型的实施例，还原冶炼装置200具有混合物料团块入口201和金属化团块出口202，其中，混合物料团块入口201与混合物料团块出口104相连，还原冶炼装置200用于将混合物料团块进行还原冶炼处理，得到金属化团块，从而，通过还原冶炼处理，使钒渣中的铁的氧化物被还原。

根据本实用新型的实施例，还原冶炼处理的温度可以为1000-1200摄氏度。该温度下，钠盐不易挥发，还原效果好，金属化团块的金属化率高。如果温度太高会造成钠的挥发，温度太低铁的还原效果差，金属化率低。

根据本实用新型的实施例，还原冶炼装置不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择。根据本实用新型的一些实施例，还原冶炼装置可以为选自转底炉、回转窑、车底炉和隧道窑的至少一种

熔分分离装置300

根据本实用新型的实施例，熔分分离装置300具有金属化团块入口301、还原铁出口302和富钒渣出口303，其中，金属化团块入口301与金属化团块出口202相连，熔分分离装置300用于将金属化团块进行熔分处理，得到还原铁和富钒渣。由此，从金属化团块中分离出还原铁，富钒渣中的钒含量提高，使钒的回收率提高。根据本实用新型的实施例，还原铁为还原铁水，可以作为炼钢原料。

根据本实用新型的实施例，熔分处理的温度可以为1400-1700摄氏度。由此，熔分效率高，效果好。

根据本实用新型的实施例，熔分分离装置不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择。根据本实用新型的一些实施例，熔化分离装置可以是电炉，可以是以燃气为燃料的熔分炉，也可以是其它形式燃料的熔分炉。

氧化焙烧装置400

根据本实用新型的实施例，氧化焙烧装置400具有富钒渣入口401和钒渣熟料出口402，其中，富钒渣入口401与富钒渣出口303相连，用于将富钒渣进行氧化焙烧处理，得到钒渣熟料。由此，将富钒渣中的钒氧化为正五价的钒，只有五价钒酸钠才是水溶的，从而，便于后续的提钒处理，钒的回收率高。

根据本实用新型的实施例，氧化焙烧设备不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本实用新型的具体实施例，氧化焙烧装置可以是转底炉和回转窑的至少一种。由此，氧化焙烧效率高，效果好。

提钒装置500

根据本实用新型的实施例，提钒装置500具有钒渣熟料入口501、五氧化二钒出口502和排渣口503，其中，钒渣熟料入口501与钒渣熟料出口402相连，提钒装置500用于将钒渣熟料进行提钒处理，得到五氧化二钒。由此，从钒渣熟料中分离得到五氧化二钒。

根据本实用新型的实施例，提钒装置500为湿法提钒装置，湿法提钒装置用于将钒渣熟料进行浸出、沉钒和煅烧处理，得到五氧化二钒。由此，提钒效果好，效率高。

根据本实用新型实施例的对钒渣进行综合处理的系统，将钒渣与还原剂、钠盐混合后先经过还原冶炼装置进行还原冶炼得到金属团块，再通过熔分分离装置回收钒渣中的还原铁，其中，钠盐作为还原冶炼处理的助熔剂，有利于提高铁的金属化率和回收率，并在后续富钒渣的氧化处理过程中与氧化钒形成水溶性钒酸钠，回收铁后的钒渣，钒渣中的含铁成份减少，使钒得到富集得到富钒渣，有利于钒的提取，富钒渣通过氧化焙烧装置进行氧化焙烧处理，得到水溶性钒酸钠，再通过提钒装置提取富钒渣中的五氧化二钒。由此，该系统先提铁再提钒，实现了钒渣中有价元素铁和钒的分步提取，并且，铁和钒的回收率均显著提高。

为了便于理解前述的对钒渣进行综合处理的系统，在此提供一种利用前述的系统对钒渣进行综合处理的方法。参考图1，根据本实用新型的实施例，对该对钒渣进行综合处理的方法进行解释说明，该方法包括：

S100混料造块处理

根据本实用新型的实施例，将钒渣、钠盐以及还原剂输送至混料造块装置进行混料造块处理，得到混合物料团块。发明人在原料中添加了钠盐，钠盐作为还原冶炼处理的助熔剂，有利于提高铁的金属化率和回收率，并在后续富钒渣的氧化处理过程中与氧化钒形成水溶性钒酸钠，有利于回收钒。

根据本实用新型的实施例，钒渣的含铁量不小于20％。由此，铁的回收率高，如果钒渣中铁含量过低，钒渣的利用价值低，失去了利用本方法分步提取铁和钒的意义。

根据本实用新型的实施例，钠盐为选自碳酸钠、氯化钠、碳酸氢钠和硫酸钠中的至少一种。由此，钠盐的助熔和提钒效果好。

根据本实用新型的实施例，还原剂的种类并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择。根据本实用新型的优选实施例，还原剂为选自还原煤、半焦和焦炭的至少一种。由此，还原效果好，并且，还原剂的价格低，有利于降低生产成本。

根据本实用新型的优选实施例，钒渣、钠盐和还原剂可以按重量比为100:(10～30):(5～12)进行混料造块处理。由此，按该比例混和制备的混合物料团块，还原效果好，金属化率高，并且还原冶炼的温度低。如果钠盐的用量过少，生成钒酸钠的反应不充分，而钠盐的用量过多，过量的钠盐在后续水浸出中进入到含钒溶液中，可能会污染沉钒产物。同时，如果还原剂的用量过少，铁的还原不充分，而如果还原剂的用量过多，会造成还原剂的浪费。

S200还原冶炼处理

根据本实用新型的实施例，利用还原冶炼装置将混合物料团块进行还原冶炼处理，得到金属化团块。通过还原冶炼处理，使钒渣中的铁的氧化物被还原。

根据本实用新型的实施例，还原冶炼处理的温度可以为1000-1200摄氏度。该温度下，钠盐不易挥发，还原效果好，金属化团块的金属化率高。如果温度太高会造成钠的挥发，温度太低铁的还原效果差，金属化率低。

S300熔分处理

根据本实用新型的实施例，将金属化团块输送至熔分分离装置进行熔分处理，得到还原铁和富钒渣。由此，从金属化团块中分离出还原铁，使钒得到富集，富钒渣中五氧化二钒品位增加5％以上，有利于后续的焙烧和湿法提取，使钒的回收率提高。根据本实用新型的实施例，还原铁为还原铁水，可以作为炼钢原料。

其中，需要说明的是，本文中所提到的“富钒渣”是相对于原料中的钒渣而言的，原料中的钒渣通过还原冶炼处理和熔分处理使其中的含铁成份被分离出去，相应地，钒得到了富集，进而，钒的含量相对于原料中的钒渣有所提高，形成了富钒渣。根据本实用新型的实施例，富钒渣中钒的含量为17％～32％(以V₂O₅质量分数计)。

根据本实用新型的实施例，熔分处理的温度可以为1400-1700摄氏度。由此，熔分效率高，效果好。

S400氧化焙烧处理

根据本实用新型的实施例，将富钒渣输送至氧化焙烧装置进行氧化焙烧处理，得到钒渣熟料。由此，将富钒渣中的钒氧化为正五价的钒，只有五价钒酸钠才是水溶的，从而，便于后续的提钒处理，钒的回收率高。

根据本实用新型的实施例，钒渣熟料中，至少90％的钒为化合价为正五价的钒酸钠。因为在钒的众多价态中只有正五价的钒酸钠才是水溶的，可以通过后续水浸提钒。其中，钒酸钠为选自正钒酸钠、焦钒酸钠和偏钒酸钠中的至少一种。

根据本实用新型的实施例，氧化焙烧处理的处理方式不受特别的限制，只要能将富钒渣中的钒氧化为正五价即可。根据本实用新型的一些实施例，可以直接在熔融状态下对富钒渣强制供氧，使富钒渣中的钒氧化形成水溶性钒酸钠；根据本实用新型的另一些实施例，将富钒渣冷却、破碎后，再进行氧化焙烧，形成水溶性钒酸钠。

根据本实用新型的实施例，氧化焙烧反应条件不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择。根据本实用新型的优选实施例，氧化焙烧温度为400℃～900℃。发明人通过实验发现，在此温度区间，高价钒酸钠的氧化反应进行的最快最彻底，一方面，氧化反应是放热反应，所以高温不利于氧化反应的进行，另一方面，温度太低又限制了氧化反应的动力学因素，焙烧温度为400℃～900℃时，高价钒酸钠的氧化反应的反应速率快，效果好。

S500提钒处理

根据本实用新型的实施例，利用提钒装置将钒渣熟料进行提钒处理，得到五氧化二钒。由此，从钒渣熟料中分离得到五氧化二钒。

根据本实用新型的一些实施例，该提钒处理可以是现有的水浸-沉钒-煅烧工艺处理，提钒效果好，效率高。下面参考具体实施例，对本实用新型进行说明，需要说明的是，这些实施例仅仅是说明性的，而不能理解为对本实用新型的限制。

实施例1

以国内某提钒炼钢厂钒渣为原料，利用本实用新型的方法进行钒渣的综合处理，该方法的流程示意图如图1所示，钒渣的综合处理系统的结构示意图如图2所示，其中，该钒渣含全铁35％，五氧化二钒16％，具体处理方法如下：

(1)利用混料造块装置将钒渣与碳酸钠(分析纯，含量99.5％)和还原煤(固定碳含量78％)，按重量配比钒渣:碳酸钠:还原煤＝100:15:6进行配料混料，得到混合物料团块。

(2)将混合物料团块加入转底炉进行直接还原冶炼，冶炼温度1000℃，冶炼时间45min，得到金属化球团，该金属化球团的金属化率为85％。

(3)熔分炉将金属化球团在1500℃条件下进行熔分熔炼得到铁水和熔融态富钒渣，其中，铁水的全铁品位为98.5％，该铁水可以作为炼钢原料，熔融态富钒渣含五氧化二钒23％。

(4)对熔融态富钒渣强制供氧氧化，当钒渣中五价钒占全钒的比例大于90％时即可停止供氧，冷却后得到高价钒酸钠熟料，钒回收率98％。

(5)利用提钒装置，通过现有成熟的水浸-沉钒-煅烧工艺处理高价钒酸钠熟料生产五氧化二钒。

实施例2

以国内某提钒炼钢厂钒渣为原料，利用本实用新型的方法进行钒渣的综合处理，该方法的流程示意图如图1所示，钒渣的综合处理系统的结构示意图如图2所示，其中，该钒渣含全铁42％，五氧化二钒20％，具体处理方法如下：

(1)利用混料造块装置将钒渣与硫酸钠(分析纯，含量99.5％)和兰炭(固定碳含量82％)，按重量配比钒渣：硫酸钠：兰炭＝100:25:9进行配料混料，得到混合物料团块。

(2)将混合物料团块加入转底炉进行直接还原冶炼，冶炼温度1200℃，冶炼时间1h，得到金属化球团，该金属化球团的金属化率为88％。

(3)利用电炉将金属化球团在1600℃条件下进行熔分熔炼得到铁水和熔融态富钒渣，其中，铁水的全铁品位为98.8％，该铁水可以作为炼钢原料，熔融态富钒渣含五氧化二钒33％。

(4)对熔融态富钒渣强制供氧氧化，当钒渣中五价钒占全钒的比例大于90％时即可停止供氧，冷却后得到高价钒酸钠熟料，钒回收率95％。

(5)利用提钒装置，通过现有成熟的水浸-沉钒-煅烧工艺处理高价钒酸钠熟料生产五氧化二钒。

实施例3

以国内某提钒炼钢厂钒渣为原料，利用本实用新型的方法进行钒渣的综合处理，该方法的流程示意图如图1所示，钒渣的综合处理系统的结构示意图如图2所示，其中，该钒渣含全铁25％，五氧化二钒14％，具体处理方法如下：

(1)利用混料造块装置将钒渣与氯化钠(分析纯，含量99.5％)和焦炭(固定碳含量86％)，按重量配比钒渣：氯化钠：焦炭＝100:20:12进行配料混料，得到混合物料团块。

(2)将混合物料团块加入隧道窑进行直接还原冶炼，冶炼温度1150℃，冶炼时间1.5h，得到金属化球团，该金属化球团的金属化率为83％。

(3)利用熔分炉将金属化球团在1650℃条件下进行熔分熔炼得到铁水和熔融态富钒渣，其中，铁水的全铁品位为99.2％，该铁水可以作为炼钢原料，熔融态富钒渣含五氧化二钒18％。

(4)熔融态富钒渣冷却后破碎在回转窑内进行氧化焙烧处理，焙烧温度850℃，焙烧时间1.5h，焙烧结束后得到高价钒酸钠熟料，五价钒的比例为95％，钒回收率96％。

(5)利用提钒装置，通过现有成熟的水浸-沉钒-煅烧工艺处理高价钒酸钠熟料生产五氧化二钒。

实施例4

以国内某提钒炼钢厂钒渣为原料，利用本实用新型的方法进行钒渣的综合处理，该方法的流程示意图如图1所示，钒渣的综合处理系统的结构示意图如图2所示，其中，该钒渣含全铁30％，五氧化二钒15％，具体处理方法如下：

(1)利用混料造块装置将钒渣与碳酸氢钠(分析纯，含量99.5％)和焦炭(固定碳含量86％)，按重量配比钒渣：碳酸氢钠：焦炭＝100:10:10进行配料混料，得到混合物料团块。

(2)将混合物料团块加入回转窑进行直接还原冶炼，冶炼温度1050℃，冶炼时间2h，得到金属化球团，该金属化球团的金属化率为83.5％。

(3)利用熔分炉将金属化球团在1450℃条件下进行熔分熔炼得到铁水和熔融态富钒渣，其中，铁水的全铁品位为98.3％，该铁水可以作为炼钢原料，熔融态富钒渣含五氧化二钒20％。

(4)将熔融态富钒渣冷却后破碎，在回转窑内进行氧化焙烧处理，焙烧温度900℃，焙烧时间2h，焙烧结束后得到高价钒酸钠熟料，五价钒的比例为99％，钒回收率99％。

(5)利用提钒装置，通过现有成熟的水浸-沉钒-煅烧工艺处理高价钒酸钠熟料生产五氧化二钒。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由权利要求及其等同物限定。