处理钒铬渣的方法和系统与流程

本发明涉及金属冶炼领域，具体而言，本发明涉及处理钒铬渣的方法和系统。

背景技术：

我国是一个贫铬的国家，97％的铬矿都依赖于进口。值得注意的是，攀枝花红格地区的高铬型钒钛磁铁矿中铬含量高达900万吨，铬与钒在原矿中的含量相当。国内对这种红格钒钛磁铁矿的处理方法为首先经过高炉冶炼成含钒铬铁水，然后在转炉中氧化吹炼出转炉钒铬渣(简称钒铬渣)。转炉钒铬渣为钒、铬含量相当或低钒高铬的高铬型钒渣，其铬含量约为5～13％，是普通钒渣的近10倍，具有较大的应用价值。现有技术直接对该钒铬渣进行高温氧化钠化焙烧-水浸处理，得到低钒高铬溶液，其中含有较多的硅、铁、铝、磷等杂质，后续沉钒所得产品的纯度不高，且得到的高铬溶液中含有的少量钒难以去除，采用现有技术无法获得合格的铬产品。

中国专利CN103924096A公开了一种回收钒铬资源的方法，该方法将钒铬渣先通过氧化钙化焙烧-酸浸提铬，酸浸渣再通过氧化钠化焙烧-水浸提钒。该方法没有考虑到氧化钙化焙烧中钒铬渣中的钒会与氧化钙形成酸溶性的钒酸钙，酸浸时钒酸钙和铬酸钙会一同进入酸浸液中，实际上根本达不到钒铬分离的目的，而且也没有回收钒铬渣中的铁资源。

中国专利CN104357671使用硫酸浸取钒铬渣获得钒、铬溶液，随后加入氢氧化钠获得钒铬沉淀浆液，再加入双氧水或通入氧气、空气氧化浆液中的钒、铬，调节pH值进行沉钒、煅烧获得五氧化二钒；沉钒后的母液先结晶分离出硫酸钠，再用氢氧化钠溶液除去铬溶液中的杂质，最后浓缩获得铬酸钠晶体。该方法不需焙烧可降低能耗，但存在工艺流程长、硫酸对设备腐蚀严重等问题。

因此，现有的处理钒铬渣的手段仍有待改进。

技术实现要素：

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出处理钒铬渣的方法和系统。采用该方法可以实现钒铬渣中铁、铬和钒元素的综合回收利用，获得高品质的铬铁合金和五氧化二钒产品，且工艺流程短，适合工业化推广。

在本发明的第一方面，本发明提出了一种处理钒铬渣的方法。根据本发明的实施例，该方法包括：将钒铬渣、还原煤、粘结剂和助熔剂进行混合，以便得到混合物料；将所述混合物料进行成型，以便得到球团；将所述球团进行还原处理，以便得到金属化球团；将所述金属化球团进行分离处理，以便得到铬铁合金和富钒渣；将所述富钒渣与钠盐混合并进行氧化钠化焙烧处理，以便得到水溶性钒酸钠熟料；将所述水溶性钒酸钠熟料进行水浸提钒处理，以便得到五氧化二钒和尾渣。

由此，根据本发明实施例的处理钒铬渣的方法通过将钒铬渣、还原煤、粘结剂和助熔剂混合，并将得到的混合物料成型得到球团，再将球团进行还原处理，利用还原煤将球团中的铁、铬氧化物还原为单质，得到金属化球团，进而将金属化球团进行分离处理，分别得到铬铁合金产品和富钒渣；进一步地，通过将富钒渣与钠盐混合并进行氧化钠化焙烧处理，得到水溶性钒酸钠熟料，再通过将水溶性钒酸钠熟料进行水浸提钒处理，得到五氧化二钒产品和尾渣。由此，本发明实施例的处理钒铬渣的方法通过将铬、铁与钒分步还原，首先得铬铁合金产品，而进一步处理富钒渣，得到五氧化二钒产品，从而实现钒铬渣中铁、铬和钒元素的综合回收利用，且工艺流程短，适合工业化推广。

另外，根据本发明上述实施例的处理钒铬渣的方法还可以具有如下附加的技术特征：

在本发明的一些实施例中，将所述钒铬渣、所述还原煤、所述粘结剂和所述助熔剂按照质量比100:(6～12):(2～5):(5～15)进行混合。由此，可以显著提高后续还原处理得到的金属化球团的金属化率，提高铬铁的回收率。

在本发明的一些实施例中，所述还原处理是在1300～1400摄氏度的温度下完成的。由此，可以进一步提高后续还原处理得到的金属化球团的金属化率，提高铬铁的回收率。

在本发明的一些实施例中，将所述富钒渣与所述钠盐按照质量比100:(5～20)进行混合。由此，可以显著提高制备得到的五氧化二钒产品的品质。

在本发明的一些实施例中，所述钠盐包括选自碳酸钠、氯化钠和硫酸钠中的至少之一。由此，可以进一步提高制备得到的五氧化二钒产品的品质。

在本发明的一些实施例中，所述氧化钠化焙烧处理是在600～900摄氏度的温度下进行1～2h完成的。由此，可以进一步提高制备得到的五氧化二钒产品的品质。

在本发明的一些实施例中，所述水浸提钒处理进一步包括：将所述水溶性钒酸钠熟料进行水浸处理，以便得到含钒溶液；将所述含钒溶液进行沉钒处理，以便得到多聚钒酸铵沉淀；将所述多聚钒酸铵沉淀进行煅烧处理，以便得到五氧化二钒。由此，可以进一步提高制备得到的五氧化二钒产品的品质。

在本发明的第二方面，本发明提出了一种实施前面实施例的处理钒铬渣的方法的系统。根据本发明的实施例，该系统包括：混料装置，所述混料装置具有钒铬渣入口、还原煤入口、粘结剂入口、助熔剂入口和混合物料出口；成型装置，所述成型装置具有混合物料入口和球团出口，所述混合物料入口与所述球团出口相连；还原装置，所述还原装置具有球团入口和金属化球团出口，所述球团入口与所述球团出口相连；分离装置，所述分离装置具有金属化球团入口、铬铁合金出口和富钒渣出口，所述金属化球团入口与所述金属化球团出口相连；氧化钠化焙烧装置，所述氧化钠化焙烧装置具有富钒渣入口、钠盐入口、空气入口和水溶性钒酸钠熟料出口，所述富钒渣入口与所述富钒渣出口相连；水浸提钒装置，所述水浸提钒装置具有水溶性钒酸钠熟料入口、五氧化二钒出口和尾渣出口，所述水溶性钒酸钠熟料入口与所述水溶性钒酸钠熟料出口相连。

由此，根据本发明实施例的处理钒铬渣的系统通过采用成型装置将钒铬渣、还原煤、粘结剂和助熔剂混合，并将得到的混合物料成型得到球团，再将球团供给至还原装置中进行还原处理，利用还原煤将球团中的铁、铬氧化物还原为单质，得到金属化球团，进而利用分离装置将金属化球团进行分离处理，分别得到铬铁合金产品和富钒渣；进一步地，通过将富钒渣与钠盐供给至氧化钠化焙烧装置中进行混合和氧化钠化焙烧处理，得到水溶性钒酸钠熟料，再通过水浸提钒装置将水溶性钒酸钠熟料进行水浸提钒处理，得到五氧化二钒产品和尾渣。由此，本发明实施例的处理钒铬渣的系统通过将铬、铁与钒分步还原，首先得铬铁合金产品，而进一步处理富钒渣，得到五氧化二钒产品，从而实现钒铬渣中铁、铬和钒元素的综合回收利用，且工艺流程短，适合工业化推广。

另外，根据本发明上述实施例的处理钒铬渣的系统还可以具有如下附加的技术特征：

在本发明的一些实施例中，所述还原装置为隧道窑或转底炉，所述分离装置为磨矿磁选装置或熔分装置；优选地，所述磨矿磁选装置为球磨机和磁选机的联动装置，所述熔分装置为燃气熔分炉。

在本发明的一些实施例中，所述氧化钠化焙烧装置为多层焙烧炉。

本发明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，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/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是根据本发明一个实施例的处理钒铬渣的方法流程示意图；

图2是根据本发明再一个实施例的处理钒铬渣的方法流程示意图；

图3是根据本发明一个实施例的处理钒铬渣的系统结构示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，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，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明的第一方面，本发明提出了一种处理钒铬渣的方法。根据本发明的实施例，该方法包括：将钒铬渣、还原煤、粘结剂和助熔剂进行混合，以便得到混合物料；将混合物料进行成型，以便得到球团；将球团进行还原处理，以便得到金属化球团；将金属化球团进行分离处理，以便得到铬铁合金和富钒渣；将富钒渣与钠盐混合并进行氧化钠化焙烧处理，以便得到水溶性钒酸钠熟料；将水溶性钒酸钠熟料进行水浸提钒处理，以便得到五氧化二钒和尾渣。

下面参考图1～2对根据本发明实施例的处理钒铬渣的方法进行详细描述。根据本发明的实施例，该方法包括：

S100：混料

该步骤中，将钒铬渣、还原煤、粘结剂和助熔剂进行混合，以便得到混合物料。具体地，钒铬渣是红格钒钛磁铁矿经高炉冶炼和转炉氧化吹炼后得到的尾矿，其主要物相为FeO·(Cr,V,Ti)₂O₃和2FeO·SiO₂，钒、铬和部分铁主要以钒铁和铬铁尖晶石的形式存在，还有一部分铁以铁橄榄石的形式存在。转炉钒铬渣为钒、铬含量相当或低钒高铬的高铬型钒渣，其中Cr₂O₃质量分数约为8～16％，Fe质量分数约为20～35％，V₂O₅的质量分数约为8～16％，具有较大的回收利用价值。根据不同金属的活泼程度不同，以还原煤为还原剂，可以实现不同金属的分步还原，而在进行还原处理前，预先将钒铬渣、还原煤、粘结剂和助熔剂进行混合得到混合物料，可以显著提高后续还原处理的效率。

根据本发明的实施例，用于混合的钒铬渣、还原煤、粘结剂和助熔剂的配比并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本发明的具体实施例，可以将钒铬渣、还原煤、粘结剂和助熔剂按照质量比100:(6～12):(2～5):(5～15)进行混合。由此，可以显著提高后续还原处理得到的金属化球团的金属化率，提高铬铁的回收率。发明人发现，如果还原煤的配入量过高，在将球团中Cr₂O₃还原为Cr后，将进一步发生副反应3Cr+7C＝Cr₃C₇，导致Cr的回收率降低。另外，通过配入助熔剂，还可以提高后续还原处理中铬和铁的还原效果。

S200：成型

该步骤中，将S100得到的混合物料进行成型，以便得到球团。具体地，可以采用圆盘造球机进行将混合物料进行成型。

S300：还原处理

该步骤中，将球团进行还原处理，以便得到金属化球团。发明人发现，根据金属的活泼程度不同，以还原煤作为还原剂，还原处理中优先还原得到的是铁，然后是铬，最后是钒，从而通过控制还原处理的条件，可以将球团中铁、铬和钒的选择性分步还原，实现铁、铬与钒的分离。具体地，对铁化合物的还原主要包括如下反应：

2FeO·SiO₂+2C＝2Fe+SiO₂+2CO；

2FeO·SiO₂+2CO＝2Fe+SiO₂+2CO₂；

FeO·(Cr,V,Ti)₂O₃+C＝(Cr,V,Ti)₂O₃+Fe+CO；

FeO·(Cr,V,Ti)₂O₃+CO＝(Cr,V,Ti)₂O₃+Fe+CO₂。

对铬化合物的还原主要包括如下反应：

Cr₂O₃+3C＝2Cr+3CO；

Cr₂O₃+3CO＝2Cr+3CO₂。

根据本发明的具体实施例，还原处理是在1300～1400摄氏度的温度下完成的。发明人发现，如果温度过高且还原煤配入过量，则可能发生副反应：V₂O₃+3C＝2V+3CO以及V₂O₃+5C＝2VC+3CO；使得钒在还原处理中与铬和铁同时被还原，导致钒无法与铬和铁分离。同时，铬的还原需要一定温度，如果温度过低，铬的还原效果不好。

S400：分离处理

该步骤中，将金属化球团进行分离处理，以便得到铬铁合金和富钒渣，从而实现钒与铬、铁的分离。经检测，得到的铬铁合金产品中Cr的质量分数为15～22％，Cr的回收率达80％以上，富钒渣中Cr₂O₃的质量分数不高于2％，V₂O₅的质量分数为12～22％。

根据本发明的实施例，分离处理的条件并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本发明的具体实施例，可以采用磨矿磁选处理或熔分处理对金属化球团进行分离处理。

根据本发明的一个具体实施例，当采用熔分处理对金属化球团进行分离处理时，熔分处理可以在非还原性气氛中，1500～1600摄氏度的温度下进行，由此，可以进一步提高分离得到的铬铁合金产品中铬与铁的品位。

根据本发明的一个具体实施例，所述非还原性气氛优选气氛中含O₂体积浓度3～25％，由此可以保证在熔分过程中金属更好的分离。

S500：氧化钠化焙烧处理

该步骤中，将富钒渣在空气中进行氧化钠化焙烧处理，以便得到水溶性钒酸钠熟料，其中，水溶性钒酸钠熟料可以是正钒酸钠、焦钒酸钠或偏钒酸钠中的至少之一。具体地，氧化钠化焙烧处理主要包括如下反应：

Na₂O+V₂O₃+O₂＝2NaVO₃偏钒酸钠；

2Na₂O+V₂O₃+O₂＝Na₄V₂O₇焦钒酸钠；

3Na₂O+V₂O₃+O₂＝Na₃VO₄正钒酸钠。

经检测，所得水溶性钒酸钠熟料中正五价钒占全钒的比例不低于90％。

根据本发明的实施例，富钒渣与钠盐的配比并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本发明的具体实施例，富钒渣与钠盐的质量比可以为100:(5～20)，由此，可以进一步有效地促使富钒渣中的钒转化为水溶性钒酸钠熟料。

根据本发明的实施例，钠盐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，根据本发明的具体实施例，钠盐可以包括选自碳酸钠、氯化钠和硫酸钠中的至少之一。由此，可以进一步有效地促使富钒渣中的钒转化为水溶性钒酸钠熟料。

根据本发明的实施例，氧化钠化焙烧处理的条件并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本发明的具体实施例，氧化钠化焙烧处理是在600～900摄氏度下进行1～2h完成的。由此，可以保证焙烧得到的水溶性钒酸钠熟料中正五价的钒占全钒的比例不低于90％，从而进一步提高钒的回收率。

S600：水浸提钒处理

该步骤中，将水溶性钒酸钠熟料进行水浸提钒处理，以便得到五氧化二钒和尾渣。具体地，根据本发明的实施例，水浸提钒处理还可以进一步包括下列步骤：

S610：水浸处理

根据本发明的实施例，将水溶性钒酸钠熟料进行水浸处理，水浸条件：浸出温度80～95摄氏度，液固质量比为(3～10):1，浸出时间为3～15min，水浸结束后固液分离，可以得到含钒溶液。

S620：沉钒处理

根据本发明的实施例，将含钒溶液净化除杂，除杂后含钒溶液再进行酸性铵盐沉钒处理，即可得到多聚钒酸铵沉淀。

其中，上述沉钒处理中发生的主要反应为：

调酸度：10VO₃^-+6H⁺＝H₂V₁₀O₂₈^4-+2H₂O

铵盐沉钒：3H₂V₁₀O₂₈^4-+10NH₄⁺+2H⁺＝5(NH₄)₂V₆O₁₆↓+4H₂O。

S630：煅烧处理

进一步地，根据本发明的实施例，将沉钒处理得到的多聚钒酸铵沉淀进行煅烧处理，控制煅烧温度在550摄氏度下反应2h进行脱氨，以便得到五氧化二钒产品。

其中，上述煅烧处理中发生的主要反应为：

(NH₄)₂V₆O₁₆＝3V₂O₅+2NH₃↑+H₂O。

由此，根据本发明实施例的处理钒铬渣的方法通过将钒铬渣、还原煤、粘结剂和助熔剂混合，并将得到的混合物料成型得到球团，再将球团进行还原处理，利用还原煤将球团中的铁、铬氧化物还原为单质，得到金属化球团，进而将金属化球团进行分离处理，分别得到铬铁合金产品和富钒渣；进一步地，通过将富钒渣与钠盐混合并进行氧化钠化焙烧处理，得到水溶性钒酸钠熟料，再将水溶性钒酸钠熟料进行水浸提钒处理，得到含钒溶液，并将含钒溶液进行酸性铵盐沉钒处理后，对得到的多聚钒酸铵沉淀进行煅烧处理，以便得到五氧化二钒产品和尾渣。经计算，采用本申请的方法处理钒铬渣，铬的回收率可达85％以上，铁的回收率可达80％以上，钒的回收率可达95％以上。由此，本发明实施例的处理钒铬渣的方法通过将铬、铁与钒分步还原，首先得铬铁合金产品，而进一步处理富钒渣，得到五氧化二钒产品，从而实现钒铬渣中铁、铬和钒元素的综合回收利用，且工艺流程短，适合工业化推广。

在本发明的第二方面，本发明提出了一种实施前面实施例的处理钒铬渣的方法的系统。根据本发明的实施例，参考图3，该系统包括：混料装置100、成型装置200、还原装置300、分离装置400、氧化钠化焙烧装置500和水浸提钒装置600。其中，混料装置100具有钒铬渣入口101、还原煤入口102、粘结剂入口103、助熔剂入口104和混合物料出口105；成型装置200具有混合物料入口201和球团出口202，混合物料入口201与混合物料出口105相连；还原装置300具有球团入口301和金属化球团出口302，球团入口301与球团出口202相连；分离装置400具有金属化球团入口401、铬铁合金出口402和富钒渣出口403，金属化球团入口401与金属化球团出口302相连；氧化钠化焙烧装置500具有富钒渣入口501、钠盐入口502、空气入口503和水溶性钒酸钠熟料出口504，富钒渣入口501与富钒渣出口403相连；水浸提钒装置600具有水溶性钒酸钠熟料入口601、五氧化二钒出口602和尾渣出口603，水溶性钒酸钠熟料入口601与水溶性钒酸钠熟料出口504相连。

下面参考图3对根据本发明实施例的处理钒铬渣的系统进行详细描述：

根据本发明的实施例，混料装置100具有钒铬渣入口101、还原煤入口102、粘结剂入口103、助熔剂入口104和混合物料出口105，混料装置100适于将钒铬渣、还原煤、粘结剂和助熔剂进行混合，以便得到混合物料。具体地，钒铬渣是红格钒钛磁铁矿经高炉冶炼和转炉氧化吹炼后得到的尾矿，其主要物相为FeO·(Cr,V,Ti)₂O₃和2FeO·SiO₂，钒、铬和部分铁主要以钒铁和铬铁尖晶石的形式存在，还有一部分铁以铁橄榄石的形式存在。转炉钒铬渣为钒、铬含量相当或低钒高铬的高铬型钒渣，其中Cr₂O₃质量分数约为8～16％，Fe质量分数约为20～35％，V₂O₅的质量分数约为8～16％，具有较大的回收利用价值。根据不同金属的活泼程度不同，以还原煤为还原剂，可以实现不同金属的分步还原，而在进行还原处理前，预先将钒铬渣、还原煤、粘结剂和助熔剂进行混合得到混合物料，可以显著提高后续还原处理的效率。

根据本发明的实施例，用于混合的钒铬渣、还原煤、粘结剂和助熔剂的配比并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本发明的具体实施例，可以将钒铬渣、还原煤、粘结剂和助熔剂按照质量比100:(6～12):(2～5):(5～15)进行混合。由此，可以显著提高后续还原处理得到的金属化球团的金属化率，提高铬铁的回收率。发明人发现，如果还原煤的配入量过高，在将球团中Cr₂O₃还原为Cr后，将进一步发生副反应3Cr+7C＝Cr₃C₇，导致Cr的回收率降低。另外，通过配入助熔剂，还可以提高后续还原处理中铬和铁的还原效果。

根据本发明的实施例，成型装置200具有混合物料入口201和球团出口202，混合物料入口201与混合物料出口105相连，成型装置200适于将混料装置100中得到的混合物料进行成型，以便得到球团。

根据本发明的一个具体实施例，成型装置200可以为圆盘造球机。

根据本发明的实施例，还原装置300具有球团入口301和金属化球团出口302，球团入口201与球团出口202相连，还原装置300适于将球团进行还原处理，以便得到金属化球团。发明人发现，根据金属的活泼程度不同，以还原煤作为还原剂，还原处理中优先还原得到的是铁，然后是铬，最后是钒，从而通过控制还原处理的条件，可以将球团中铁、铬和钒的选择性分步还原，实现铁、铬与钒的分离。具体地，对铁化合物的还原主要包括如下反应：

2FeO·SiO₂+2C＝2Fe+SiO₂+2CO；

2FeO·SiO₂+2CO＝2Fe+SiO₂+2CO₂；

FeO·(Cr,V,Ti)₂O₃+C＝(Cr,V,Ti)₂O₃+Fe+CO；

FeO·(Cr,V,Ti)₂O₃+CO＝(Cr,V,Ti)₂O₃+Fe+CO₂。

对铬化合物的还原主要包括如下反应：

Cr₂O₃+3C＝2Cr+3CO；

Cr₂O₃+3CO＝2Cr+3CO₂。

根据本发明的具体实施例，还原处理是在1300～1400摄氏度的温度下完成的。发明人发现，如果温度过高且还原煤配入过量，则可能发生副反应：V₂O₃+3C＝2V+3CO以及V₂O₃+5C＝2VC+3CO；使得钒在还原处理中与铬和铁同时被还原，导致钒无法与铬和铁分离。同时，铬的还原需要一定温度，如果温度过低，铬的还原效果不好。

根据本发明的具体实施例，还原装置300可以为隧道窑或转底炉，由此可以进一步提高还原处理的效果，从而进一步提高铁和铬的回收率。

根据本发明的实施例，分离装置400具有金属化球团入口401、铬铁合金出口402和富钒渣出口403，金属化球团入口401与金属化球团出口302相连，分离装置400适于将金属化球团进行分离处理，以便得到铬铁合金和富钒渣，从而实现钒与铬、铁的分离。经检测，得到的铬铁合金产品中Cr的质量分数为15～22％，Cr的回收率达80％以上，富钒渣中Cr₂O₃的质量分数不高于2％，V₂O₅的质量分数为12～22％。

根据本发明的实施例，分离处理的条件并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本发明的具体实施例，可以采用磨矿磁选处理或熔分处理对金属化球团进行分离处理。

根据本发明的一个具体实施例，当采用熔分处理对金属化球团进行分离处理时，熔分处理可以在非还原性气氛中，1500～1600摄氏度的温度下进行，由此，可以进一步提高分离得到的铬铁合金产品中铬与铁的品位。

根据本发明的一个具体实施例，所述非还原性气氛优选气氛中含O₂体积浓度3～25％，由此可以保证在熔分过程中金属更好的分离。

根据本发明的具体实施例，分离装置可以为磨矿磁选装置或熔分装置；优选地，磨矿磁选装置可以为球磨机和磁选机的联动装置，熔分装置可以为燃气熔分炉。由此可以显著提高分离处理的效率。

所述分离装置为熔分装置或者磨矿磁选装置；优选地，所述磨矿磁选装置为球磨机和磁选机的联动装置，所述熔分装置为燃气熔分炉。

根据本发明的实施例，氧化钠化焙烧装置500具有富钒渣入口501、钠盐入口502、空气入口503和水溶性钒酸钠熟料出口504，富钒渣入口501与富钒渣出口403相连，氧化钠化焙烧装置500适于将富钒渣在空气中进行氧化钠化焙烧处理，以便得到水溶性钒酸钠熟料，其中，水溶性钒酸钠熟料可以是正钒酸钠、焦钒酸钠或偏钒酸钠中的至少之一。具体地，氧化钠化焙烧处理主要包括如下反应：

Na₂O+V₂O₃+O₂＝2NaVO₃偏钒酸钠；

2Na₂O+V₂O₃+O₂＝Na₄V₂O₇焦钒酸钠；

3Na₂O+V₂O₃+O₂＝Na₃VO₄正钒酸钠。

经检测，所得水溶性钒酸钠熟料中正五价钒占全钒的比例不低于90％。

根据本发明的实施例，富钒渣与钠盐的配比并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本发明的具体实施例，富钒渣与钠盐的质量比可以为100:(5～20)，由此，可以进一步有效地促使富钒渣中的钒转化为水溶性钒酸钠熟料。

根据本发明的实施例，钠盐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，根据本发明的具体实施例，钠盐可以包括选自碳酸钠、氯化钠和硫酸钠中的至少之一。由此，可以进一步有效地促使富钒渣中的钒转化为水溶性钒酸钠熟料。

根据本发明的实施例，氧化钠化焙烧处理的条件并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本发明的具体实施例，氧化钠化焙烧处理是在600～900摄氏度下进行1～2h完成的。由此，可以保证焙烧得到的水溶性钒酸钠熟料中正五价的钒占全钒的比例不低于90％，从而进一步提高钒的回收率。

根据本发明的具体实施例，氧化钠化焙烧装置500可以为多层焙烧炉，由此可以进一步提高氧化钠化焙烧处理的效果，从而进一步提高钒的回收率。

根据本发明的实施例，水浸提钒装置600具有水溶性钒酸钠熟料入口601、五氧化二钒出口602和尾渣出口603，水溶性钒酸钠熟料入口601与水溶性钒酸钠熟料出口504相连，水浸提钒装置600适于将水溶性钒酸钠熟料进行水浸提钒处理，以便得到五氧化二钒和尾渣。所述水浸提钒装置可以是水浸装置、沉钒装置和煅烧装置的联动装置，具体地，根据本发明的实施例，水浸提钒处理可以进一步包括下列步骤：

(1)水浸处理

根据本发明的实施例，将水溶性钒酸钠熟料进行水浸处理，水浸条件：浸出温度80～95摄氏度，液固质量比为(3～10):1，浸出时间为3～15min，水浸结束后固液分离，可以得到含钒溶液。

(2)沉钒处理

根据本发明的实施例，将含钒溶液净化除杂，除杂后含钒溶液再进行酸性铵盐沉钒处理，即可得到多聚钒酸铵沉淀。

其中，上述沉钒处理中发生的主要反应为：

调酸度：10VO₃^-+6H⁺＝H₂V₁₀O₂₈^4-+2H₂O

铵盐沉钒：3H₂V₁₀O₂₈^4-+10NH₄⁺+2H⁺＝5(NH₄)₂V₆O₁₆↓+4H₂O。

(3)煅烧处理

进一步地，根据本发明的实施例，将沉钒处理得到的多聚钒酸铵沉淀进行煅烧处理，控制煅烧温度在550摄氏度下反应2h进行脱氨，以便得到五氧化二钒产品。

其中，上述煅烧处理中发生的主要反应为：

(NH₄)₂V₆O₁₆＝3V₂O₅+2NH₃↑+H₂O。

由此，根据本发明实施例的处理钒铬渣的系统通过混料装置将钒铬渣、还原煤、粘结剂和助熔剂混合，并将得到的混合物料供给至成型装置中成型得到球团，再采用还原装置将球团进行还原处理，利用还原煤将球团中的铁、铬氧化物还原为单质，得到金属化球团，进而将金属化球团供给至分离装置中进行分离处理，分别得到铬铁合金产品和富钒渣；进一步地，通过采用氧化钠化焙烧装置将富钒渣与钠盐混合并进行氧化钠化焙烧处理，得到水溶性钒酸钠熟料，再将水溶性钒酸钠熟料供给至水浸提钒装置中进行水浸处理，得到含钒溶液，并将含钒溶液进行酸性铵盐沉钒处理后，对得到的多聚钒酸铵沉淀进行煅烧处理，以便得到五氧化二钒产品和尾渣。经计算，采用本申请的系统处理钒铬渣，铬的回收率可达85％以上，铁的回收率可达80％以上，钒的回收率可达95％以上。由此，本发明实施例的处理钒铬渣的系统通过将铬、铁与钒分步还原，首先得铬铁合金产品，而进一步处理富钒渣，得到五氧化二钒产品，从而实现钒铬渣中铁、铬和钒元素的综合回收利用，且工艺流程短，适合工业化推广。

下面参考具体实施例，对本发明进行描述，需要说明的是，这些实施例仅仅是描述性的，而不以任何方式限制本发明。

实施例1

将国内某公司转炉钒铬渣(Cr₂O₃质量分数为8％，V₂O₅质量分数为8％，Fe质量分数为20％)与还原煤、粘结剂和助熔剂按质量比100:6:2:5进行混合，并将混合物料通过圆盘造球机成型得到球团。将球团供给至隧道窑内在1300℃下进行还原焙烧，反应结束后得到金属化球团。将金属化球团在球磨机与磁选机的联动装置内进行磨矿磁选得到铬铁合金(含Cr质量分数为15％)和富钒渣，铬铁合金可以用于冶炼不锈钢，富钒渣中Cr₂O₃质量分数为1.5％，V₂O₅质量分数为12％。将富钒渣与钠盐按质量比100:5混合后在多层焙烧炉内600℃下氧化钠化焙烧1h得到水溶性钒酸钠熟料，其中五价钒占全钒的比例为92％。最后将水溶性钒酸钠熟料进行水浸提钒处理得到五氧化二钒(品位98.8％)和尾渣。整个流程的铬回收率为85％，钒回收率为95％，铁回收率为85％。

实施例2

将国内某公司转炉钒铬渣(Cr₂O₃质量分数为10％，V₂O₅质量分数为10％，Fe质量分数为24％)与还原煤、粘结剂和助熔剂按质量比100:8:3:8进行混合，并将混合物料通过圆盘造球机成型得到球团。将球团供给至隧道窑内在1350℃下进行还原焙烧，反应结束后得到金属化球团。将金属化球团在球磨机与磁选机的联动装置内进行磨矿磁选得到铬铁合金(含Cr质量分数为18％)和富钒渣，铬铁合金可以用于冶炼不锈钢，富钒渣中Cr₂O₃质量分数为1.7％，V₂O₅质量分数为15％。将富钒渣与钠盐按质量比100:10混合后在多层焙烧炉内900℃下氧化钠化焙烧1.5h得到水溶性钒酸钠熟料，其中五价钒占全钒的比例为96％。最后将水溶性钒酸钠熟料进行水浸提钒处理得到五氧化二钒(品位99.2％)和尾渣。整个流程的铬回收率为87％，钒回收率为97％，铁回收率为80％。

实施例3

将国内某公司转炉钒铬渣(Cr₂O₃质量分数为12％，V₂O₅质量分数为12％，Fe质量分数为30％)与还原煤、粘结剂和助熔剂按质量比100:10:4:10进行混合，并将混合物料通过圆盘造球机成型得到球团。将球团供给至隧道窑内在1400℃下进行还原焙烧，反应结束后得到金属化球团。将金属化球团在球磨机与磁选机的联动装置内进行磨矿磁选得到铬铁合金(含Cr质量分数为20％)和富钒渣，铬铁合金可以用于冶炼不锈钢，富钒渣中Cr₂O₃质量分数为1.8％，V₂O₅质量分数为18％。将富钒渣与钠盐按质量比100:20混合后在多层焙烧炉内800℃下氧化钠化焙烧2h得到水溶性钒酸钠熟料，其中五价钒占全钒的比例为95％。最后将水溶性钒酸钠熟料进行水浸提钒处理得到五氧化二钒(品位99.0％)和尾渣。整个流程的铬回收率为88％，钒回收率为96％，铁回收率为87％。

实施例4

将国内某公司转炉钒铬渣(Cr₂O₃质量分数为16％，V₂O₅质量分数为16％，Fe质量分数为35％)与还原煤、粘结剂和助熔剂按质量比100:12:5:15进行混合，并将混合物料通过圆盘造球机成型得到球团。将球团供给至隧道窑内在1375℃下进行还原焙烧，反应结束后得到金属化球团。将金属化球团在球磨机与磁选机的联动装置内进行磨矿磁选得到铬铁合金(含Cr质量分数为22％)和富钒渣，铬铁合金可以用于冶炼不锈钢，富钒渣中Cr₂O₃质量分数为1.9％，V₂O₅质量分数为22％。将富钒渣与钠盐按质量比100:20混合后在多层焙烧炉内750℃下氧化钠化焙烧2h得到水溶性钒酸钠熟料，其中五价钒占全钒的比例为98％。最后将水溶性钒酸钠熟料进行水浸提钒处理得到五氧化二钒(品位99.4％)和尾渣。整个流程的铬回收率为90％，钒回收率为98％，铁回收率为90％。

实施例5

将国内某公司转炉钒铬渣(Cr₂O₃质量分数为8％，V₂O₅质量分数为8％，Fe质量分数为20％)与还原煤、粘结剂和助熔剂按质量比100:6:2:5混合处理得到混合物料，并将混合物料通过圆盘造球机成型得到球团，将球团在隧道窑内在1300℃下进行还原焙烧，反应结束后得到还原焙烧产物。将还原焙烧产物在燃气熔分炉内中性气氛下1500℃进行熔分得到铬铁合金(含Cr质量分数为15％)和富钒渣，铬铁合金可以送去冶炼不锈钢，富钒渣中Cr₂O₃质量分数为1.5％，V₂O₅质量分数为12％。将富钒渣与钠盐按质量比100:5混合后在多层焙烧炉内600℃氧化钠化焙烧1h得到水溶性钒酸钠熟料，其中五价钒占全钒的比例为92％。最后将水溶性钒酸钠熟料进行水浸提钒处理得到五氧化二钒(品位98.8％)和尾渣。整个流程的铬回收率91％，钒回收率95％，铁回收率85％。

实施例6

将国内某公司高钙高磷钒渣(Cr₂O₃质量分数为10％，V₂O₅质量分数为10％，Fe质量分数为24％)与还原煤、粘结剂和助熔剂按质量比100:8:3:8混合处理得到混合物料，并将混合物料通过圆盘造球机成型得到球团，将球团在隧道窑内在1350℃下进行还原焙烧，反应结束后得到还原焙烧产物。将还原焙烧产物在燃气熔分炉内弱氧化性气氛下1550℃进行熔分得到铬铁合金(含Cr质量分数为18％)和富钒渣，铬铁合金可以送去冶炼不锈钢，富钒渣中Cr₂O₃质量分数为1.7％，V₂O₅质量分数为15％。将富钒渣与钠盐按质量比100:10混合后在多层焙烧炉内900℃氧化钠化焙烧1.5h得到水溶性钒酸钠熟料，其中五价钒占全钒的比例为96％。最后将水溶性钒酸钠熟料进行水浸提钒处理得到五氧化二钒(品位99.2％)和尾渣。整个流程的铬回收率93％，钒回收率97％，铁回收率80％。

实施例7

将国内某公司高钙高磷钒渣(Cr₂O₃质量分数为8～16％，V₂O₅质量分数为8～16％，Fe质量分数为20～35％)与还原煤、粘结剂和助熔剂按质量比100:10:4:10混合处理得到混合物料，并将混合物料通过圆盘造球机成型得到球团，将球团在隧道窑内在1400℃下进行还原焙烧，反应结束后得到还原焙烧产物。将还原焙烧产物在燃气熔分炉内中性气氛下1600℃进行熔分得到铬铁合金(含Cr质量分数为20％)和富钒渣，铬铁合金可以送去冶炼不锈钢，富钒渣中Cr₂O₃质量分数为1.8％，V₂O₅质量分数为18％。将富钒渣与钠盐按质量比100:20混合后在多层焙烧炉内800℃氧化钠化焙烧2h得到水溶性钒酸钠熟料，其中五价钒占全钒的比例为95％。最后将水溶性钒酸钠熟料进行水浸提钒处理得到五氧化二钒(品位99.0％)和尾渣。整个流程的铬回收率95％，钒回收率96％，铁回收率87％。

实施例8

将国内某公司高钙高磷钒渣(Cr₂O₃质量分数为16％，V₂O₅质量分数为16％，Fe质量分数为35％)与还原煤、粘结剂和助熔剂按质量比100:12:5:15混合处理得到混合物料，并将混合物料通过圆盘造球机成型得到球团，将球团在隧道窑内在1375℃下进行还原焙烧，反应结束后得到还原焙烧产物。将还原焙烧产物在燃气熔分炉内中性气氛下1575℃进行熔分得到铬铁合金(含Cr质量分数为25％)和富钒渣，铬铁合金可以送去冶炼不锈钢，富钒渣中Cr₂O₃质量分数为1.9％，V₂O₅质量分数为22％。将富钒渣与钠盐按质量比100:20混合后在多层焙烧炉内750℃氧化钠化焙烧2h得到水溶性钒酸钠熟料，其中五价钒占全钒的比例为98％。最后将水溶性钒酸钠熟料进行水浸提钒处理得到五氧化二钒(品位99.4％)和尾渣。整个流程的铬回收率97％，钒回收率98％，铁回收率90％。

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发明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必须针对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一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。