一种钠化焙烧提钒工艺的制作方法

本发明涉及钒冶金技术领域，具体而言，涉及一种钠化焙烧提钒工艺。

背景技术：

钠化焙烧提钒工艺是提钒方法中较为传统的工艺，其原理是将难溶性的钒在焙烧过程中转化为易溶于水的钒酸钠，再通过浸出、沉钒、煅烧等工序可获得钒产品。碳酸钠或碳酸氢钠作为钠化焙烧中常用的添加剂，与含钒物料按照一定比例混合后在高温下焙烧，得到焙烧熟料；焙烧熟料再用水浸出，得到钒浸出液后再加入硫酸铵或氯化铵沉钒，得到偏钒酸铵和沉钒母液；偏钒酸铵经煅烧后得到纯度大于98％的v2o5，而沉钒母液为高浓度含钠废水，同时含有其他金属杂质离子，不能直接循环利用。生产中直接将沉钒母液完全蒸发，尽管水蒸气冷凝后可以回用，但蒸发渣是以硫酸钠或氯化钠为主、并含有大量杂质的混合物，既不能返回利用，也不能作为产品出售，生产企业环保压力大。钠化焙烧提钒工艺中钠不能循环利用是困扰该工艺不能大规模推广应用的瓶颈问题。

现有一些工艺中，将含钒物料钠化焙烧后再浸出，浸出液冷却结晶脱钠，钠盐返回焙烧流程，再净化除杂，除杂后的溶液再加入乙二胺等有机物络合钒，再用酸调节ph至1.0～7.5，冷却结晶，析出钒配合物后再加入氯化铵溶液，得到精制含钒配合物，再煅烧得到钒氧化物。尽管该工艺可以获得纯度较高的钒氧化物，但工艺复杂，流程长，脱钠后的溶液钠含量可能仍较高；沉钒过程添加的有机络合剂成本高；添加氯化铵溶液转晶提纯，使得转晶母液中含有大量氯离子，生产中不断累积的氯离子将使企业环保压力巨大。因此，该技术实际难以真正做到钠完全循环，也难以真正实现废水零排放，并不能从源头实现清洁生产。

综上，现有的一些工艺尽管可以获得五氧化二钒，但产生的沉钒母液以硫酸钠、氯化钠为主，后续蒸发所得钠渣难以回收利用，循环累积的钠渣将导致严重的环保问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种钠化焙烧提钒工艺，其工艺简单、实现了钠盐的循环利用，降低了生产成本且更加环保。

本发明的实施例是这样实现的：

一种钠化焙烧提钒工艺，其包括：

钠化焙烧：将含钒物料与钠盐混合、焙烧，以得到焙烧熟料；

浸出：对焙烧熟料进行水浸，以得到浸出渣和含钒的浸出液；

沉钒：将碳酸铵与浸出液在ph值为8～10的环境下混合，再固液分离，以得到偏钒酸铵和沉钒母液，偏钒酸铵用于制备五氧化二钒；

回收钠盐：对沉钒母液进行蒸馏操作，再经过冷却结晶、过滤得到碳酸氢钠粗产品，碳酸氢钠粗产品作为原料返回至钠化焙烧步骤。

在本发明可选的实施例中，对沉钒母液进行蒸馏操作的步骤包括：

对沉钒母液进行脱氨蒸馏，以得到稀氨水和蒸馏母液；

对蒸馏母液在70～100℃条件下进行再蒸馏。

在本发明可选的实施例中，脱氨蒸馏得到的稀氨水作为原料返回至沉钒步骤。

在本发明可选的实施例中，脱氨蒸馏的蒸发量控制为沉钒母液总体积的5～20％。

在本发明可选的实施例中，再蒸馏为减压蒸馏。

在本发明可选的实施例中，钠化焙烧步骤中的钠盐为碳酸钠、碳酸氢钠中的至少一种。

在本发明可选的实施例中，回收钠盐步骤中，经过滤得到碳酸氢钠粗产品和过滤母液，过滤母液用于与下一次蒸馏操作中的蒸馏母液混合后进行再蒸馏。

在本发明可选的实施例中，沉钒步骤中，碳酸铵中的全氮与浸出液中的全钒的摩尔比为(3～8)：1。

在本发明可选的实施例中，沉钒步骤中，碳酸铵与浸出液混合后，通入co2保持溶液ph值为8～10同时进行搅拌，再进行固液分离。

在本发明可选的实施例中，含钒物料为钒钛磁铁矿、石煤钒矿、炼钢钒渣中的一种，钒品位为5～30％。

本发明实施例的有益效果是：

本发明实施例包括钠化焙烧、浸出、沉钒、回收钠盐等步骤，其中沉钒步骤采用碳酸铵沉钒，沉钒母液成分以碳酸氢钠为主，完全蒸馏后得到的碳酸氢钠粗产品返回钠化作业，钠得到循环利用，避免了传统工艺采用硫酸铵和氯化铵沉钒带来的环保问题，解决了生产中硫酸钠或氯化钠渣堆积、不能利用的难题。其工艺简单，降低了生产成本、环保效益显著。进一步的，对沉钒母液进行蒸馏操作包括脱氨蒸馏和再蒸馏，脱氨蒸馏得到的稀氨水可返回沉钒步骤继续沉钒，因此沉钒时过量的氨得到循环利用；沉钒母液的再蒸馏得到的蒸馏水返回浸出作业，水得到循环用，实现了钠化焙烧提钒废水零排放。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明实施例中钠化焙烧提钒工艺的流程图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

下面对本发明实施例钠化焙烧提钒工艺进行具体说明。

图1为本发明实施例中钠化焙烧提钒工艺的流程图。请结合图1，本发明实施例提供的钠化焙烧提钒工艺针对含钒物料进行焙烧-浸出提钒。所利用的含钒物料可以是钒矿，比如钒钛磁铁矿、石煤钒矿，也可以是冶金过程中所得到的含钒钢渣。可选的，在焙烧之前可对含钒物料进行筛选，令含钒物料的钒品位为5～30％，以改善提钒效果。钒品位可以为5％、10％、18％、29.5％、30％中的任意点值或任两点之间的值。钠化焙烧提钒工艺包括以下步骤。

一、钠化焙烧

该步骤包括将含钒物料与钠盐混合、焙烧，以得到焙烧熟料。其中，钠盐可以为碳酸钠、碳酸氢钠中的一种，或者两种的混合物。可选地，钠盐占含钒物料的5～30％，在该比例下得到的焙烧熟料有利于后续的浸出提钒工艺，也避免了原料的浪费。钠化焙烧的焙烧温度控制在550～900℃，持续一定时间以充分反应，最终得到焙烧熟料。

二、浸出

该步骤包括对焙烧熟料进行水浸，以得到浸出渣和含钒的浸出液。该步骤中，将焙烧熟料和水进行混合，二者混合的质量比为1：(1～4)，之后根据实际环境需要，可以对混合物进行加热，将温度控制在25～80℃，使得焙烧熟料的浸出更加充分。在此温度条件下搅拌1～5h，搅拌方式和频率可根据需要进行选择。搅拌之后进行固液分离，得到浸出液和浸出渣。

三、沉钒

该步骤包括将碳酸铵与浸出液在ph值为8～10的环境下混合，再进行固液分离，以得到偏钒酸铵和沉钒母液，偏钒酸铵用于制备五氧化二钒。该步骤中，浸出液与碳酸铵混合后反应，钒元素随偏钒酸铵沉淀，从而与沉钒母液分离。

可选地，碳酸铵以碳酸铵溶液的形式加入到浸出液中，碳酸铵中全氮与浸出液中全钒的摩尔比为(3～8)：1。将碳酸铵溶液加入浸出液中后，通过通入co2的方式保持溶液ph值为8～10，并在25～70℃条件下搅拌1～5h，之后进行固液分离，得到偏钒酸铵和沉钒母液。

四、煅烧

将沉钒步骤所得的偏钒酸铵在450～600℃条件下煅烧，得到v2o5产品，即完成钒的提取。

五、回收钠盐

在步骤三之后，对沉钒步骤得到的沉钒母液进行蒸馏操作，再经过冷却结晶、过滤得到碳酸氢钠粗产品，碳酸氢钠粗产品作为原料返回至钠化焙烧步骤。进一步的，蒸馏操作包括：

1、对沉钒母液进行脱氨蒸馏，以得到稀氨水和蒸馏母液。其中，沉钒母液的蒸发量控制在蒸馏前沉钒母液总体积的5～20％。稀氨水作为挥发分与蒸馏母液分离，并被冷凝所收集。收集得到的稀氨水作为原料返回至沉钒步骤，比如，沉钒步骤中所用的碳酸铵可由该步骤得到的稀氨水制备而得。

2、对脱氨蒸馏所得的蒸馏母液在70～100℃条件下进行再蒸馏。再蒸馏为减压蒸馏，水的沸点降低，部分水分能够蒸发并作为蒸馏水被回收，回收的蒸馏水可以作为浸出步骤的用水，因此水得到循环利用，实现废水零排放。蒸馏母液经再蒸馏后被浓缩，再经冷却结晶，碳酸氢钠析出，通过过滤得到碳酸氢钠粗产品和过滤母液。碳酸氢钠粗产品可以作为原料返回至钠化焙烧步骤。而过滤母液中还含有部分碳酸氢钠，因此过滤母液可以与下一次脱氨蒸馏所得的蒸馏母液混合后，再次进行再蒸馏。将过滤母液返回至再蒸馏步骤，可以增加碳酸氢钠的回收率。

通过上述蒸馏操作，各物料(包括钠盐、水、氨水)在此工艺中均可以循环利用，使得提钒工艺的成本降低，更加经济环保。应当理解，在本发明一些可选的实施例中，过滤母液也可以作为废液处理或用作其他用途，蒸馏操作所得的稀氨水、蒸馏水也可以用作其他用途，而不仅限于上述所列举的循环运用的方式。

采用上述的钠化焙烧提钒工艺，可获得纯度大于98％的五氧化二钒产品，沉钒率大于99％，钒总回收率大于90％。提钒效果好，并且整个工艺经济环保。

以下通过具体实施例来对钠化焙烧提钒工艺做详细介绍。

实施例1

本实施例所使用的含钒物料为钒钛磁铁矿炼钢的转炉含钒精渣，钒品位为18％，所述钠盐为碳酸钠。

本实施例的钠化焙烧提钒工艺包括：

(1)钠化焙烧：按照含钒物料的质量百分数，将15％的钠盐与含钒物料混合，在800℃条件下焙烧，得到焙烧熟料；

(2)浸出：将焙烧熟料与水按照质量比为1：1.5混合，在约70℃条件下磨浸1h，固液分离，得到浸出液和浸出渣；

(3)沉钒：按照碳酸铵中全氮与浸出液中全钒的摩尔比为5：1，将碳酸铵加入所述浸出液中，通入co2保持溶液ph值为9，在60℃条件下搅拌2h，固液分离，得到偏钒酸铵和沉钒母液；

(4)煅烧：将所述偏钒酸铵在550℃条件下煅烧，得到v2o5产品；

(5)回收钠盐：将沉钒母液进行脱氨蒸馏，控制蒸发量为沉钒母液总体积的10％，得到稀氨水和蒸馏母液，稀氨水返回下次步骤(3)中沉钒；将蒸馏母液在70℃条件下进一步减压蒸馏。对浓缩后的蒸馏母液进行冷却结晶、过滤，得到蒸馏水、碳酸氢钠粗产品和过滤母液，蒸馏水返回步骤(2)中浸出，碳酸氢钠粗产品返回步骤(1)中焙烧，过滤母液进入下次蒸馏浓缩。

本实施例得到的v2o5产品纯度为98.9％，本实施例的钒浸出率为96.9％,本实施例的沉钒率为99.5％，钒总回收率为96.4％。

实施例2

本实施例所使用的含钒物料为钒钛磁铁矿炼钢的转炉含钒精渣，钒品位为18％，所述钠盐为实施例1回收的碳酸氢钠粗产品。

本实施例的钠化焙烧提钒工艺包括：

(1)钠化焙烧：按照含钒物料的质量百分数，将25％的钠盐与含钒物料混合，在850℃条件下焙烧，得到焙烧熟料；

(2)浸出：将焙烧熟料与水按照质量比为1：1.5混合，在约70℃条件下磨浸1h，固液分离，得到浸出液和浸出渣；

(3)沉钒：按照碳酸铵中全氮与浸出液中全钒的摩尔比为5：1，将实施例1回收的稀氨水配制的碳酸铵加入浸出液中，通入co2保持溶液ph值为9.5，在60℃条件下搅拌2h，固液分离，得到偏钒酸铵和沉钒母液；

(4)煅烧：将所述偏钒酸铵在550℃条件下煅烧，得到v2o5产品；

(5)回收钠盐：将沉钒母液进行脱氨蒸馏，控制蒸发量为沉钒母液总体积的10％，得到稀氨水和蒸馏母液，稀氨水返回下次步骤(3)中沉钒；将蒸馏母液与实施例1所得的过滤母液合并，在70℃条件下进一步减压蒸馏。对浓缩后的蒸馏母液进行冷却结晶、过滤，得到蒸馏水、碳酸氢钠粗产品和过滤母液，蒸馏水返回步骤(2)中浸出，碳酸氢氢钠粗产品返回步骤(1)中焙烧，过滤母液进入下次蒸馏浓缩。

本实施例得到的v2o5产品纯度为99.0％，本实施例的钒浸出率为96.5％,本实施例的沉钒率为99.4％，钒总回收率为95.9％。

实施例3

本实施例所使用的含钒物料为钒钛磁铁矿炼钢的转炉含钒精渣，钒品位为5％，所述钠盐为碳酸氢钠。

本实施例的钠化焙烧提钒工艺包括：

(1)钠化焙烧：按照含钒物料的质量百分数，将5％的钠盐与含钒物料混合，在850℃条件下焙烧，得到焙烧熟料；

(2)浸出：将焙烧熟料与水按照质量比为1：3混合，在约25℃条件下磨浸2h，固液分离，得到浸出液和浸出渣；

(3)沉钒：按照碳酸铵中全氮与浸出液中全钒的摩尔比为3：1，将碳酸铵加入浸出液中，通入co2保持溶液ph值为9.5，在25℃条件下搅拌5h，固液分离，得到偏钒酸铵和沉钒母液；

(4)煅烧：将所述偏钒酸铵在450℃条件下煅烧，得到v2o5产品；

(5)回收钠盐：将沉钒母液进行脱氨蒸馏，控制蒸发量为沉钒母液总体积的20％，得到稀氨水和蒸馏母液，稀氨水返回下次步骤(3)中沉钒；将蒸馏母液在98℃条件下进一步减压蒸馏。对浓缩后的蒸馏母液进行冷却结晶、过滤，得到蒸馏水、碳酸氢钠粗产品和过滤母液，蒸馏水返回步骤(2)中浸出，碳酸氢氢钠粗产品返回步骤(1)中焙烧，过滤母液进入下次蒸馏浓缩。

本实施例得到的v2o5产品纯度为99.0％，本实施例的钒浸出率为95.1％,本实施例的沉钒率为98.8％，钒总回收率为94.0％。

实施例4

本实施例所使用的含钒物料为钒钛磁铁矿炼钢的转炉含钒精渣，钒品位为29.5％，所述钠盐为碳酸钠和碳酸氢钠的混合物。

本实施例的钠化焙烧提钒工艺包括：

(1)钠化焙烧：按照含钒物料的质量百分数，将30％的钠盐与含钒物料混合，在900℃条件下焙烧，得到焙烧熟料；

(2)浸出：将焙烧熟料与水按照质量比为1：4混合，在约50℃条件下磨浸5h，固液分离，得到浸出液和浸出渣；

(3)沉钒：按照碳酸铵中全氮与浸出液中全钒的摩尔比为8：1，将碳酸铵加入浸出液中，通入co2保持溶液ph值为10，在70℃条件下搅拌1h，固液分离，得到偏钒酸铵和沉钒母液；

(4)煅烧：将所述偏钒酸铵在600℃条件下煅烧，得到v2o5产品；

(5)回收钠盐：将沉钒母液进行脱氨蒸馏，控制蒸发量为沉钒母液总体积的5％，得到稀氨水和蒸馏母液，稀氨水返回下次步骤(3)中沉钒；将蒸馏母液在83℃条件下进一步减压蒸馏。对浓缩后的蒸馏母液进行冷却结晶、过滤，得到蒸馏水、碳酸氢钠粗产品和过滤母液，蒸馏水返回步骤(2)中浸出，碳酸氢氢钠粗产品返回步骤(1)中焙烧，过滤母液进入下次蒸馏浓缩。

本实施例得到的v2o5产品纯度为98.8％，本实施例的钒浸出率为96.9％,本实施例的沉钒率为99.3％，钒总回收率为96.2％。

综上所述，本发明实施例包括钠化焙烧、浸出、沉钒、回收钠盐等步骤，其中沉钒步骤采用碳酸铵沉钒，沉钒母液成分以碳酸氢钠为主，完全蒸馏后得到的碳酸氢钠粗产品返回钠化作业，钠得到循环利用，避免了传统工艺采用硫酸铵和氯化铵沉钒带来的环保问题，解决了生产中硫酸钠或氯化钠渣堆积、不能利用的难题。其工艺简单，降低了生产成本、环保效益显著。进一步的，对沉钒母液进行蒸馏操作包括脱氨蒸馏和再蒸馏，脱氨蒸馏得到的稀氨水可返回沉钒步骤继续沉钒，因此沉钒时过量的氨得到循环利用；沉钒母液的再蒸馏得到的蒸馏水返回浸出作业，水得到循环用，实现了钠化焙烧提钒废水零排放。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。