本发明属于资源回收利用技术领域，具体涉及一种超低品位含钒弃渣分离富集钒的方法。
背景技术：
钒作为一种重要的稀有金属，大约有90％的钒应用于钢铁生产，用以提高钢的强度、韧性、增加钢的淬透性以及淬火钢的回火稳定性等。另外，钒还可应用于石化行业的催化剂、硫酸工业、飞机发动机、宇航船舱骨架、蒸汽涡轮机叶片、钒钛合金和钒锂高容量电池等领域。
超低品位含钒弃渣包括提钒尾渣、超低含钒钛渣、废钒催化剂、含钒钛尾矿及低含钒石墨等。其中超低含钒钛渣是普通铁矿配加部分钒钛磁铁矿冶炼后的副产品，其钒、钛含量低，一般为1～3％，并且ca、mg、fe、mn等杂质含量高、成分复杂，导致钒难以富集回收。目前我国每年排放的超低含钒钛渣数百万吨，但是利用率却仅为50％左右，目前主要为直接堆放渣场，不仅会污染环境，还会造成资源浪费；提钒尾渣是钒渣经过氧化钠化焙烧、酸浸、煅烧、熔化和冷却等工序提取五氧化二钒后产生的固体废弃物，全国每年大约产生量约30万吨；含钒钛渣是含钒钛铁矿应用非高炉工艺生产直接还原铁后产生的含钒钛固体废弃物；废钒催化剂包括生产硫酸的失活钒催化剂、工业炉窑脱硝用含钒催化剂；含钒钛尾矿是含钒钛铁矿经过选别钒铁精矿和钛精矿后的含钒钛固体废弃物。如此多种含钒废渣常年堆积，且其增量还在不断产生，不但占用了大量土地，而且会造成土地和地下水的污染。这些超低品位含钒弃渣还富含有铬、钛等有益金属，是宝贵的二次资源，迫切需要开发回收处理的新工艺技术。
目前，超低含钒钛渣的主要利用方式为再返回炼铁，钒在高炉中进行富集，冶炼出较高钒含量的生铁水。但是该工艺易造成磷、硫在铁水中循环富集，增加炼铁工序成本；超低含钒钛渣、提钒尾渣及废钒催化剂主要处理方式为堆放渣场处理，不但占用大量土地，而且造成土地和地下水的污染。
技术实现要素：
本发明要解决的技术问题为：现有的超低品位含钒弃渣富集钒技术存在的回收率低、成本高、有害杂质循环富集等问题。
本发明解决上述技术问题的技术方案为：提供一种超低品位含钒弃渣分离富集钒的方法。该方法包括以下步骤：
a、将超低品位含钒弃渣破碎、筛分后，与含碳还原剂混合，得混合料；
b、将混合料进行碳热还原反应，制得含钒生铁和还原炉渣。
其中，上述超低品位含钒弃渣分离富集钒的方法中，步骤a所述的超低品位含钒弃渣的组成包括：按重量百分比计，cao:2～34wt％、v2o5:2～3wt％、sio2:8～15wt％、mgo:5～9wt％、tfe:20～35wt％、fe2o3:6～7wt％、mfe:2～3wt％、feo:16～18wt％、al2o3:3～3.5wt％、tio2:3～13wt％、p2o5:1～4wt％、cr2o3:1.5～5.5wt％、mno:4.5～8wt％和s:0.05～0.3wt％。
其中，上述超低品位含钒弃渣分离富集钒的方法中，步骤a所述的超低品位含钒弃渣与含碳还原剂的重量比为10～20:1。
其中，上述超低品位含钒弃渣分离富集钒的方法中，步骤a所述的超低品位含钒弃渣破碎筛成粒径为0.1～2.0mm。
其中，上述超低品位含钒弃渣分离富集钒的方法中，步骤a所述的含碳还原剂粒径为40～100目。
其中，上述超低品位含钒弃渣分离富集钒的方法中，步骤b所述碳热还原反应温度为1350～1550℃℃，反应时间为15～50min。
其中，上述超低品位含钒弃渣分离富集钒的方法中，步骤b所述含钒生铁的化学成分包括：按重量百分比计，fe:65～75wt％、v:2～6wt％、cr:3～5wt％、mn:10～15wt％、p:0.5～0.9wt％、s:0.5～1.0wt％、c:1.5～2.5wt％；还原炉渣的主要化学成分为：cao:25～45wt％、mgo:7～15wt％、al2o3:4～8wt％、sio2:12～18％、tio2:5～10wt％、v2o5:0.1～0.3wt％、p2o5:0.1～0.5wt％、mno:2.5～5.5wt％、cr2o3:1.5～2.5％以及铁氧化物2～5wt％。
其中，上述超低品位含钒弃渣分离富集钒的方法中，步骤b所述的还原炉渣用来制备无机非金属材料。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明提供了一种超低品位含钒弃渣富集分离富集钒的新方法，通过将超低品位含钒弃渣与含碳还原剂按特定的配比混合，进行碳热还原反应，可以得到含钒生铁。含钒生铁后续则可进一步氧化吹炼得到钒渣和半钢。本发明副产物还原炉渣作为无机非金属原料可以合理利用，污染小。本发明方法操作简单，钒富集率高、回收率高，适宜推广使用。
具体实施方式
本发明提供了一种超低品位含钒弃渣分离富集钒的方法，包括以下步骤：
a、将超低品位含钒弃渣破碎、筛分后，与含碳还原剂混合，得混合料；
b、将混合料进行碳热还原反应，制得含钒生铁和还原炉渣。
其中，上述超低品位含钒弃渣分离富集钒的方法中，步骤a所述的超低品位含钒弃渣的组成包括：按重量百分比计，cao:2～34wt％、v2o5:2～3wt％、sio2:8～15wt％、mgo:5～9wt％、tfe:20～35wt％、fe2o3:6～7wt％、mfe:2～3wt％、feo:16～18wt％、al2o3:3～3.5wt％、tio2:3～13wt％、p2o5:1～4wt％、cr2o3:1.5～5.5wt％、mno:4.5～8wt％和s:0.05～0.3wt％。
上述超低品位含钒弃渣作为冶炼钒钛原料的废副产品，来源较广泛，但作为固废的同时又是重要的二次资源，因此可用于再富集分离钒。
其中，上述超低品位含钒弃渣分离富集钒的方法中，为了有效的将超低品位含钒弃渣中的铁、钒和铬等金属还原出来，步骤a所述的超低品位含钒弃渣与含碳还原剂的重量比为10～20:1。
其中，上述超低品位含钒弃渣分离富集钒的方法中，为了加快反应速率，提高效率，步骤a所述的超低品位含钒弃渣破碎筛成粒径为0.1～2.0mm。
其中，上述超低品位含钒弃渣分离富集钒的方法中，为了加快反应速率，提高效率，步骤a所述的含碳还原剂粒径为40～100目。
其中，上述超低品位含钒弃渣分离富集钒的方法中，步骤b所述碳热还原反应温度为1350～1550℃，反应时间为15～50min。在碳热还原反应中，温度过低和时间过短均会导致熔体不能充分反应，若温度过高，则会损坏反应设备；同样反应时间过长，则会引起造成过多的合金元素被还原，影响最终产物中钒的品位。碳热还原完成后，将所得的还原炉渣进行破碎，可作为无机非金属材料的原料。
其中，上述超低品位含钒弃渣分离富集钒的方法中，步骤b所述含钒生铁的化学成分包括：按重量百分比计，fe:65～75wt％、v:2～6wt％、cr:3～5wt％、mn:10～15wt％、p:0.5～0.9wt％、s:0.5～1.0wt％、c:1.5～2.5wt％；还原炉渣的主要化学成分为：cao:25～45wt％、mgo:7～15wt％、al2o3:4～8wt％、sio2:12～18％、tio2:5～10wt％、v2o5:0.1～0.3wt％、p2o5:0.1～0.5wt％、mno:2.5～5.5wt％、cr2o3:1.5～2.5％以及铁氧化物2～5wt％。
其中，上述超低品位含钒弃渣分离富集钒的方法中，步骤b所述的还原炉渣用于制备无机非金属材料的原料。
本发明通过对原料的选择及原料含量的优化，结合特定制备工艺，在工艺中对每个过程进行优化，得出最佳碳热反应的温度及时间，使得生铁中钒的品位提高。该制备方法简单，原料价廉易得，生产成本低，生产过程中对熔炼环境及设备要求低，可适用于工业化生产。
下面将通过实施例对本发明的具体实施方式做进一步的解释说明，但不表示将本发明的保护范围限制在实施例所述范围内。
实施例1采用本发明方法用超低品位含钒弃渣分离富集钒
(1)将超低品位含钒弃渣用制样机研磨10min，称取超低品位含钒弃渣100g，含碳还原剂(粉)10g置于球磨罐中，利用球磨机球磨1h后取出；
超低品位含钒弃渣的主要成分为：cao:33.64wt％、v2o5:3.56wt％、sio2:8.72wt％、mgo:8.36wt％、tfe:27.80wt％、fe2o3:6.09wt％、mfe:2.73wt％、feo:17.51wt％、al2o3:3.00wt％、tio2:3.18wt％、p2o5:8.23wt％、cr2o3:1.60wt％、mno:4.70wt％、s:0.25wt％等，粒径0.2mm，含碳还原剂(粉体，粒度40目)的主要成分为固定碳：83.66wt％、s:0.5wt％、p:0.17wt％、挥发分：1.77wt％、灰分：14.07wt％等。
(2)将步骤(1)所得物置于坩埚中，将坩埚放入已经加热完毕的马弗炉中，温度为1650℃，保温30min，然后取出坩埚空冷至室温，得到含钒生铁和还原炉渣；
所得含钒生铁的化学成分：v:3.43wt％、fe:69.43wt％、cr:4.25wt％、mn:14.14wt％、p:0.61wt％、s:0.97wt％、c:2wt％；还原炉渣的主要化学成分为：cao:56.33wt％、mgo:14.00wt％、al2o3:5.02wt％、sio2:14.60wt％、tio2:5.32wt％、v2o5:0.24wt％、p2o5:0.16wt％、mno:0.79wt％、cr2o3:0.54wt％以及铁的氧化物2.99wt％。
实施例2采用本发明方法用超低品位含钒弃渣分离富集钒
包括以下步骤：
(1)将超低品位含钒弃渣用制样机研磨10min，称取超低品位含钒弃渣100g，含碳还原剂(粉)10g置于球磨罐中，利用球磨机球磨0.5h后取出；
超低品位含钒弃渣的主要成分为：cao:33.64wt％、v2o5:3.56wt％、sio2:8.72wt％、mgo:8.36wt％、tfe:27.80wt％、fe2o3:6.09wt％、mfe:2.73wt％、feo:17.51wt％、al2o3:3.00wt％、tio2:3.18wt％、p2o5:8.23wt％、cr2o3:1.60wt％、mno:4.70wt％、s:0.25wt％等，粒径1.0mm，含碳还原剂(粉状，粒度60目)的主要成分为固定碳：83.66wt％、s:0.5wt％、p:0.17wt％、挥发分：1.77wt％、灰分：14.07wt％等。
(2)将步骤(1)所得物置于坩埚中，将坩埚放入已经加热完毕的马弗炉中，温度为1550℃，保温30min，然后取出坩埚空冷至室温，得到含钒生铁和还原炉渣；
所得含钒生铁的化学成分，v:5.23wt％、fe:69.47wt％、cr:4.27wt％、mn:14.16wt％、p:0.78wt％、s:0.99wt％、c:2.1wt％；还原炉渣的主要化学成分为：cao:52.55wt％、mgo:13.06wt％、al2o3:4.69wt％、sio2:13.64wt％、tio2:4.97wt％、v2o5:0.84wt％、p2o5:0.59wt％、mno:1.47wt％、cr2o3:0.51wt％以及铁的氧化物7.69wt％；
实施例3采用本发明方法用超低品位含钒弃渣分离富集钒
包括以下步骤：
(1)将超低品位含钒弃渣用制样机研磨10min，称取超低品位含钒弃渣100g、含碳还原剂(粉)10g、置于球磨罐中，利用球磨机球磨1h后取出；
超低品位含钒弃渣的主要成分为：cao:33.64wt％、v2o5:3.56wt％、sio2:8.72wt％、mgo:8.36wt％、tfe:27.80wt％、fe2o3:6.09wt％、mfe:2.73wt％、feo:17.51wt％、al2o3:3.00wt％、tio2:3.18wt％、p2o5:8.23wt％、cr2o3:1.60wt％、mno:4.70wt％、s:0.25wt％等，粒径2.0mm目，含碳还原剂(粉体，粒度100目)的主要成分为固定碳：83.66wt％、s:0.5wt％、p:0.17wt％、挥发分：1.77wt％、灰分：14.07wt％等。
(2)将步骤(1)所得物置于坩埚中，将坩埚放入已经加热完毕的马弗炉中，温度为1650℃，保温15min，然后取出坩埚空冷至室温，得到含钒生铁和还原炉渣；
所得含钒生铁的化学成分：v:4.42wt％、fe:69.43wt％、cr:4.27wt％、mn:14.16wt％、p:0.65wt％、s:0.97wt％、c:2.1wt％；还原炉渣的主要化学成分为：cao:54.08wt％、mgo:13.51wt％、al2o3:4.89wt％、sio2:14.22wt％、tio2:5.13wt％、v2o5:0.32wt％、p2o5:0.41wt％、mno:0.92wt％、cr2o3:0.56wt％以及铁的氧化物5.96wt％；
对比例4不采用本发明方法用超低品位含钒弃渣分离富集钒
(1)将超低品位含钒弃渣用制样机研磨10min，称取超低品位含钒弃渣100g，含碳还原剂(粉)10g置于球磨罐中，利用球磨机球磨1h后取出；
超低品位含钒弃渣的主要成分为：cao:33.64wt％、v2o5:3.56wt％、sio2:8.72wt％、mgo:8.36wt％、tfe:27.80wt％、fe2o3:6.09wt％、mfe:2.73wt％、feo:17.51wt％、al2o3:3.00wt％、tio2:3.18wt％、p2o5:8.23wt％、cr2o3:1.60wt％、mno:4.70wt％、s:0.25wt％等，粒径0.2mm，含碳还原剂(粉体，粒度100目)的主要成分为固定碳：83.66wt％、s:0.5wt％、p:0.17wt％、挥发分：1.77wt％、灰分：14.07wt％等。
(2)将步骤(1)所得物置于坩埚中，将坩埚放入已经加热完毕的马弗炉中，温度为1800℃，保温30min，然后取出坩埚空冷至室温，得到含钒生铁和还原炉渣；
所得含钒生铁的化学成分，v:5.39wt％、fe:57.28wt％、cr:3.51wt％、mn:11.66wt％、p:0.10wt％、s:0.42wt％、c:1.5wt％、si:13.03％、ti:6.11％；还原炉渣的主要化学成分为：cao:71.15wt％、mgo:17.66wt％、al2o3:6.41wt％、sio2:0.66wt％、tio2:0.33wt％、v2o5:0.37wt％、p2o5:0.13wt％、mno:0.50wt％、cr2o3:0.17wt％以及铁的氧化物2.62wt％。
对比例5不采用本发明方法用超低品位含钒弃渣分离富集钒
(1)将超低品位含钒弃渣用制样机研磨10min，称取超低品位含钒弃渣100g，含碳还原剂(粉)10g置于球磨罐中，利用球磨机球磨1h后取出；
超低品位含钒弃渣的主要成分为：cao:33.64wt％、v2o5:3.56wt％、sio2:8.72wt％、mgo:8.36wt％、tfe:27.80wt％、fe2o3:6.09wt％、mfe:2.73wt％、feo:17.51wt％、al2o3:3.00wt％、tio2:3.18wt％、p2o5:8.23wt％、cr2o3:1.60wt％、mno:4.70wt％、s:0.25wt％等，粒径1.0mm，含碳还原剂(粉体，粒度40目)的主要成分为固定碳：83.66wt％、s:0.5wt％、p:0.17wt％、挥发分：1.77wt％、灰分：14.07wt％等。
(2)将步骤(1)所得物置于坩埚中，将坩埚放入已经加热完毕的马弗炉中，温度为1200℃，保温30min，然后取出坩埚空冷至室温，得到含钒生铁和还原炉渣；
所得含钒生铁的化学成分，v:5.52wt％、fe:85.34wt％、p:1.58wt％、s:1.06wt％、c:2.5wt％；还原炉渣的主要化学成分为：cao:51.53wt％、mgo:11.85wt％、al2o3:4.25wt％、sio2:12.35wt％、tio2:4.50wt％、v2o5:0.76wt％、p2o5:0.16wt％、mno:6.65wt％、cr2o3:2.27wt％以及铁的氧化物5.68wt％。
由实施例1～3和对比例4、5可知，采用本发明方法，能够使钒富集并得到品位较高的含钒生铁，其中钒的品位可以达约3～6％，为超低品位含钒弃渣的利用提供了一种新的有效途径，将具有明显的经济效益。