1.本发明涉及钒火法冶金技术领域，具体涉及一种钠化钒渣的分级处理方法。
背景技术：
2.钒渣作为提钒的主要原料，在工业生产中主要采用钠化、钙化焙烧将钒渣中的钒转化为可溶钒，再通过湿法浸出回收钒渣中的钒。无论是钠化焙烧还是钙化焙烧都存在钒渣处理量大，未有效利用出厂钒渣热量的问题。
技术实现要素：
3.本发明的目的是为了克服现有技术存在的采用钠化焙烧和钙化焙烧方式处理钒渣钒渣处理量大，未有效利用出厂钒渣热量的问题，提供一种钠化钒渣的分级处理方法。
4.发明人发现，钠化钒渣熔点低，熔融状态下传质动力学条件较好，可以对出炉熔融钒渣进行高温在线氧化钠化处理。发明人研究发现，钠化钒渣氧化过程中生成的富钒相在熔渣体系冷却过程中有上浮趋势，冷态钒渣中钒含量由上至下呈梯度分布，且钒主要富集于上层渣中，因此提出对熔融钒渣在线钠化吹氧后使渣自然冷却并对冷态钒渣进行分级处理，主要收集上层渣进入湿法浸出流程，该方法可大大减少钒渣处理量，提高生产效率，在国内外钒渣的钠化提钒工艺中有良好的工业应用前景。
5.为了实现上述目的，本发明提供了一种钠化钒渣的分级处理方法，该方法包括以下步骤：
6.(1)将出炉熔融态的钒渣加入冶炼炉中并加入钠化剂，然后对钒渣喷吹氧气或空气进行反应，反应过程中通过外部供热使钒渣始终保持熔融状态，其中，钒渣与钠化剂的用量比为3～10：1；
7.(2)反应结束后停止外部供热以及喷吹氧气或空气，同时在冶炼炉上加保温盖使钒渣随炉自然冷却，待钒渣中的富钒相充分上浮后，脱模得到钒渣饼；
8.(3)分离钒渣饼中的富钒相，并将富钒相加入水中进行浸出；
9.(4)浸出结束后进行过滤，得到含钒溶液和提钒尾渣。
10.优选地，在步骤(1)中，所述出炉熔融态的钒渣的温度为1400～1500℃。
11.优选地，在步骤(1)中，所述冶炼炉为直筒炉、倾翻炉或反射炉。
12.优选地，在步骤(1)中，所述钠化剂为nano3、na2co3、nahco3或na2so4中的至少一种。
13.更优选地，在步骤(1)中，所述钠化剂为na2co3或nahco3。
14.优选地，在步骤(1)中，喷吹氧气或空气的喷吹压力为0.3～1mpa；喷吹流量为50～150m3/min。
15.优选地，在步骤(1)中，喷吹氧气或空气的喷吹时间为5～20min。
16.优选地，在步骤(1)中，外部供热的方式为电加热。
17.优选地，在步骤(1)中，通过外部供热使钒渣熔池的温度处于1400℃以上。
18.优选地，在步骤(2)中，富钒相位于钒渣饼上部1/5～1/3。
19.优选地，在步骤(3)中，富钒相与水的质量比为1：2～5。
20.优选地，在步骤(3)中，浸出温度为70～90℃；浸出时间为30～50min。
21.本发明所述方法可对出炉钒渣进行在线钠化氧化处理，简化了钒渣的钠化流程，有效利用了出炉钒渣物理热，减少热损失。同时本方法克服了现有工艺手段中钒渣湿法浸出处理量大、能耗大、环境污染等问题。该方法采用钠化钒渣的熔融态高温氧化，并根据渣中富钒相在渣系冷却过程中上浮的特性，对渣系进行分离再浸出，有效减少了湿法浸出过程中的钒渣处理量，缩短了浸出时间，有效提高生产效率。
具体实施方式
22.以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
23.在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
24.本发明提供的钠化钒渣的分级处理方法，包括以下步骤：
25.(1)将出炉熔融态的钒渣加入冶炼炉中并加入钠化剂，然后对钒渣喷吹氧气或空气进行反应，反应过程中通过外部供热使钒渣始终保持熔融状态，其中，钒渣与钠化剂的用量比为3～10：1；
26.(2)反应结束后停止外部供热以及喷吹氧气或空气，同时在冶炼炉上加保温盖使钒渣随炉自然冷却，待钒渣中的富钒相充分上浮后，脱模得到钒渣饼；
27.(3)分离钒渣饼中的富钒相，并将富钒相加入水中进行浸出；
28.(4)浸出结束后进行过滤，得到含钒溶液和提钒尾渣。
29.本发明所述方法利用钠化钒渣的熔点低，动力学条件较好的性质，促进渣中v
3+
氧化，其基本原理是：在氧化气氛下钠盐分解产生的na2o将钒铁尖晶石中的v
3+
转化为v
5+
，并与v
5+
进一步结合形成水溶性较高的钒酸盐。具体地，在本发明中，通过对熔融态的钒渣喷吹氧气或空气，使钒渣中的v
3+
转化为v
5+
，并进一步生成水溶性钒酸钠，反应结束后在冷却过程中冷态钒渣中钒含量由上至下呈梯度分布，富钒相上浮富集于上层渣中(通过颜色可以区别上层富钒相的位置)，下层渣中只含有少量的钒，然后将富钒相分离出来进一步进行水浸，过滤后大部分钒进入含钒溶液中。
30.该方法充分利用钠化钒渣的熔点低、动力学条件较好的性质，有效利用出炉钒渣物理热量对出炉熔融态的钒渣进行高温氧化钠化处理并使钒渣始终处于熔融状态，同时利用富钒相在熔渣体系冷却过程中有上浮趋势，冷却过程中冷态钒渣中钒含量由上至下呈梯度分布，富钒相上浮富集于上层渣中的特性，只对富钒相钒渣进行水浸处理，极大减少湿法浸出过程中的钒渣处理量，缩短了浸出时间，有效提高生产效率，而且热损失少、钒浸出率高。
31.在本发明中，在步骤(1)中，所述出炉熔融态的钒渣的温度为1400～1500℃，具体地，例如可以为1400℃、1420℃、1440℃、1450℃、1460℃、1480℃或1500℃。
32.在具体实施方式中，在步骤(1)中，所述冶炼炉可以为本领域的常规选择，例如直
筒炉、倾翻炉、或反射炉。
33.在具体实施方式中，在步骤(1)中，所述钠化剂可以为nano3、na2co3、nahco3或na2so4中的至少一种。
34.在优选实施方式中，在步骤(1)中，所述钠化剂可以为na2co3或nahco3。采用na2co3或nahco3对钒渣进行钠化处理时，其分解产生的co2可以增加物料孔隙率，增加反应传质速率，同时尾气一般无需处理，对环境影响很小。
35.在本发明所述方法中，为了保证氧化钠化反应的充分进行，需要恰当控制喷吹氧气或空气的条件。
36.在具体实施方式中，在步骤(1)中，喷吹氧气或空气的喷吹压力为0.3～1mpa，例如0.3mpa、0.4mpa、0.5mpa、0.6mpa、0.7mpa、0.8mpa、0.9mpa或1mpa；喷吹流量为50～150m3/min，例如50m3/min、60m3/min、70m3/min、80m3/min、90m3/min、100m3/min、110m3/min、120m3/min、130m3/min、140m3/min或150m3/min。
37.在本发明所述的方法中，当反应结束后就可以停止通入氧气或空气。在具体实施方式中，在步骤(1)中，喷吹氧气或空气的喷吹时间可以为5～20min，例如5min、6min、8min、10min、12min、14min、16min、18min或20min。
38.在本发明中，随着反应的进行，出炉熔融态的钒渣会因为温度降低而凝固，导致反应不能正常进行。因此，在本发明中需要进行外部供热使钒渣始终为熔融态，使反应正常进行。在具体方式中，所述外部供热方式不限，只要能进行加热并且不影响钒渣高温氧化钠化即可。在步骤(1)中，外部供热的方式可以为电加热。
39.在优选实施方式中，在步骤(1)中，为了保证钒渣始终处于熔融态，通过外部供热需要使钒渣熔池的温度处于1400℃以上。
40.在本发明中，氧化钠化后的钒渣在冷却过程中富钒相上浮富集于上层渣后，可以通过颜色区分哪一部分为上层富钒相。在具体实施方式中，在步骤(2)中，富钒相位于钒渣饼上部1/5～1/3，例如1/5、1/4、1/3等。
41.在本发明所述方法中，钒渣饼中的富钒相可采用本领域常规使用的水浸方式进行水浸，实现提钒的目的。
42.在具体实施方式中，在步骤(3)中，富钒相与水的质量比为1：2～5，例如1：2、1：3、1：4或1：5。
43.在具体实施方式中，在步骤(3)中，浸出温度为70～90℃，例如70℃、75℃、80℃、85℃或90℃；浸出时间为30～50min，例如30min、35min、40min、45min或50min。
44.以下将通过实施例对本发明进行详细描述，但本发明的保护范围并不仅限于此。
45.实施例中钒浸出率的计算方法为：钒浸出率＝(m
1-m2)/m1×
100％；实施例中钒回收率的计算方法为：钒回收率＝(m
1-m2)/m
×
100％。其中，m为步骤(1)中钒渣中的钒量；m1为步骤(3)中富钒相中的钒量；m2为步骤(4)中提钒尾渣中的钒量，所述钒量以五氧化二钒的质量计。
46.实施例中出炉熔融态的钒渣的化学成分组成如表1所示。
47.表1钒渣的化学成分组成
48.化学成分v2o5feosio2tio2mnocr2o3mgoal2o3cao含量/％13.640.015.310.25.83.04.04.02.5
49.实施例1
50.(1)将温度为1450℃的出炉熔融态的钒渣(钒渣中的钒量m为13.6％)直接加入直筒炉中并加入钠化剂na2co3，然后利用空气射流对钒渣直接氧化喷吹进行反应，喷吹压力为0.6mpa，气体流量为60m3/min，吹氧时间为5min，反应过程中通过外部供热使熔池温度处于1400℃以上保证钒渣始终保持熔融状态，其中，钒渣与钠化剂的用量比为5:1；
51.(2)反应结束后停止外部供热以及喷吹氧气或空气，同时在冶炼炉上加保温盖使钒渣随炉自然冷却，富钒相在冷却过程中上浮，待钒渣中的富钒相充分上浮后，脱模得到钒渣饼，富钒相位于钒渣饼上部1/4；
52.(3)分离钒渣饼中的富钒相进行全钒检测，测得富钒相中的钒量m1为12.1％，并将富钒相加入水中进行浸出，富钒相与水的质量比1:3，浸出温度为70℃，浸出时间为30min；
53.(4)浸出结束后进行过滤，得到含钒溶液和提钒尾渣，测量提钒尾渣中的钒量m2为0.5％。
54.实施例1中钒浸出率高达95.9％，钒回收率为85.3％。
55.实施例2
56.(1)将温度为1400℃的出炉熔融态的钒渣(钒渣中的钒量m为13.6％)直接加入直筒炉中并加入钠化剂na2co3，然后利用空气射流对钒渣直接氧化喷吹进行反应，喷吹压力为0.6mpa，气体流量为80m3/min，吹氧时间为10min，反应过程中通过外部供热使熔池温度处于1400℃以上保证钒渣始终保持熔融状态，其中，钒渣与钠化剂的用量比为6:1；
57.(2)反应结束后停止外部供热以及喷吹氧气或空气，同时在冶炼炉上加保温盖使钒渣随炉自然冷却，富钒相在冷却过程中上浮，待钒渣中的富钒相充分上浮后，脱模得到钒渣饼，富钒相位于钒渣饼上部1/4；
58.(3)分离钒渣饼中的富钒相进行全钒检测，测得富钒相中的钒量m1为12.2％，并将富钒相加入水中进行浸出，富钒相与水的质量比1:4，浸出温度为80℃，浸出时间为40min；
59.(4)浸出结束后进行过滤，得到含钒溶液和提钒尾渣，测量提钒尾渣中的钒量m2为0.4％。
60.实施例2中钒浸出率高达96.7％，钒回收率为86.8％。
61.实施例3
62.(1)将温度为1500℃的出炉熔融态的钒渣(钒渣中的钒量m为13.6％)直接加入直筒炉中并加入钠化剂na2co3，然后利用氧气射流对钒渣直接氧化喷吹进行反应，喷吹压力为0.6mpa，气体流量为100m3/min，吹氧时间为15min，反应过程中通过外部供热使熔池温度处于1400℃以上保证钒渣始终保持熔融状态，其中，钒渣与钠化剂的用量比为7:1；
63.(2)反应结束后停止外部供热以及喷吹氧气或空气，同时在冶炼炉上加保温盖使钒渣随炉自然冷却，富钒相在冷却过程中上浮，待钒渣中的富钒相充分上浮后，脱模得到钒渣饼，富钒相位于钒渣饼上部1/4；
64.(3)分离钒渣饼中的富钒相进行全钒检测，测得富钒相中的钒量m1为12.2％，并将富钒相加入水中进行浸出，富钒相与水的质量比1:3，浸出温度为90℃，浸出时间为50min；
65.(4)浸出结束后进行过滤，得到含钒溶液和提钒尾渣，测量提钒尾渣中的钒量m2为0.16％。
66.实施例3中钒浸出率高达98.7％，钒回收率为88.5％。
67.对比例1
68.按照实施例1的方法实施，不同的是，在步骤(1)中不进行外部供热。
69.对比例1中钒浸出率为84.2％，钒回收率为72.5％。
70.以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合，这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。