高鈣高磷低品位釩渣制備v

高鈣高磷低品位釩渣制備v

1濕法提釩工藝勘探主要來自鈦磁鐵礦。從釩鈦磁鐵礦提取V2O5主要有兩種工藝:(1)直接用精礦配加鈉鹽進(jìn)行氧化鈉化焙燒,提取V2O5;(2)通過煉鐵,使釩隨鐵還原進(jìn)入鐵水,然后吹煉成釩渣,從釩渣中提取V2O5。長期的研究和生產(chǎn)實(shí)踐證明工藝(2)在經(jīng)濟(jì)上更合理,因此大多數(shù)國家都采用該工藝。鐵水吹釩的方法主要有:南非搖包提釩工藝;新西蘭鐵水包吹釩工藝;俄羅斯的轉(zhuǎn)爐吹釩工藝,中國的霧化吹釩(現(xiàn)已停用)和轉(zhuǎn)爐吹釩工藝等幾種。隨著國內(nèi)鋼鐵工業(yè)的發(fā)展,國內(nèi)鐵精礦需求愈來愈大,鐵精礦資源日趨緊張。因此,國內(nèi)某鋼廠高爐配加釩鈦磁鐵精礦的比例逐年上升,鐵水含釩量逐漸增加,如不提釩,則造成隨鋼渣流失相當(dāng)數(shù)量的釩資源。本文介紹了以某鋼廠30t轉(zhuǎn)爐吹煉得到的高鈣高磷低品位釩渣為原料,進(jìn)行濕法提釩制取V2O5的實(shí)驗(yàn)室和工業(yè)試驗(yàn)。通過工業(yè)試驗(yàn),討論以釩渣為原料提釩的技術(shù)與經(jīng)濟(jì)可行性,并初步掌握該釩渣提釩的工藝技術(shù)與相應(yīng)參數(shù),為合理利用釩資源提供技術(shù)支持。2釩渣的平均成分本試驗(yàn)所采用的釩渣為某鋼廠鐵水吹釩試驗(yàn)所得低品位釩渣,分別將實(shí)驗(yàn)室和工業(yè)試驗(yàn)釩渣的平均成分列于表1。實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)輔助材料:分析純硫酸、Na2CO3、硫酸銨、氯化鈣等。工業(yè)試驗(yàn)輔助原料:工業(yè)級純堿、食鹽、氯化鈣、硫酸銨、硫酸等。3釩渣和釩渣中各化學(xué)成分含量較高的原因某鋼廠目前沒有專用吹釩轉(zhuǎn)爐,鐵水吹釩工業(yè)試驗(yàn)是在煉鋼轉(zhuǎn)爐上完成的,殘留在轉(zhuǎn)爐壁上的鋼渣中的CaO進(jìn)入釩渣,造成釩渣中CaO含量遠(yuǎn)高于正常轉(zhuǎn)爐釩渣的鈣含量,極大增加了本次釩渣制取V2O5工業(yè)試驗(yàn)的技術(shù)難度。除此之外,工業(yè)試驗(yàn)所用釩渣與現(xiàn)有釩廠用釩渣相比有如下幾個特點(diǎn):(1)釩含量較低,V2O5平均品位在7%左右。釩含量低直接影響產(chǎn)能和生產(chǎn)成本,同時影響釩的收率。(2)CaO含量較高,平均為5%左右。釩渣中CaO/V2O5比值達(dá)0.75以上,而目前國內(nèi)外釩廠生產(chǎn)的釩渣中CaO/V2O5比值僅為0.1～0.2,如此高的CaO含量將大大降低釩的轉(zhuǎn)化率,同時也使Na2CO3的耗量大大增加,堿耗增加后容易造成熟料的燒結(jié),增加了焙燒的技術(shù)難度。(3)磷含量高,平均為0.3%,個別爐次達(dá)0.7%。這將導(dǎo)致浸出液中磷含量較高,在工業(yè)試驗(yàn)中P含量最高達(dá)到2.5g/l,遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于某釩廠現(xiàn)場浸出液0.03g/1～0.05g/l的P含量,除磷消耗的CaCl2大大增加,除磷過程的釩損失也遠(yuǎn)高于某釩廠。(4)FeO含量高,達(dá)40%左右。FeO含量過高對焙燒溫度有較大影響,增加了焙燒溫度控制的難度。以上幾點(diǎn)也是本次工業(yè)試驗(yàn)的技術(shù)難點(diǎn)。這種高鈣、高磷、高FeO的低品位釩渣采用鈉化氧化焙燒-水浸提釩工藝處理,難度較大。4除磷條件試驗(yàn)影響鈉化氧化焙燒-水浸提釩工藝最主要是焙燒工序,因此重點(diǎn)進(jìn)行焙燒條件試驗(yàn)。某鋼廠釩渣中的磷含量較高,導(dǎo)致浸出液中磷含量遠(yuǎn)高于釩廠提釩的水平,因此著重進(jìn)行了除磷條件試驗(yàn)。此外,對釩渣焙燒熟料進(jìn)行了浸出,分析浸出液中各主要雜質(zhì)含量情況,以確定是否需要除硅操作。4.1燃燒條件試驗(yàn)本試驗(yàn)探討了堿比、焙燒溫度、焙燒時間、人爐溫度、混料方式以及粒度對釩轉(zhuǎn)化率的影響。4.1.1焙燒條件的初步確定為了迅速找到適宜的條件范圍,選擇焙燒溫度、堿比和焙燒時間三個因素進(jìn)行了焙燒L9(34)正交試驗(yàn),結(jié)果見表2。由表2可初步確定試驗(yàn)主要因素:焙燒溫度為770～800℃,堿比約15%左右,焙燒時間3h或更長。為了進(jìn)一步確定最佳焙燒條件,在此正交試驗(yàn)的基礎(chǔ)上,適當(dāng)擴(kuò)大條件范圍進(jìn)行了焙燒單因素試驗(yàn)。工業(yè)設(shè)備上焙燒溫度有一定變化范圍,根據(jù)對釩渣焙燒所作研究和大量工業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐,可將焙燒溫度控制在760～810℃,以下不再就焙燒溫度進(jìn)行單獨(dú)的條件試驗(yàn)。4.1.2堿加堿比對熟料燒結(jié)情況的影響由圖1可見,當(dāng)堿比為12%～18%時,轉(zhuǎn)化率最高,達(dá)到77%～81%。繼續(xù)增加堿比,轉(zhuǎn)化率略有下降,且當(dāng)堿比較大時,熟料燒結(jié)情況較為嚴(yán)重。綜合考慮,工業(yè)試驗(yàn)的堿比初步定為15%±2%。4.1.3焙燒時間的確定由圖2可見,焙燒時間由2.5h增加到3.0h,轉(zhuǎn)化率從小于70%上升到接近80%,當(dāng)時間繼續(xù)增加到4.0h,轉(zhuǎn)化率變化不大,為保證焙燒效果,最佳焙燒時間可定為3.5h。4.1.4最佳原料及焙燒條件的確定由圖3可見,較細(xì)的粒度有利于提高釩的轉(zhuǎn)化率,但粒度過細(xì)反而會顯著降低釩的轉(zhuǎn)化率。在試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn),粒度較細(xì)的釩渣焙燒熟料有一定程度的燒結(jié)現(xiàn)象。而在釩渣球磨時,若控制-0.125mm的比例過高將會使-0.074mm的顆粒比例顯著增加,因此以-0.125mm占70%～80%較好。通過上述條件試驗(yàn)確定的最佳原料及焙燒條件為:釩渣磨至-0.125mm占70%～80%,堿比為15%左右(根據(jù)渣中Tv及CaO含量適當(dāng)調(diào)整),300℃左右入爐,1.5h升溫至760～810℃,恒溫2h以上,熟料出爐后急冷,釩轉(zhuǎn)化率最高可達(dá)77%～81%。以最佳條件進(jìn)行了焙燒穩(wěn)定試驗(yàn),釩的轉(zhuǎn)化率為79.47%。4.2不同除磷條件試驗(yàn)本次試驗(yàn)所用釩渣中P含量較高,平均達(dá)0.3%,故浸出液中P含量很高,達(dá)0.2g/1～0.4g/l。為此進(jìn)行了除磷條件試驗(yàn),浸出液成分見表3。表3中的2#釩液是某鋼廠釩渣焙燒、浸出后實(shí)際得到的浸出液,與1#某釩廠現(xiàn)場生產(chǎn)的浸出液相比,除P含量明顯偏高外,其他成分相近,因此溶液凈化的主要問題是除磷,無需除硅。4.2.1apv成分分析用2#浸出液進(jìn)行了CaCl2加入量試驗(yàn),然后將除磷后的釩溶液用于沉釩,將所得APV沉淀洗滌3次后烘干,分析APV的成分,試驗(yàn)結(jié)果見表4。由表4可見,上述除磷條件均可使除磷釩液正常沉釩,APV中P含量≤0.011%,說明一次除磷即可達(dá)到要求。4.2.2學(xué)成分及試驗(yàn)結(jié)果為了搞清含釩溶液P含量對APV質(zhì)量的影響,用1#釩液配制成不同P含量的溶液進(jìn)行沉釩試驗(yàn),APV洗滌3次后烘干,分析APV的化學(xué)成分,試驗(yàn)結(jié)果見表5。由表5可見,釩液中Tv:P在1110以上時,APV產(chǎn)品中的P含量較低,經(jīng)過脫氨煅燒后的片釩質(zhì)量可以達(dá)到要求(表中Na2O和Si含量偏高是洗滌不徹底造成的),但當(dāng)Tv:P從1110變?yōu)?31時,APV的P含量開始顯著增加,在試驗(yàn)時發(fā)現(xiàn)釩的沉淀時間開始變慢,APV煅燒脫氨后P可能超標(biāo),考慮到工業(yè)生產(chǎn)的偏差和規(guī)模,溶液中的Tv:P應(yīng)控制在1110以上。4.2.3ph對釩沉釩過程的影響在上述試驗(yàn)的基礎(chǔ)上,用某鋼廠釩渣實(shí)際焙燒、浸出所得3#浸出液進(jìn)行了除磷驗(yàn)證試驗(yàn),試驗(yàn)結(jié)果見表6。由表6可見,釩的沉淀率均在98.5%以上,說明當(dāng)P含量降低到一定程度后對釩的沉淀率影響較小。當(dāng)CaCl2加入量為2.5ml時,除磷釩液沉釩所得APV中的P含量>0.03%,煅燒后所得V2O5中P含量將更高,應(yīng)按3#的比例加入CaCl2。通過上述除磷試驗(yàn)可基本確定除磷操作參數(shù),在工業(yè)試驗(yàn)時根據(jù)浸出液的P含量適當(dāng)調(diào)整即可,溶液pH值宜控制在9.5～10.5,一般浸出液的pH值基本在此范圍,無需調(diào)整。5工業(yè)試驗(yàn)的結(jié)果5.1釩渣的顆粒來源根據(jù)實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)結(jié)果,要求保證精粉釩渣中-0.125mm顆粒≥70%,最好控制90%以下。在某廠Φ1.5m×6m球磨機(jī)上進(jìn)行磨細(xì),然后用2mm篩網(wǎng)進(jìn)行篩分除鐵。某鋼廠鐵水吹釩工業(yè)試驗(yàn)過程中,釩渣夾帶的MFe并不太多,用2mm篩網(wǎng)應(yīng)基本可以達(dá)到去除金屬鐵的要求。球磨時,間隔一定時間取樣進(jìn)行粒度分析,各爐釩渣中-0.125mm顆粒所占百分比如圖4所示。由圖4可見,各爐精粉釩渣中-0.125mm顆粒全部大于70%,但粒度偏細(xì),尤其是-0.074mm顆粒所占比例過大,焙燒時條件較難控制,容易出現(xiàn)燒結(jié)現(xiàn)象。5.2探索合成釩燒結(jié)和熟料燒結(jié)工藝由于本次試驗(yàn)釩渣總量不多,故選擇悶罐窯進(jìn)行了焙燒試驗(yàn),以實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)的最佳條件為基本試驗(yàn)條件,根據(jù)悶罐窯的情況適當(dāng)改變條件,探索工業(yè)生產(chǎn)條件下堿比、焙燒時間(總焙燒時間和高溫段停留時間)對釩轉(zhuǎn)化率和熟料燒結(jié)的影響。5.2.1堿比未完全法由圖5可見,堿比對轉(zhuǎn)化率的影響與實(shí)驗(yàn)室結(jié)果基本一致,堿比有一個最佳段,低于或高于此堿比區(qū),轉(zhuǎn)化率均明顯降低。當(dāng)堿比過高時,容易出現(xiàn)燒結(jié),尤其當(dāng)溫度略偏高時明顯。5.2.2總焙燒時間與轉(zhuǎn)化率由圖6和圖7可見,焙燒時間對轉(zhuǎn)化率的影響規(guī)律與實(shí)驗(yàn)室結(jié)果基本一致,隨著總焙燒時間延長,轉(zhuǎn)化率逐步提高,尤其從圖7可見,轉(zhuǎn)化率與高溫段停留時間的關(guān)系更加密切。5.3間歇式提取物和提取物去除磷試驗(yàn)的結(jié)果5.3.1工業(yè)試驗(yàn)的結(jié)果由圖8可見,大部分浸出殘?jiān)腟v≤0.12%,本次試驗(yàn)殘?jiān)蠺v最低降至0.57%。5.3.2tv/p含量對沉釩廢水中si含量的影響由表7可見:(1)浸出液中P含量較高,從0.48g/l到1.74g/l,變化幅度較大,平均達(dá)1.04g/l,遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過實(shí)驗(yàn)室浸出液的P濃度,這給除磷帶來了很大困難,同時釩的損失也很大;(2)Si含量一般都在1.2g/l以下,平均0.88g/l,有的Si含量超過2g/1;(3)溶液中的TCr含量較低,平均0.72g/l;(4)溶液中混入的Mo平均為0.10g/l。根據(jù)浸出液的體積和P含量,按實(shí)驗(yàn)室除磷試驗(yàn)結(jié)果計(jì)算需要的CaCl2量,配成10%～20%的溶液加入浸出液并用壓縮空氣攪拌15min,停止攪拌、靜置40min后取樣分析溶液P含量,當(dāng)Tv/P比值≥1110時完成除磷操作,除磷釩液的成分見表8。由表8可見,合格液中Tv/P遠(yuǎn)大于1110,滿足沉釩溶液對磷含量的要求。在除磷的同時,大部分Si也被除去,不會對沉釩產(chǎn)品造成不良影響。另外,對P含量仍然較高的1#～3#溶液,經(jīng)過二次除磷可達(dá)到要求。由于溶液P含量較高,除磷過程釩損較大,為0.31÷(5.32+0.31)≈5.51%,該工序的釩收率為94.49%?？梢?詳細(xì)研究降低高P釩渣浸出液除磷過程的釩損失或回收除磷渣中的釩是當(dāng)前的迫切任務(wù)。5.4釩上層液的制備合格釩液采用成熟的酸性銨鹽沉釩法進(jìn)行沉釩,以NH4Cl為沉淀劑,加銨系數(shù)為1.2～1.4。沉釩上層液的TV平均為0.13g/l。多釩酸銨洗滌三次后取樣,烘干后分析主要成分。由于某廠的APV洗滌裝置十分簡陋,洗滌效果不理想。沉釩后的APV集中在熔化爐中熔化,共熔化三爐,片釩中五氧化二釩為96%,其主要雜質(zhì)是氧化鈉,洗滌可除去,采用正常洗滌裝置片釩可達(dá)國標(biāo)98牌號的要求。6試驗(yàn)結(jié)果與分析6.1通過某鋼廠低品位釩渣制取V2O5的實(shí)驗(yàn)室和工業(yè)試驗(yàn),掌握了低釩高鈣高磷釩渣制取V2O5的工藝技術(shù)和相應(yīng)參數(shù),為今后釩渣制取釩產(chǎn)品提供了可靠的技術(shù)支撐。6.2工業(yè)試驗(yàn)焙燒轉(zhuǎn)化率最高為81.71%,殘?jiān)蠺v降至0