專利名稱：一種氫氧化鉀溶液常壓分解釩渣的方法
技術領域：
本發明涉及一種濕法處理釩渣的方法，特別涉及一種氫氧化鉀溶液常壓分解釩渣的方法。
背景技術：
釩是一種重要的金屬元素，因其具有許多特殊性能越來越廣泛地被應用在各個工業領域。世界上約85％的釩用于鋼鐵行業，主要作為合金添加劑用以提高鋼的強度、韌性、延展性和耐熱性，其余15％左右被用在諸如航空合金、釩電池、化學工業、催化劑等生產領域。鉻也是一種具有重要戰略意義的金屬，鉻鹽用途極為廣泛，涉及國民經濟15％的商品品種。釩、鉻作為我國重要的戰略金屬資源，隨著我國經濟的復蘇及社會的發展，對釩、鉻產品的需求將持續上升，發展前景十分廣闊。
鋼鐵工業中由釩鈦磁鐵礦生產的釩渣是提釩的主要原料。釩渣是由含釩鐵水在含氧氣體存在下吹煉出的一種釩富集物料，其成分與生產方法、釩鈦磁鐵礦的成份有關，一般來說，釩渣由V2O5、SiO2、Al2O3、MgO、Cr2O3、TiO2、CaO等組份組成。
以釩鈦磁鐵礦為原料生產鐵、釩產品的企業目前都采用傳統的釩渣鈉化焙燒工藝從釩渣中提釩，如我國的攀鋼、承鋼，南非海威爾德、新西蘭鋼鐵公司等。采用850℃高溫鈉化氧化焙燒-水浸-氨鹽沉釩的傳統工藝，其反應傳質效果差，即使采用多次高溫焙燒，釩的單程回收率也只有80％。由于鉻尖晶石鈉化氧化焙燒需在1100℃以上的高溫操作，在傳統的850℃高溫焙燒提釩過程中，釩渣中鉻尖晶石難以分解，僅有10％左右的鉻被氧化為六價鉻，絕大部分未轉化的鉻資源進入尾渣，未能加以利用。
中國專利CN101215005A提出了一種釩渣和鈉鹽(碳酸鈉、氯化鈉)或鉀鹽(碳酸鉀、氯化鉀)焙燒的方法，該專利適用于高硅低釩釩渣，焙燒溫度為700～820℃，多溫段焙燒，通過控制溫度制度及鹽配比，可以防止爐料燒結，使工藝順行，亦降低了焙燒保溫時間，尾渣中V2O5含量可達到0.5～1％；中國專利CN1884597A、CN86108218A等都對鈉化焙燒工藝的添加劑及溫度制度進行了不同改進，基本原理都是通過使用不同配比的添加劑(Na2CO3、NaCl、Na2SO4、Na2SO3等)及不同的溫度制度來對釩的提取率、焙燒時間、爐料燒結等指標進行改進和提高，但以上工藝與傳統的鈉化焙燒原理、操作過程、操作溫度基本相同，無法避免焙燒溫度過高等傳統工藝的問題。
中國專利CN1082617A提出了對吹煉得到的高溫釩渣在900-1300℃直接吹氧進行處理，促使渣中的低價釩氧化成為五氧化二釩，渣冷卻破碎后，在一定的溫度、堿濃度、氧分壓下浸出渣中的釩，該方法不必在釩渣降溫后再次高溫焙燒，能耗大為降低，并且避免了鈉化焙燒造成的環境污染。
中國專利CN101161831A提出了一種釩渣鈣化焙燒的方法，與鈉化焙燒工藝相比，鈣化焙燒時無需經過低溫到高溫逐步升溫的過程，而是直接高溫焙燒，使焙燒爐的溫度更容易控制，并且縮短了焙燒時間，設備的產能也有所提高。但鈣化焙燒的焙燒溫度仍然很高(600-950℃)。
已有專利文獻處理基本上都是采用高溫焙燒方法處理釩渣，未見有使用氫氧化鉀溶液處理釩渣提釩的專利或報道。
發明內容
本發明的目的是提供一種氫氧化鉀溶液在常壓下低溫分解釩渣提取釩鉻的方法；該方法使釩渣處理工藝可以在濕法條件下進行，不需要高溫焙燒，縮短反應時間，并實現釩的單次高效提取以及釩渣中鉻的提取。
本發明的目的是這樣實現的 本發明提供的一種氫氧化鉀溶液常壓分解釩渣的方法，包括以下步驟 1)配料將釩渣或經預處理后的釩渣與水、KOH一道加入常壓反應器，其中，KOH與釩渣的質量比為3∶1到6∶1；氫氧化鉀溶液的質量濃度為65-90％； 2)反應將步驟1)配制的物料在氧化性氣體存在條件下進行反應，氧化性氣體的流量控制在0.5-2L/min。控制反應溫度為180-260℃，反應時間0.5-6h，得到反應漿料；反應分解過程按以下方式進行 FeO·V2O3+6KOH+5/4O2→1/2Fe2O3+3H2O+2K3VO4 FeO·Cr2O3+4KOH+7/4O2→1/2Fe2O3+2H2O+2K2CrO4 3)稀釋將步驟2)得到的反應漿料用稀釋劑進行稀釋，稀釋至漿料氫氧化鉀濃度為200-750g/L，得到含氫氧化鉀、釩酸鉀、鉻酸鉀以及尾渣的混合漿料； 4)過濾分離將步驟3)得到的混合漿料在40-130℃進行過濾分離，得到尾渣和含釩鉻的水溶液。
在上述的技術方案中，所述釩渣為由釩鈦磁鐵礦經高爐或直接還原流程生產的含釩(鉻)生鐵(水)再在高溫條件下以氧氣或空氣為氧化介質采用搖包提釩、鐵水包提釩、及各種頂吹復吹轉爐提釩等生產過程形成的釩渣。
在上述的技術方案中，所述氧化性氣體是空氣、氧氣或空氣與氧氣的混合氣體，其中，空氣與氧氣的混合比例為任意比例(體積比)。
在上述的技術方案中，所述的稀釋劑為濃度0-400g/L的氫氧化鉀溶液(0g/L即水)。
本發明的優點在于 1)本發明提供的氫氧化鉀溶液常壓分解釩渣的方法，反應溫度為180-260℃，與傳統工藝相比，大大降低了反應溫度； 2)本發明釩鉻資源利用率高，釩渣經反應分解后，尾渣中釩含量為0.2-1％(以V2O5計)，尾渣中鉻含量為0.2-1％(以Cr2O3計)； 3)本發明操作溫度在溶液沸點以下，過程只需常壓下就可以進行，易于操作且安全性好； 4)本發明不添加輔料，排渣量大大減少，且不會產生對人和環境有害的粉塵與廢氣；
圖1為本發明的方法工藝流程簡圖；
具體實施例方式 實施例1 本實施例使用釩渣含V2O510.22％，含Cr2O33.98％。
1)配料將篩分至-200目的釩渣與水、KOH一道加入常壓反應器，其中，KOH與釩渣的質量比為3∶1；氫氧化鉀溶液的質量濃度為80wt％； 2)反應將步驟1)配制的物料裝入常壓反應器內，通入空氣和氧氣的混合氣體(空氣∶氧氣體積比為4∶1)進行氧化反應，其中，氣體的流量控制在2L/min，控制反應溫度為250℃，反應時間為6h，得到反應漿料； 3)稀釋當步驟2)結束后，用水對反應器中的反應漿料進行稀釋，稀釋至漿料氫氧化鉀濃度為750g/L，得到含氫氧化鉀、釩酸鉀、鉻酸鉀以及尾渣的混合漿料； 4)過濾分離將步驟3)得到的混合漿料在130℃進行過濾分離，得到尾渣和含釩鉻的水溶液，將尾渣洗滌、干燥后測定其含總釩量為0.41wt％(以V2O5計)，含鉻總量為0.33wt％(以Cr2O3計)。
實施例2 本實施例使用釩渣含V2O57.36％，含Cr2O33.60％。
1)配料將釩渣與水、KOH一道加入常壓反應器，其中，KOH與釩渣的質量比為4∶1；氫氧化鉀溶液的質量濃度為80wt％； 2)反應將步驟1)配制的物料裝入常壓反應器內，通入空氣進行氧化反應，其中，空氣的流量控制在1L/min，控制反應溫度為250℃，反應時間為3h，得到反應漿料； 3)稀釋當步驟2)結束后，用200g/L的氫氧化鉀溶液對反應器中的反應漿料進行稀釋，稀釋至漿料氫氧化鉀濃度為500g/L，得到含氫氧化鉀、釩酸鉀、鉻酸鉀以及尾渣的混合漿料； 4)過濾分離將步驟3)得到的混合漿料在70℃進行過濾分離，得到尾渣和含釩鉻的水溶液，將尾渣洗滌、干燥后測定其含總釩量為0.22wt％(以V2O5計)，含總鉻量為0.29％(以Cr2O3計)。
實施例3 本實施例使用釩渣含含V2O510.22％，含Cr2O33.98％。
1)配料將經攪拌磨濕磨半小時后的釩渣與水、KOH一道加入常壓反應器，其中，KOH與釩渣的質量比為6∶1；氫氧化鉀溶液的質量濃度為65wt％； 2)反應將步驟1)配制的物料裝入常壓反應器內，通入空氣和氧氣的混合氣體(空氣和氧氣體積比為1∶1)進行氧化反應，其中，氣體的流量控制在0.5L/min，控制反應溫度為180℃，反應時間為6h，得到反應漿料； 3)稀釋當步驟2)結束后，用水對反應器中的反應漿料進行稀釋，稀釋至漿料氫氧化鉀濃度為200g/L，得到含氫氧化鉀、釩酸鉀、鉻酸鉀以及尾渣的混合漿料； 4)過濾分離將步驟3)得到的混合漿料在40℃進行過濾分離，得到尾渣和含釩鉻的水溶液，將尾渣洗滌、干燥后測定其含總釩量為0.68wt％(以V2O5計)，含總鉻量為0.59wt％(以Cr2O3計)。
實施例4 本實施例使用釩渣含V2O55.23％，含Cr2O32.56％。
1)配料將經攪拌磨濕磨半小時后的釩渣與水、KOH一道加入常壓反應器，其中，KOH與釩渣的質量比為4.8∶1；氫氧化鉀溶液的質量濃度為90wt％； 2)反應將步驟1)配制的物料裝入常壓反應器內，通入氧氣進行氧化反應，其中，氣體的流量控制在0.8L/min，控制反應溫度為260℃，反應時間為0.5h，得到反應漿料； 3)稀釋當步驟2)結束后，用400g/L的氫氧化鉀溶液對反應器中的反應漿料進行稀釋，稀釋至漿料氫氧化鉀濃度為600g/L，得到含氫氧化鉀、釩酸鉀、鉻酸鉀以及尾渣的混合漿料； 4)過濾分離將步驟3)得到的混合漿料在80℃進行過濾分離，得到尾渣和含釩鉻的水溶液，將尾渣洗滌、干燥后測定其含總釩量為0.52wt％(以V2O5計)，含總鉻量為0.59％(以Cr2O3計)。
實施例5 本實施例使用釩渣含V2O57.36％，含Cr2O33.60％。
1)配料將篩分至-200目的釩渣與水、KOH一道加入常壓反應器，其中，KOH與釩渣的質量比為3.5∶1；氫氧化鉀溶液的質量濃度為82wt％； 2)反應將步驟1)配制的物料裝入常壓反應器內，通入空氣和氧氣的混合氣體進行反應，空氣∶氧氣體積比為1∶4，氣體流量控制在1.5L/min。控制反應溫度為200℃，反應時間為3h，得到反應漿料； 3)稀釋當步驟2)結束后，用300g/L的氫氧化鉀溶液對反應器中的反應漿料進行稀釋，稀釋至漿料氫氧化鉀濃度為650g/L，得到含氫氧化鉀、釩酸鉀、鉻酸鉀以及尾渣的混合漿料； 4)過濾分離將步驟3)得到的混合漿料在100℃進行過濾分離，得到尾渣和含釩鉻的水溶液，將尾渣洗滌、干燥后測定其含總釩量為0.49wt％(以V2O5計)，含總鉻量為0.53％(以Cr2O3計)。
在上述實施例中，步驟3)中將得到的混合漿料在40-130℃進行過濾分離是常規工藝，是本專業技術人員可以實施的。
當然，本發明還可有其他多種實施例，在不背離本發明精神及其實質的情況下，熟悉本領域的技術人員當可根據本發明作出各種相應的改變和變型，但這些相應的改變和變形都應屬于本發明所附的權利要求的保護范圍。
權利要求
1.一種氫氧化鉀溶液常壓分解釩渣的方法，本發明的方法包括以下步驟
1)配料將釩渣或經預處理后的釩渣與水、KOH一道加入常壓反應器，其中，KOH與釩渣的質量比為3∶1到6∶1；氫氧化鉀溶液的質量濃度為65-90％；
2)反應將步驟1)配制的物料在氧化性氣體存在條件下進行反應，控制反應溫度為180-260℃，反應時間0.5-6h，得到反應漿料；
3)稀釋將步驟2)得到反應漿料用稀釋劑進行稀釋，稀釋后得到含氫氧化鉀、釩酸鉀、鉻酸鉀以及尾渣的混合漿料；
4)過濾分離將步驟3)得到的混合漿料在40-130℃進行過濾分離，得到尾渣和含釩鉻的水溶液。
2.根據權利要求1所述的氫氧化鉀溶液常壓分解釩渣的方法，其特征在于所述釩渣為由釩鈦磁鐵礦經高爐或直接還原流程生產的含釩(鉻)生鐵(水)再在高溫條件下以氧氣或空氣為氧化介質采用搖包提釩、鐵水包提釩、及各種頂吹復吹轉爐提釩等生產過程形成的釩渣。
3.根據權利要求1所述的氫氧化鉀溶液常壓分解釩渣的方法，其特征在于所述氧化性氣體是空氣、氧氣或空氣與氧氣的混合氣體，其中，空氣與氧氣的混合比例為任意比例，氧化性氣體的流量控制在0.5-2L/min。
4.根據權利要求1所述的氫氧化鉀溶液常壓分解釩渣的方法，其特征在于所述的稀釋劑為濃度0-400g/L的氫氧化鉀溶液(0g/L即水)。
5.根據權利要求1所述的方法，其特征在于所述的漿料經稀釋劑稀釋后獲得溶液的氫氧化鉀濃度為200-750g/L。
全文摘要
本發明涉及一種氫氧化鉀溶液常壓分解釩渣的方法，該方法包括以下步驟將釩渣或經預處理后的釩渣與水、KOH一道加入反應器，控制KOH與釩渣的質量比及KOH溶液濃度，在氧化性氣體存在條件下進行氧化反應，反應過程控制反應溫度和反應時間。將得到的反應漿料用稀釋劑進行稀釋，得到含氫氧化鉀、釩酸鉀、鉻酸鉀以及尾渣的混合漿料；對混合漿料進行過濾分離，得到尾渣和含釩鉻的水溶液。該方法只需在常壓下就可以操作，易于進行且安全性好；操作溫度大大低于傳統提釩工藝溫度，釩的提取率高，且可實現釩渣中鉻的同步提取。尾渣中含釩總量在0.2-1wt％(以V2O5計)，含鉻總量在0.2-1％(以Cr2O3計)。
文檔編號C22B34/22GK101812588SQ20101014978
公開日2010年8月25日 申請日期2010年4月19日 優先權日2010年4月19日
發明者鄭詩禮, 杜浩, 王少娜, 王曉輝, 張懿 申請人:中國科學院過程工程研究所