本發明涉及釩化工冶金技術領域，尤其涉及一種含釩鋼渣離子置換法提釩的方法。
背景技術：
含釩鋼渣則是冶煉釩鈦磁鐵礦的副產品，是含釩鐵水煉鋼所形成的含v2o5在2-10％的鋼渣(與釩渣相比其鈣含量大)，其產生過程有2種途徑，一種是半鋼中殘存的釩經煉鋼后氧化進入渣中，另一種是未經吹煉釩渣的鐵水直接煉鋼得到含釩鋼渣。含釩鋼渣具有如下特點：(1)cao和鐵含量高，結晶完善，質地密實，解離度差；(2)成分復雜，且波動較大；(3)釩含量較低，釩彌散分布于多種礦相中，賦存狀態復雜。基于以上特點，含釩鋼渣提釩仍然是科學難題。
我國每年排放的含釩鋼渣近百萬噸，不僅污染環境，且造成有價元素釩的損失。目前，含釩鋼渣提釩主要有2種途徑，一是含釩鋼渣返回煉鐵富集釩，煉出高含釩渣，再進一步提釩，即將含釩鋼渣作為熔劑添加在燒結礦中進入高爐冶煉，釩熔于鐵水中，經吹釩得到高品位釩渣，作為提釩或冶煉釩鐵合金的原料。該工藝不僅能回收鐵、錳等有價元素，且降低鐵鋼比的能耗，但易造成磷在鐵水中循環富集，加重鋼渣脫磷任務；且鋼渣雜質多，有效cao含量相對較少，會降低燒結礦品位，增加煉鐵過程能耗，因此該法未能得到推廣。另一種含釩鋼渣的處理方法是直接提釩法，有鈉化焙燒、鈣化焙燒、降鈣焙燒和直接酸浸等工藝。鈉化焙燒是以食鹽或蘇打為添加劑，通過焙燒將低價釩氧化為5價釩的可溶性鈉鹽，采用水或碳酸化浸出。該工藝釩的轉浸率較低，鈉鹽耗量大，焙燒過程污染空氣、難以治理，且該工藝不適合v2o5含量低、cao含量高的轉爐鋼渣。鈣化焙燒是以石灰等作焙燒熔劑，采用碳酸化浸出等浸出釩。此法對物料有一定的選擇性，對一般鋼渣存在轉化率偏低、成本偏高等問題，不適于規模化生產。降鈣焙燒是由amiri提出的，其目的是為了解決含釩鋼渣中cao含量高造成釩難浸出的問題。降鈣焙燒是將鋼渣與na3po4，na2co3混合焙燒，na3po4與cao結合形成ca3(po4)2，釩與鈉生成水溶性的釩酸鈉，然后水浸即可溶出釩。但該法只停留在實驗室研究階段，且磷酸鹽的配比大，成本高，目前還沒有工業化推廣。直接酸浸是指未經焙燒工序，完全濕法提釩.但由于鋼渣中cao含量高，酸耗較大，成本較高；酸浸過程需在強酸溶液中進行，得到的浸出液雜質較多，難以進行后續分離。
cn102071321a提出了用高堿度的氫氧化鉀介質從含釩鋼渣中提取釩、鉻的方法，此方法不需要高溫焙燒，反應溫度降低到160-240℃，濕法提釩鉻，過程中有效杜絕了c12、hcl、so2、粉塵等大氣污染物，并降低了廢水產生量和排放量；缺點是koh介質價格昂貴，而koh與鋼渣的質量比為3:1到5:1、反應堿濃度為60％-90％，則損耗的koh介質較多，導致生產成本偏高，產品效益降低。然而，目前未見有釩渣碳酸鈉直接加壓浸出提釩的相關報道。
cn102094123a提出了一種用高濃度的氫氧化鈉介質從含釩鋼渣中提取釩的方法，該方法反應溫度為180-240℃，濕法提釩，過程中無廢氣、粉塵污染；缺點是堿濃度偏高，堿度為65-90％，則導致介質循環利用時的蒸發濃縮需要的熱量較高，則生產成本較高，且終渣中殘余的v量較高，浸出率不高，終渣中v含量為0.3-0.5％。
目前，尚無關于碳酸鈉直接加壓浸出含釩鋼渣的報道。
技術實現要素：
鑒于現有技術中存在的問題，本發明的目的在于提供一種含釩鋼渣離子置換法提釩的方法，以實現從含釩鋼渣中高效、清潔的提取釩。
為達此目的，本發明采用以下技術方案：
本發明提供了一種含釩鋼渣離子置換法提釩的方法，所述方法包括以下步驟：
(1)將含釩鋼渣和碳酸鈉溶液混合，在加熱加壓的條件下進行浸出反應，反應完成后得到混合漿料；
(2)將步驟(1)得到的混合漿料進行固液分離，得到尾渣和含釩浸出液。
含釩鋼渣主要成分為硅酸鈣、鐵酸鈣、氧化鐵及鈦磁鐵礦，其中釩主要包裹在硅酸鈣和鐵酸鈣中，這些鈣鹽在高溫、高壓的碳酸鈉溶液中會發生分解反應，生成碳酸鈣和硅酸鈉，從而將鋼渣中的釩解離出來，溶入堿性溶液生成釩酸鈉，進而實現釩的提取。加壓浸出的方法能夠增強硅酸鈣的分解能力，可實現釩的高效浸出。
根據本發明，步驟(1)所述碳酸鈉溶液的濃度為5-30wt％，例如可以是5wt％、8wt％、10wt％、12wt％、15wt％、18wt％、20wt％、23wt％、25wt％、28wt％或30wt％，以及上述數值之間的具體點值，限于篇幅及出于簡明的考慮，本發明不再窮盡列舉。
根據本發明，步驟(1)所述碳酸鈉溶液與含釩鋼渣的液固比為(3-8):1，例如可以是3:1、3.5:1、4:1、4.5:1、5:1、5.5:1、6:1、6.5:1、7:1、7.5:1或8:1，以及上述數值之間的具體點值，限于篇幅及出于簡明的考慮，本發明不再窮盡列舉。
本發明所述液固比的單位為ml/g。
根據本發明，步驟(1)所述浸出反應的壓力為0.3-1.5mpa，例如可以是0.3mpa、0.4mpa、0.5mpa、0.6mpa、0.7mpa、0.8mpa、0.9mpa、1.0mpa、1.1mpa、1.2mpa、1.3mpa、1.4mpa或1.5mpa，以及上述數值之間的具體點值，限于篇幅及出于簡明的考慮，本發明不再窮盡列舉。
根據本發明，步驟(1)所述浸出反應的溫度為120-200℃，例如可以是120℃、130℃、140℃、150℃、160℃、170℃、180℃、190℃或200℃，以及上述數值之間的具體點值，限于篇幅及出于簡明的考慮，本發明不再窮盡列舉。
根據本發明，步驟(1)所述浸出反應的時間為0.5-3h，例如可以是0.5h、0.8h、1h、1.2h、1.5h、1.8h、2h、2.3h、2.5h、2.8h或3h，以及上述數值之間的具體點值，限于篇幅及出于簡明的考慮，本發明不再窮盡列舉。
根據本發明，步驟(2)所述固液分離的溫度為60-100℃，例如可以是60℃、65℃、70℃、75℃、80℃、85℃、90℃、95℃或100℃，以及上述數值之間的具體點值，限于篇幅及出于簡明的考慮，本發明不再窮盡列舉。
本發明所述固液分離選用本領域公知的手段進行，例如可以是過濾、抽濾、離心等，但非僅限于此。
本發明對對步驟(2)得到的含釩浸出液進行沉釩處理，以獲得釩產品，例如可以采用結晶分離的方式進行沉釩，但非僅限于此。
上述對含釩浸出液結晶分離后得到釩酸鈉晶體和結晶后液，將所述結晶后液返回至步驟(1)中循環用于浸出含釩鋼渣；任選地，在返回步驟(1)之前，向所述結晶后液中補充加入碳酸鈉。
作為優選的技術方案，本發明所述含釩鋼渣離子置換法提釩的方法包括以下步驟：
(1)按(3-8):1的液固比，將含釩鋼渣和濃度為5-30wt％的碳酸鈉溶液混合，在0.3-1.5mpa的壓力和120-200℃的溫度下進行浸出反應0.5-3h，反應完成后得到混合漿料；
(2)將步驟(1)得到的混合漿料在60-100℃下進行固液分離，得到含釩浸出液；將所述含釩浸出液進行結晶分離，得到釩酸鈉晶體和結晶后液，所述結晶后液補充加入碳酸鈉后，循環返回至步驟(1)用于浸出含釩鋼渣。
與現有技術方案相比，本發明至少具有以下有益效果：
(1)本發明實現了對含釩鋼渣中釩的高效提取，釩的浸出率＞85％，最高可達97％。
(2)本發明采用直接加壓浸出的方法提取釩原料中的釩，與焙燒法相比，節約能耗且無焙燒有害窯氣產生。
(3)本發明得到含釩浸出液提釩后可循環用于浸出含釩鋼渣，整個過程無廢水排放，是一種清潔的提釩方法。
附圖說明
圖1是本發明一種具體實施方式提供的工藝流程圖。
下面對本發明進一步詳細說明。但下述的實例僅僅是本發明的簡易例子，并不代表或限制本發明的權利保護范圍，本發明的保護范圍以權利要求書為準。
具體實施方式
下面結合附圖并通過具體實施方式來進一步說明本發明的技術方案。
如圖1所示，本發明一種具體實施方式的工藝流程可以為：將含釩鋼渣和碳酸鈉溶液混合后，加熱加壓進行浸出反應，反應完成后固液分離，得到尾渣和含釩浸出液；將所得含釩浸出液結晶分離，得到釩酸鈉產品和結晶后液，將所得結晶后液返回至前一步驟循環用于對含釩鋼渣的浸出。
為更好地說明本發明，便于理解本發明的技術方案，本發明的典型但非限制性的實施例如下：
實施例1
將含釩鋼渣和碳酸鈉溶液加入壓力反應釜中，碳酸鈉溶液濃度為5wt％，溶液與含釩鋼渣的液固比為8:1。將加壓反應釜密封，然后加熱加壓進行浸出反應，浸出反應溫度為120℃，浸出反應壓力0.6mpa，反應時間0.5h。反應結束后對反應釜冷卻降溫，降溫至60℃時打開反應釜，將混合漿料過濾分離得到尾渣和含釩浸出液；將所得含釩浸出液結晶分離后得到釩酸鈉產品和結晶后液，所得結晶后液循環用于含釩鋼渣浸出。
經過檢測，含釩鋼渣的浸出率為86％。
實施例2
將含釩鋼渣和碳酸鈉溶液加入壓力反應釜中，碳酸鈉溶液濃度為8wt％，溶液與含釩鋼渣的液固比為7:1。將加壓反應釜密封，然后加熱加壓進行浸出反應，浸出反應溫度為140℃，浸出反應壓力0.5mpa，反應時間1.5h。反應結束后對反應釜冷卻降溫，降溫至75℃時打開反應釜，將混合漿料過濾分離得到尾渣和含釩浸出液；將所得含釩浸出液結晶分離后得到釩酸鈉產品和結晶后液，所得結晶后液循環用于含釩鋼渣浸出。
經過檢測，含釩鋼渣的浸出率為91％。
實施例3
將含釩鋼渣和碳酸鈉溶液加入壓力反應釜中，碳酸鈉溶液濃度為18wt％，溶液與含釩鋼渣的液固比為6:1。將加壓反應釜密封，然后加熱加壓進行浸出反應，浸出反應溫度為120℃，浸出反應壓力0.4mpa，反應時間1.8h。反應結束后對反應釜冷卻降溫，降溫至60℃時打開反應釜，將混合漿料過濾分離得到尾渣和含釩浸出液；將所得含釩浸出液結晶分離后得到釩酸鈉產品和結晶后液，所得結晶后液循環用于含釩鋼渣浸出。
經過檢測，含釩鋼渣的浸出率為95％。
實施例4
將含釩鋼渣和碳酸鈉溶液加入壓力反應釜中，碳酸鈉溶液濃度為20wt％，溶液與含釩鋼渣的液固比為5:1。將加壓反應釜密封，然后加熱加壓進行浸出反應，浸出反應溫度為200℃，浸出反應壓力1.5mpa，反應時間2h。反應結束后對反應釜冷卻降溫，降溫至95℃時打開反應釜，將混合漿料過濾分離得到尾渣和含釩浸出液；將所得含釩浸出液結晶分離后得到釩酸鈉產品和結晶后液，所得結晶后液循環用于含釩鋼渣浸出。
經過檢測，含釩鋼渣的浸出率為96％。
實施例5
將含釩鋼渣和碳酸鈉溶液加入壓力反應釜中，碳酸鈉溶液濃度為25wt％，溶液與含釩鋼渣的液固比為8:1。將加壓反應釜密封，然后加熱加壓進行浸出反應，浸出反應溫度為190℃，浸出反應壓力1.2mpa，反應時間2.7h。反應結束后對反應釜冷卻降溫，降溫至75℃時打開反應釜，將混合漿料過濾分離得到尾渣和含釩浸出液；將所得含釩浸出液結晶分離后得到釩酸鈉產品和結晶后液，所得結晶后液循環用于含釩鋼渣浸出。
經過檢測，含釩鋼渣的浸出率為94％。
實施例6
將含釩鋼渣和碳酸鈉溶液加入壓力反應釜中，碳酸鈉溶液濃度為30wt％，溶液與含釩鋼渣的液固比為3:1。將加壓反應釜密封，然后加熱加壓進行浸出反應，浸出反應溫度為130℃，浸出反應壓力0.3mpa，反應時間3h。反應結束后對反應釜冷卻降溫，降溫至100℃時打開反應釜，將混合漿料過濾分離得到尾渣和含釩浸出液；將所得含釩浸出液結晶分離后得到釩酸鈉產品和結晶后液，所得結晶后液循環用于含釩鋼渣浸出。
經過檢測，含釩鋼渣的浸出率為95％。
實施例7
將含釩鋼渣和碳酸鈉溶液加入壓力反應釜中，碳酸鈉溶液濃度為28wt％，溶液與含釩鋼渣的液固比為8:1。將加壓反應釜密封，然后加熱加壓進行浸出反應，浸出反應溫度為150℃，浸出反應壓力0.6mpa，反應時間1h。反應結束后對反應釜冷卻降溫，降溫至80℃時打開反應釜，將混合漿料過濾分離得到尾渣和含釩浸出液；將所得含釩浸出液結晶分離后得到釩酸鈉產品和結晶后液，向所得結晶后液中補加一定量的碳酸鈉，使其濃度達到20wt％，循環用于含釩鋼渣浸出。
經過檢測，含釩鋼渣的浸出率為88％。
實施例8
將含釩鋼渣和碳酸鈉溶液加入壓力反應釜中，碳酸鈉溶液濃度為30wt％，溶液與含釩鋼渣的液固比為6:1。將加壓反應釜密封，然后加熱加壓進行浸出反應，浸出反應溫度為195℃，浸出反應壓力1.4mpa，反應時間3h。反應結束后對反應釜冷卻降溫，降溫至88℃時打開反應釜，將混合漿料過濾分離得到尾渣和含釩浸出液；將所得含釩浸出液結晶分離后得到釩酸鈉產品和結晶后液，所得結晶后液循環用于含釩鋼渣浸出。
經過檢測，含釩鋼渣的浸出率為96％。
實施例9
將含釩鋼渣和實施例8中得到的含釩浸出液加入壓力反應釜中，同時補加一定量的碳酸鈉，使其濃度為28wt％，溶液與含釩鋼渣的液固比為4:1。將加壓反應釜密封，然后加熱加壓進行浸出反應，浸出反應溫度為170℃，浸出反應壓力0.8mpa，反應時間2.4h。反應結束后對反應釜冷卻降溫，降溫至80℃時打開反應釜，將混合漿料過濾分離得到尾渣和含釩浸出液；將所得含釩浸出液結晶分離后得到釩酸鈉產品和結晶后液，所得結晶后液循環用于含釩鋼渣浸出。
經過檢測，含釩鋼渣的浸出率為97％。
以上詳細描述了本發明的優選實施方式，但是，本發明并不限于上述實施方式中的具體細節，在本發明的技術構思范圍內，可以對本發明的技術方案進行多種簡單變型，這些簡單變型均屬于本發明的保護范圍。
另外需要說明的是，在上述具體實施方式中所描述的各個具體技術特征，在不矛盾的情況下，可以通過任何合適的方式進行組合，為了避免不必要的重復，本發明對各種可能的組合方式不再另行說明。
此外，本發明的各種不同的實施方式之間也可以進行任意組合，只要其不違背本發明的思想，其同樣應當視為本發明所公開的內容。