一種利用高鉻型釩渣制備五氧化二釩和三氧化二鉻的方法技術(shù)

本發(fā)明專(zhuān)利技術(shù)涉及一種利用高鉻型釩渣制備五氧化二釩和三氧化二鉻的方法，該方法是將高鉻型釩渣進(jìn)行鈉化后焙燒之后在(NH4)2SO4溶液中進(jìn)行浸出，過(guò)濾后，得到含釩鉻浸出液和尾渣；調(diào)節(jié)含釩鉻浸出液的pH值及溫度將釩沉淀，過(guò)濾分離固液，得到釩酸銨沉淀及含鉻上清液；焙燒釩酸銨沉淀制得五氧化二釩；含鉻上清液加還原劑，并調(diào)節(jié)pH值使鉻沉淀，過(guò)濾得到氫氧化鉻沉淀及提釩鉻廢液；氫氧化鉻沉淀焙燒制得三氧化二鉻，提釩鉻廢液進(jìn)行循環(huán)利用。本發(fā)明專(zhuān)利技術(shù)方法實(shí)現(xiàn)了高鉻釩渣中釩鉻的高效分離，分別制得的五氧化二釩和三氧化二鉻的純度都較高，同時(shí)獲得的提釩鉻廢液可循環(huán)返回浸出過(guò)程中利用，實(shí)現(xiàn)了提釩鉻廢液的循環(huán)利用，避免水體污染，且有效節(jié)約了生產(chǎn)成本。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
一種利用高鉻型釩渣制備五氧化二釩和三氧化二鉻的方法
本專(zhuān)利技術(shù)涉及一種利用高鉻型釩渣制備五氧化二釩和三氧化二鉻的方法，屬于釩化工技術(shù)與資源循環(huán)利用

技術(shù)介紹
釩和鉻是重要的稀有金屬，其化合物廣泛用于冶金、化工、建材等諸多領(lǐng)域。高鉻型釩渣是高鉻型釩鈦磁鐵礦冶煉過(guò)程中的副產(chǎn)物，其中釩與鉻都有相對(duì)較高的品味，因此是一種潛在的釩鉻提取原料。但從高鉻型釩渣中分離提取釩鉻的工藝有兩個(gè)限制因素：一是由于釩鉻性質(zhì)較相似導(dǎo)致釩鉻分離較困難；二是由于高價(jià)釩鉻均具有毒性，提取工藝中產(chǎn)生的廢水廢渣等難以處理。因此如何實(shí)現(xiàn)高鉻釩渣中釩鉻的高效清潔提取分離是目前釩化工行業(yè)亟待解決的問(wèn)題。除此之外，在傳統(tǒng)釩渣提釩工藝中，含釩浸出液需進(jìn)一步加入銨鹽將釩以釩酸銨的形式沉淀下來(lái)。在此過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量氨氮廢水，對(duì)水體污染極大，氨氮廢水的處理造成的成本損耗又是釩化工行業(yè)不可避免的。如何能降低提釩工業(yè)的成本并解決污染問(wèn)題，也需要考慮。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
(一)要解決的技術(shù)問(wèn)題為了解決現(xiàn)有技術(shù)的上述問(wèn)題，本專(zhuān)利技術(shù)提供一種利用高鉻型釩渣制備五氧化二釩和三氧化二鉻的方法，可實(shí)現(xiàn)高鉻釩渣中釩與鉻的高效分離提取，并制得較高純度的五氧化二釩和三氧化二鉻，提取釩鉻后的廢水可不經(jīng)過(guò)氨氮處理直接返回浸出體系，既避免了環(huán)境污染又節(jié)約了成本。(二)技術(shù)方案為了達(dá)到上述目的，本專(zhuān)利技術(shù)采用的主要技術(shù)方案包括：一種利用高鉻型釩渣制備五氧化二釩和三氧化二鉻的方法，其包括如下步驟：S1、焙燒：將高鉻型釩渣與鈉鹽混合得到混合物料，將混合物料高溫焙燒得到焙燒熟料；S2、浸出：將步驟S1得到的焙燒熟料在(NH4)2SO4中進(jìn)行浸出，之后過(guò)濾分離固液，得到含釩鉻浸出液和尾渣；S3、沉釩：通過(guò)調(diào)節(jié)步驟S2所得含釩鉻浸出液pH值及溫度將釩沉淀，過(guò)濾分離固液，得到釩酸銨沉淀及含鉻上清液；S4、五氧化二釩制備：焙燒步驟S3得到的釩酸銨沉淀制得五氧化二釩產(chǎn)品；S5、還原沉淀鉻：步驟S3所得含鉻上清液通過(guò)添加還原劑還原，并調(diào)節(jié)pH值使鉻沉淀，通過(guò)過(guò)濾分離固液，得到氫氧化鉻沉淀及提釩鉻廢液；S6、三氧化二鉻制備：焙燒步驟S5得到的氫氧化鉻沉淀制得三氧化二鉻；S7、銨鹽循環(huán)：步驟S5所得提釩鉻廢液直接或補(bǔ)充部分(NH4)2SO4后循環(huán)進(jìn)入下一批次的鉻型釩渣進(jìn)行步驟S2浸出過(guò)程。進(jìn)一步，還包括如下步驟：S8、步驟S2所得尾渣在脫鈉后，作為填料返回?zé)Y(jié)體系。如上所述的方法，優(yōu)選地，在步驟S1中，所述高鉻型釩渣中釩含量以V2O5計(jì)為8％～20％，鉻含量以Cr2O3計(jì)為5～15％，所述高鉻型釩渣的粒度為150～300目，所述鈉鹽為碳酸鈉、硫酸鈉和氯化鈉中的至少一種；所述高鉻型釩渣與鈉鹽的用量比為按高鉻型釩渣中釩以V2O3+Cr2O3計(jì)與鈉鹽中含鈉的摩爾比為1：0.5～3。如上所述的方法，優(yōu)選地，在步驟S1中，所述高溫焙燒的溫度為700～950℃，時(shí)間為30～180min。本專(zhuān)利技術(shù)研究發(fā)現(xiàn)如果低于700℃焙燒時(shí)，釩渣中僅有少量的釩與鉻能夠被氧化鈉化不利于后續(xù)浸出，而高于950℃焙燒時(shí)，物料燒結(jié)非常嚴(yán)重，會(huì)將釩鉻包裹起來(lái)不利于浸出；所以焙燒溫度優(yōu)選700～950℃。焙燒過(guò)程物料隨爐從室溫升溫到指定溫度，或在爐溫達(dá)到指定溫度后將物料放入；焙燒恒溫時(shí)間優(yōu)選為30～180min，如果時(shí)間低于30min，釩與鉻的氧化鈉化不充分，而焙燒超過(guò)180min會(huì)造成成本的大量損耗；所以焙燒時(shí)間優(yōu)選30～180min；焙燒過(guò)程結(jié)束后物料隨爐冷卻或直接取出；焙燒熟料經(jīng)破碎粒度為250～300目，這個(gè)粒度范圍有利于釩與鉻的浸出。如上所述的方法，優(yōu)選地，在步驟S2中，所述(NH4)2SO4溶液的濃度為30～200g/L。研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)(NH4)2SO4溶液濃度低于30g/L時(shí)，含釩浸出液中NH4+濃度太低，不足以將浸出液中的釩沉淀出來(lái)；而(NH4)2SO4溶液濃度高于200g/L時(shí)，釩的浸出率會(huì)有降低，所以?xún)?yōu)選濃度為30～200g/L的(NH4)2SO4溶液。如上所述的方法，優(yōu)選地，在步驟S2中，所述(NH4)2SO4溶液與焙燒熟料的液固比按mL/g為2～20：1，浸出過(guò)程溫度為20℃～100℃；浸出過(guò)程時(shí)間為30min～180min。研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)液固比低于2時(shí)，釩鉻浸出過(guò)程推動(dòng)力較小，釩鉻浸出率較低，液固比高于20時(shí)耗水量大造成成本浪費(fèi)，浸出液中釩濃度較低不利于沉釩。浸出時(shí)間低于30min時(shí)，釩鉻浸出率較低，高于180min后釩鉻浸出率不會(huì)有明顯增加反而會(huì)造成大量能耗。如上所述的方法，優(yōu)選地，在步驟S3中，所述pH值為2.0～6.0，所述溫度為20℃～100℃，所述沉淀的時(shí)間為20min～180min。步驟S3的沉釩過(guò)程可在水浴鍋或加熱套中進(jìn)行，沉釩過(guò)程中含釩浸出液pH值可采用酸如硫酸、鹽酸等調(diào)節(jié)為2.0～6.0；沉淀溫度為20℃～100℃；沉淀時(shí)間為20min～180min；沉釩過(guò)程中保持?jǐn)嚢琛ｂC沉淀后，過(guò)濾分離固液得到釩酸銨沉淀及含鉻上清液。研究發(fā)現(xiàn)，如果沉淀時(shí)間低于20min時(shí)釩沉淀率較低，而高于180min后釩沉淀率不會(huì)有明顯增加反而會(huì)造成大量能耗。如上所述的方法，優(yōu)選地，在步驟S4中，所述焙燒的溫度為500～600℃；焙燒時(shí)間為30～300min。此步驟可在馬弗爐中進(jìn)行，得到純度高于90％的五氧化二釩。當(dāng)焙燒溫度低于500℃時(shí)，釩酸銨不能完全分解生成五氧化二釩，導(dǎo)致五氧化二釩純度較低，焙燒溫度高于600℃時(shí)，五氧化二釩會(huì)發(fā)生熔融，產(chǎn)品非粉末狀。進(jìn)一步地，如上所述方法，在步驟S5中，所述調(diào)節(jié)pH值為2～3，所述還原劑選為硫化鈉，亞硫酸鈉，亞硫酸鐵，硫代硫酸鈉，焦亞硫酸鈉中的一種或兩種及以上的混合；所述還原劑與含鉻上清液中鉻的質(zhì)量比為3～6：1；還原溫度為20～100℃；還原時(shí)間為30～300min；還原結(jié)束后通過(guò)加堿可選氫氧化鈉、氨水、碳酸鈉或碳酸銨來(lái)調(diào)節(jié)pH值在7-10氛圍內(nèi)將鉻以氫氧化鉻形式沉淀；沉淀溫度為20～100℃；沉淀時(shí)間為30～300min；沉淀后分離固液得到氫氧化鉻沉淀及提釩鉻廢液。如上所述的方法，優(yōu)選地，在步驟S6中，焙燒沉淀過(guò)程在馬弗爐中進(jìn)行；所述焙燒的溫度為900～1200℃；焙燒的時(shí)間為30～300min；將焙燒熟料研磨至300目以下，得到高純度三氧化二鉻。如上所述的方法，優(yōu)選地，在步驟S7中，所述提釩鉻廢液含大量銨根離子；其銨鹽循環(huán)回浸出的工藝有兩種途徑：一是不補(bǔ)充新的(NH4)2SO4直接用于下一輪熟料浸出，即所述提釩鉻廢液不補(bǔ)充新的(NH4)2SO4直接用于下一輪熟料浸出。二是依據(jù)沉釩前后銨根離子濃度的變化加入適量(NH4)2SO4作為新的浸出介質(zhì)，即所述提釩鉻廢液補(bǔ)充新的(NH4)2SO4直接用于下一輪熟料浸出，補(bǔ)充用量為沉釩前后NH4+損失量折算的(NH4)2SO4質(zhì)量。如上所述的方法，優(yōu)選地，在步驟S8中，所述的尾渣富含鐵和鈦，在脫鈉后，可作為填料返回?zé)Y(jié)流程，實(shí)現(xiàn)工藝閉路循環(huán)。(三)有益效果本專(zhuān)利技術(shù)的有益效果是：本專(zhuān)利技術(shù)方法以高鉻型釩渣為原料，通過(guò)鈉化焙燒將釩和鉻轉(zhuǎn)化為溶于(NH4)2SO4溶液的釩酸鹽和鉻酸鹽，實(shí)現(xiàn)釩鉻的高效分離提取。進(jìn)一步利用銨鹽對(duì)釩的選擇性將釩以釩酸鹽的形式沉淀，實(shí)現(xiàn)了釩與鉻的高效分離并最終制得較高純度的五氧化二釩和三氧化二鉻。同時(shí)由于浸出體系中引入了銨鹽，因此提取釩鉻本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種利用高鉻型釩渣制備五氧化二釩和三氧化二鉻的方法，其特征在于，其包括如下步驟：S1、焙燒：將高鉻型釩渣與鈉鹽混合得到混合物料，將混合物料高溫焙燒得到焙燒熟料；S2、浸出：將步驟S1得到的焙燒熟料在(NH4)2SO4溶液中進(jìn)行浸出，之后過(guò)濾分離固液，得到含釩鉻浸出液和尾渣；S3、沉釩：通過(guò)調(diào)節(jié)步驟S2所得含釩鉻浸出液pH值及溫度將釩沉淀，過(guò)濾分離固液，得到釩酸銨沉淀及含鉻上清液；S4、五氧化二釩制備：焙燒步驟S3得到的釩酸銨沉淀制得五氧化二釩產(chǎn)品；S5、還原沉淀鉻：步驟S3所得含鉻上清液通過(guò)添加還原劑還原，并調(diào)節(jié)pH值使鉻沉淀，通過(guò)過(guò)濾分離固液，得到氫氧化鉻沉淀及提釩鉻廢液；S6、三氧化二鉻制備：焙燒步驟S5得到的氫氧化鉻沉淀制得三氧化二鉻；S7、銨鹽循環(huán)：步驟S5所得提釩鉻廢液直接或補(bǔ)充部分(NH4)2SO4后循環(huán)進(jìn)入下一批次的高鉻型釩渣進(jìn)行步驟S2浸出過(guò)程。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種利用高鉻型釩渣制備五氧化二釩和三氧化二鉻的方法，其特征在于，其包括如下步驟：S1、焙燒：將高鉻型釩渣與鈉鹽混合得到混合物料，將混合物料高溫焙燒得到焙燒熟料；S2、浸出：將步驟S1得到的焙燒熟料在(NH4)2SO4溶液中進(jìn)行浸出，之后過(guò)濾分離固液，得到含釩鉻浸出液和尾渣；S3、沉釩：通過(guò)調(diào)節(jié)步驟S2所得含釩鉻浸出液pH值及溫度將釩沉淀，過(guò)濾分離固液，得到釩酸銨沉淀及含鉻上清液；S4、五氧化二釩制備：焙燒步驟S3得到的釩酸銨沉淀制得五氧化二釩產(chǎn)品；S5、還原沉淀鉻：步驟S3所得含鉻上清液通過(guò)添加還原劑還原，并調(diào)節(jié)pH值使鉻沉淀，通過(guò)過(guò)濾分離固液，得到氫氧化鉻沉淀及提釩鉻廢液；S6、三氧化二鉻制備：焙燒步驟S5得到的氫氧化鉻沉淀制得三氧化二鉻；S7、銨鹽循環(huán)：步驟S5所得提釩鉻廢液直接或補(bǔ)充部分(NH4)2SO4后循環(huán)進(jìn)入下一批次的高鉻型釩渣進(jìn)行步驟S2浸出過(guò)程。2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在步驟S1中，所述高鉻型釩渣中釩含量以V2O5計(jì)為8％～20％，鉻含量以Cr2O3計(jì)為5～15％，所述高鉻型釩渣的粒度為150～300目，所述鈉鹽為碳酸鈉、硫酸鈉和氯化鈉中的至少一種；所述高鉻型釩渣與鈉鹽的用量比為按高鉻型釩渣中釩以V2O3+Cr2O3計(jì)與鈉鹽中含鈉的摩爾比為1：0.5～3。3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在步驟S1中，所述高溫焙燒的溫度為700～950℃，時(shí)間為30～180min。4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在步驟S2中，所述(NH4)2SO4溶液的濃度為30...

【專(zhuān)利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：姜濤，溫婧，曹婧，薛向欣，
申請(qǐng)(專(zhuān)利權(quán))人：東北大學(xué)，
類(lèi)型：發(fā)明
國(guó)別省市：遼寧,21