发明内容
本发明为了克服现有技术的不足，提供一种具环保、工艺简单、节省耗能、钒提取率高、生产成本低、副产品价值高、投资少的含钒磷铁富集钒的方法。
本发明解决上述技术问题的技术方案是：
一种含钒磷铁富集钒的方法，以磷钒比(P/V)为2.7～5.4的含钒磷铁为原料，将含钒磷铁与氧化剂进行高温熔炼，得到高钒富集渣与含镍磷铁，将高钒富集渣用现有提钒技术进行提钒，得到高纯度的五氧化二钒，含镍磷铁制成含镍磷铁锭，具体步骤依次如下：
1.首先将含钒磷铁破碎，与含钒磷铁重量的0.1～2倍的氧化剂如Fe2O3均匀混合，将混合完成后之生料投入高温炉中，在不高于1700℃下熔炼，反应时间1～5小时，之后在1000～1500℃下保温10～120分钟，得到钒富集渣和含镍磷铁熔液；
2.先将熔炼完成之钒富集渣样取出，再将含镍磷铁熔液倒出在大气中自然冷却；
3.将冷却后的含镍磷铁块破碎，再制成含镍磷铁锭；
4.将钒富集渣研磨造粒，利用本技术领域技术人员公知的现有技术提钒的方法：将钒富集渣加Na2CO3焙烧→用水浸取→过滤→滤液用CaCl2等除磷剂除磷→沉钒进行提钒，得到高纯度的五氧化二钒。
上述的氧化剂是Fe2O3、Fe3O4、O2或SiO2。
上述的氧化剂与含钒磷铁混合的最佳量为含钒磷铁重量的0.3～1倍。
上述的高温炉是指中频炉、电炉或高温炉；所述的熔炼温度最佳温度为1300～1700℃；所述的熔炼时间最佳时间为2～3小时。
本发明与现有技术比较的优势是：
1.减少磷废渣产生，兼具环保的功能。
如前所述，本发明将大量的磷富集于铁相中，仅有6～9％的磷残留于钒富集渣中，因此若以钒富集渣焙烧、除磷，会比直接将含铁钒渣(磷：24～27％)进行焙烧所使用的除磷剂更少，造成低再利用性废渣的量也大大减少，减少对环境的污染。
2.制程简单。
现有技术是使用氧化反应氧化钒而使其成渣，均是使用极高的温度下，将含钒磷铁全熔后再通给氧气或氧化物，但此做法不但耗能也费时，渣、铁分离效果也有限。本发明不仅缩短制程时间，还可使渣相与铁相熔液快速分层。
3.节省耗能、节省生产成本。
由于本发明的钒富集渣是经过钒的富集浓缩后的低磷氧化态钒渣，其产量约只有总投料量之30～50％。因此，以钒富集渣进行焙烧不仅可缩短焙烧时间(不需再进行氧化焙烧)，总投料量减低，而且钒的总提取率增加，焙烧时所需供氧量和燃料投料量大量减少。
4.钒转化率提高。
由于本发明的钒富集渣是以全氧化态钒渣形式进入焙烧程序，因此焙烧时钒的转化率会比现有技术(65～75％)高，本发明所产生之钒转化率可达80～90％。
5.副产品价值高。
利用本发明所产生之含镍磷铁，由于含有20％左右的磷及1.5％左右的镍，所以在市场上有一定的价格，远比磷肥的副加价值高。
具体实施方式
下面结合生产工艺流程图用具体实施例对本发明作进一步描述。但需要说明的是，实施例并不构成对本发明要求保护范围的限制。
本发明的实行步骤如附图流程图所示：
1.首先将含钒磷铁破碎，以含钒磷铁重量的0.1～2倍的Fe2O3均匀混合(最佳条件为0.3～1倍之间)将混合完成后之生料投入高温炉中(例如：中频炉、电炉、高温炉..)，在不高于1700℃下熔炼(最佳熔炼温度为1300～1700℃)，反应时间1～～5小时(最佳时间为2～3小时)，之后在1000～1500℃下保温10～120分钟。
如图2所示，最佳的Fe2O3用量为含钒磷铁重量的0.3～1倍之间，最好的钒富集倍数可达原生料的钒含量的2倍。如图3所示，最佳的反应时间在2～3小时之间，最好的钒富集倍数可达原生料的钒含量的2倍。
2.将熔炼完成之钒富集渣样取出，再将含镍磷铁熔液倒出自然冷却。
表一至表三为将含钒磷铁(钒：8.9％、磷：25.6％、铁：52％、铬：4.2％、镍：1.1％、铜：0.67％)在1300～1700℃下以含钒磷铁重量的0.3～1倍的Fe2O3反应2～3小时之后钒渣富集相及含镍磷铁相之各项元素含量。
表一.以含钒磷铁重量的0.7倍的Fe2O3反应2～3小时之后之各项元素含量。
V％
P％
Fe％
Cr％
Ni％
Cu％
|
钒渣富集相
17.3
3.5
50.46
6.38
0.22
0.4
含镍磷铁相
0.1
20.0
73.7
0.9
1.1
0.47
表二.以含钒磷铁重量的0.3倍的Fe2O3反应2～3小时之后之各项元素含量。
V％
P％
Fe％
Cr％
Ni％
Cu％
|
钒渣富集相
14.9
10.1
51.7
4.9
0.5
0.5
含镍磷铁相
1.4
20.1
59.1
2.1
1.0
0.5
表三.以含钒磷铁重量的1倍的Fe2O3反应2～3小时之后之各项元素含量。
V％
P％
Fe％
Cr％
Ni％
Cu％
|
钒渣富集相
14.7
7.1
54.3
5.2
0.3
0.2
含镍磷铁相
0.1
13.9
63.5
0.7
0.6
0.3
如表一至表三所示，钒渣富集相中钒集相率都可达90％以上。其中表一以最佳条件反应完成后，钒渣富集相中钒可富集至17.3％(富集倍数为2)，磷则只剩3.5％残留于渣相。另外，含镍磷铁相中钒仅剩0.1％的残留，磷则高达20.0％的富集于含镍磷铁相中，含镍磷铁相中镍的含量也达1.1％，且含镍磷铁的产量为总投料量的50～70％。由此可见，利用此工艺可将钒富集于渣中，磷、镍富集于含镍磷铁相中，成功将磷转化为副加价值高的含镍磷铁。
3.将冷却后之含镍磷铁破碎制成铁锭。
4.将钒富集渣研磨，造粒，利用本技术领域技术人员公知的现有技术提钒的方法：将钒富集渣加Na2CO3焙烧→用水浸取→过滤→滤液用CaCl2等除磷剂除磷→沉钒进行提钒，得到高纯度的五氧化二钒。焙烧、浸取后之钒提取率将达80～90％之间；过滤后粗液中磷钒的比例(P/V)≤0.05，除磷程序所加入的除磷剂用量仅为现有技术除磷工艺之10～30％，便可将粗液中的磷由0.05降至0.01以下；沉钒后的总体转化率可达80～85％之间。
实施例1
本实施例的产品是高纯度的五氧化二钒和含镍磷铁锭，具体步骤依次如下：
1.首先将含钒磷铁(钒：8.9％、磷：25.6％、铁：52％、铬：4.2％、镍：1.1％、铜：0.67％)破碎，以含钒磷铁重量的0.1倍的Fe2O3均匀混合，将混合完成后之生料投入高温炉中，在不高于1700℃下熔炼，反应时间1小时，之后在1000℃～1500℃下保温10～120分钟，得到钒富集渣和含镍磷铁熔液；
2.先将熔炼完成之钒富集渣样取出，再将含镍磷铁熔液倒出在大气中自然冷却；
3.将冷却后的含镍磷铁块破碎，再制成含镍磷铁锭，含镍磷铁锭中：V为7.1％，P为22.9％，Fe为55.1％，Cr为3.1％，Ni为1.0％，Cu为0.6％；
4.得到的钒富集渣中：V为9.1％，P为20.5％，Fe为49.2％，Cr为4.3％，Ni为0.5％，Cu为0.5％；将其研磨造粒，利用本技术领域技术人员公知的现有技术提钒的方法：将钒富集渣加Na2CO3焙烧→用水浸取→过滤→滤液用CaCl2等除磷剂除磷→沉钒进行提钒，得到高纯度的五氧化二钒。
实施例2
(1)首先将各组分含量同实施例1的含钒磷铁破碎，以含钒磷铁重量的2倍的Fe2O3均匀混合，将混合完成后之生料投入高温炉中，在不高于1700℃下熔炼，反应时间5小时，之后在1000℃～1500℃下保温120分钟，得到钒富集渣和含镍磷铁熔液；
(2)先将熔炼完成之钒富集渣样取出，再将含镍磷铁熔液倒出在大气中自然冷却；
(3)将冷却后的含镍磷铁块破碎，含镍磷铁锭中：V为0.9％，P为6.5％，Fe为66.2％，Cr为0.3％，Ni为0.45％，Cu为0.3％；
4.得到的钒富集渣中：V为6.0％，P为10.8％，Fe为60.1％，Cr为3.0％，Ni为0.2％，Cu为0.1％；将其研磨造粒，利用本技术领域技术人员公知的现有技术提钒的方法：将钒富集渣加Na2CO3焙烧→用水浸取→过滤→滤液用CaCl2等除磷剂除磷→沉钒进行提钒，得到高纯度的五氧化二钒。
实施例3
1.首先将各组分含量同实施例1的含钒磷铁破碎，以含钒磷铁重量的0.7倍的Fe2O3均匀混合，将混合完成后之生料投入高温炉中，在1300～1700℃下熔炼，反应时间2小时，之后在1000～1500℃下保温10～120分钟，得到钒富集渣和含镍磷铁熔液；
2.先将熔炼完成之钒富集渣样取出，再将含镍磷铁熔液倒出在大气中自然冷却；
3.将冷却后的含镍磷铁块破碎，再制成含镍磷铁锭，含镍磷铁锭中：V为0.1％，P为20.0％，Fe为73.7％，Cr为0.9％，Ni为1.1％，Cu为0.47％；
4.得到的钒富集渣中：V为17.3％，P为3.5％，Fe为50.46％，Cr为6.38％，Ni为0.22％，Cu为0.4％；将其研磨、造粒，利用本技术领域技术人员公知的现有技术提钒的方法：将钒富集渣加Na2CO3焙烧→用水浸取→过滤→滤液用CaCl2等除磷剂除磷→沉钒进行提钒，得到高纯度的五氧化二钒。