一种酸浸提钒残渣的化学脱硫方法.pdf

本发明公开了一种酸浸提钒残渣的化学脱硫方法，包括以下步骤：将酸浸提钒残渣和水按照固液比混合，形成固液混合物；向所述固液混合物中加入可溶的碳酸盐和/或碳酸氢盐，充分反应，使得硫酸根进入液相中，从而实现脱除酸浸提钒残渣中的硫元素。本发明采用化学方法解决了提钒残渣的脱硫问题以及因提钒残渣的直接堆放或填埋而产生的环境问题，对实现提钒残渣的二次利用具有重要意义。

权利要求书
1.  一种酸浸提钒残渣的化学脱硫方法，包括步骤：
A、将酸浸提钒残渣和水按照固液比小于或等于1的比例混合，形成固液混合物，所述固液比是指提钒残渣和水的重量比；
B、向所述固液混合物中加入可溶的碳酸盐和/或碳酸氢盐，充分反应后，使得硫酸根进入液相中，从而脱除酸浸提钒残渣中的硫元素。

2.  如权利要求1所述的酸浸提钒残渣的化学脱硫方法，其特征在于，步骤B中加入的碳酸盐是从Na2CO3、(NH4)2CO3或K2CO3中选择的至少一种。

3.  如权利要求1所述的酸浸提钒残渣的化学脱硫方法，其特征在于，步骤B中加入的碳酸氢盐是从NaHCO3、NH4HCO3或KHCO3中选择的至少一种。

4.  如权利要求1所述的酸浸提钒残渣的化学脱硫方法，其特征在于，在步骤A和步骤B中搅拌所述固液混合物，以加速混合和反应。

5.  如权利要求1所述的酸浸提钒残渣的化学脱硫方法，其特征在于，在步骤A和步骤B中对所述固液混合物进行加热，以使得所述固液混合物的温度范围为20～70℃。

说明书一种酸浸提钒残渣的化学脱硫方法
技术领域
本发明涉及冶金渣处理及回收利用领域，更具体地说，涉及一种酸浸提钒残渣的化学脱硫方法。
背景技术
一般来说，钒的冶炼需要经过下面几个步骤：首先，从含钒矿物制得钒渣；然后，通过对钒渣进行预处理、氧化焙烧、熟料浸出、沉钒、熔化制得五氧化二钒；最后，采用钙热还原法、镁热还原法、真空碳热还原法、熔盐电解法、真空熔炼法或碘化物热分解法等方法将五氧化二钒还原为金属钒。
通常，含钒矿物在经过一系列处理过程之后，才可得到钒元素富集的钒渣。例如，对于钒钛磁铁矿来说，其首先要经过火法处理(例如，高炉炼铁过程)得到含钒铁水；然后，用转炉对含钒铁水进行吹炼，以制得钒元素富集的钒渣。钒渣在经过预处理工序(包括钒渣破碎、粉碎、配料、混料)之后，进行氧化焙烧(钠化焙烧或钙化焙烧)，以得到含钒熟料，然后通过浸出工序得到钒酸钠或钒酸钙溶液和提钒残渣，其中，对于钒酸钠或钒酸钙溶液，可通过沉钒和熔化制得五氧化二钒，而提钒残渣一般采取直接堆放或填埋的方式进行处理。
在提钒生产工艺中，钒渣与石灰类添加剂混合后在高温下进行氧化焙烧，钒与钙类物质结合生成含钒酸钙的焙砂，然后对所得含钒酸钙的焙砂进行磨碎处理，用硫酸浸出焙砂即可得到提钒残渣。一般情况下，经磨碎处理后的含钒酸钙的焙砂的粒径约在80目至120目之间，提钒残渣的粒径也大致在上述范围之内。在酸浸过程中，钒酸钙与硫酸反应，钒被浸出并进入溶液，同时生成的硫酸钙进入提钒残渣。硫酸钙主要以悬浮物状态存在，也有少量与提钒残渣颗粒夹杂，很难除去。对于提钒残渣，直接堆放和填埋会污染环境且占用土地，同时也造成一定程度的资源浪费，所以需要对其进行除杂处理以便实现提钒残渣的二次利用。关于提钒残渣的二次利用，可以有多个领域。例如，因提钒残渣中含有铁、钒、铬等有用元素，所以其可以返回烧结工序用作烧结原料，也可作高炉冷却剂，或者通过直接还原熔炼将其中有用元素富集，然而这些用途都要求提钒残渣含有较低含量的硫，由此可见，对提钒残渣进行脱硫处理是实现提钒残渣的二次利用的必要步骤。
发明内容
针对上述提钒残渣中硫含量高，影响残渣二次利用的问题，本发明提供了一种化学脱硫方法，通过利用可溶的碳酸盐和/或碳酸氢盐与提钒残渣中的硫酸钙反应，可成功分离出提钒残渣中的硫，从而便于实现提钒残渣的回收利用。
本发明提供了一种酸浸提钒残渣的化学脱硫方法，包括步骤：A、将酸浸提钒残渣和水按照固液比小于1或等于的比例混合，形成固液混合物，所述固液比是指提钒残渣和水的重量比；B、向所述固液混合物中加入可溶的碳酸盐和/或碳酸氢盐，充分反应后，使得硫酸根进入液相中，从而脱除酸浸提钒残渣中的硫元素。
根据本发明的酸浸提钒残渣的化学脱硫方法，步骤B中加入的碳酸盐可以是从Na2CO3、(NH4)2CO3或K2CO3中选择的至少一种。
根据本发明的酸浸提钒残渣的化学脱硫方法，步骤B中加入的碳酸氢盐可以是从NaHCO3、NH4HCO3或KHCO3中选择的至少一种。
根据本发明的酸浸提钒残渣的化学脱硫方法，可以在步骤A和步骤B中搅拌所述固液混合物，以加速混合和反应。
根据本发明的酸浸提钒残渣的化学脱硫方法，可以在步骤A和步骤B中对所述固液混合物进行加热，以使得所述固液混合物的温度范围为20～70℃。
本发明的技术方案的有益效果是：
(1)解决了因提钒残渣的直接堆放或填埋产生的环境问题；
(2)便于实现提钒残渣的二次利用。
具体实施方式
可以通过以下技术方案来实现本发明：
根据本发明示例性实施例，提供了一种酸浸提钒残渣的化学脱硫方法，包括以下步骤：
(1)在反应器中，将酸浸提钒残渣和水按照固液比小于或等于1的比例混合并搅拌均匀，形成固液混合物，同时加热反应器，可使反应器的温度处于20～70℃的范围内，其中，所述固液比指提钒残渣和水的重量比，优选地，所述固液比的范围为1∶1～1∶3；
(2)向反应器内的上述固液混合物中加入适量可溶的碳酸盐和/或碳酸氢盐，使提钒残渣中的硫酸钙与加入的可溶的碳酸盐和/或碳酸氢盐在20～70℃的温度范围内充分反应，以使得硫酸根尽量多的进入液相中，从而实现脱除酸浸提钒残渣中的硫元素的目的，其中，上述的适量可溶的碳酸盐和/或碳酸氢盐是指加入的碳酸盐和/或碳酸氢盐中的碳酸根的摩尔量与二分之一的碳酸氢根的摩尔量之和等于或大于固液混合物中的硫酸钙的摩尔量，优选地，加入的碳酸盐和/或碳酸氢盐中的碳酸根和碳酸氢根的摩尔量稍大于固液混合物中的硫酸钙的摩尔量，另外，所述碳酸盐可从Na2CO3、(NH4)2CO3和K2CO3中选择一种或多种，所述碳酸氢盐可从NaHCO3、NH4HCO3和KHCO3中选择一种或多种。
根据本发明的提钒残渣脱硫方法，通过利用碳酸根和/或碳酸氢根与提钒残渣中的固态的硫酸钙在水中进行反应，使得提钒残渣中的流进入液相，以成功分离出提钒残渣中的硫，从而便于实现提钒残渣的回收利用。下面的化学反应方程式可反映出本发明所依据的主要原理：
CO32-+CaSO4→CaCO3↓+CO42-
2HCO3-+CaSO4→Ca(HCO3)2+SO42-
Ca(HCO3)2→CaCO3↓+H2O+CO2↑
下面结合实施例对本发明作进一步的阐述。实施例仅用于说明本发明，而不是以任何方式来限制本发明。
实施例1
取提钒残渣(其中，S元素的质量百分比为3.13％)50g，加入150g水搅拌均匀，向反应容器中加入NaHCO3量为4.0g，测得反应体系的pH值为8.5，反应温度为40℃，反应时间40min，反应完成后，过滤，洗涤，测得提钒残渣中的硫元素的质量百分比为0.44％，脱硫率为85.9％。
实施例2
取提钒残渣(其中，S元素的质量百分比为3.13％)50g，加入150g水搅拌均匀，向反应容器中加入NH4HCO3量为4.5g，测得反应体系的pH值为9.0，反应器的温度为50℃，反应时间60min，反应完成后，过滤，洗涤，测得提钒残渣中的硫元素的质量百分比为0.21％，脱硫率为93.4％。
实施例3
取提钒残渣(其中，S元素的质量百分比为1.53％)50g，加入50g水搅拌均匀，向反应容器中加入Na2CO3量为2.6g，测得反应体系的pH值为8.1，反应器的温度为70℃，反应时间25min，反应完成后，过滤，洗涤，测得提钒残渣中的硫元素的质量百分比为0.53％，脱硫率为83.0％。
实施例4
取提钒残渣(其中，S元素的质量百分比为3.13％)50g，加入100g水搅拌均匀，向反应容器中加入Na2CO3和NH4HCO3各2g，测得反应体系的pH值为9.2，反应器的温度为20℃，反应时间30min，反应完成后，过滤，洗涤，测得提钒残渣中的硫元素的质量百分比为0.44％，脱硫率为86％。
通过上述的实施例，本发明的技术方案的脱硫率可达83.0％以上，由此可见本发明具有脱硫率高、操作简单等特点，从而可以便于实现提钒残渣的回收利用，并避免了因提钒残渣而造成的环境污染。
根据本发明的酸浸提钒残渣的化学脱硫方法，可采用化学方法对通常作为弃渣直接堆积或者填埋的酸浸提钒残渣进行处理，通过返学反应使得提钒残渣中的硫元素以硫酸根的形式进入液相，从而实现了脱除提钒残渣中的硫元素的目的，使得脱硫后的提钒残渣满足资源回收利用的条件。
使用本发明的方法得到的低硫含量的提钒残渣具有多种用途，例如，可用作烧结原料、高炉冷却剂，或者用作通过直接还原熔炼工艺富集诸如钒、铬等有用元素的原料，等等。
本发明采用化学方法解决了提钒残渣的脱硫问题并且有助于解决因提钒残渣的直接堆放或填埋而产生的环境问题，对实现提钒残渣的二次利用具有重要意义。
尽管示出了本发明的示例性实施例，但是本发明不限于上述实施例，而且本领域技术人员应该理解，在不脱离由权利要求所限定的精神和范围的情况下，可对本发明做出各种变形和修改。