一种生产钒铁的方法 【技术领域】
本发明涉及铁合金制备技术领域，更具体地说，涉及一种生产钒铁的方法。
背景技术
目前国内提钒多采用的是酸性铵盐沉钒工艺，但是此工艺的沉钒废水中含有大量NH4+、V5+、Cr6+等有害离子，导致废水氨氮、COD、重金属等多项指标不合格，不能达到国家排放标准，而且恶劣的生产环境严重损害着操作人员的身体健康。对沉钒废水的无公害处理，很大程度的增加了生成成本。
在申请号为200710201334、发明名称为“从钒的低含量溶液中制取钒铁的方法”的专利中，公开了一种从钒的低含量溶液中制取钒铁的方法，其中，先将溶液的pH值调节至5～6，然后加入二价的铁离子，再调节溶液的pH为7～8.5，生成沉淀物，在沉淀物中加入铝粒和石灰，混合均匀，放入感应炉中升温反应得钒铁。在该方法中，因为在酸性溶液中部分Fe2+会氧化为Fe3+同时部分VO3-会还原为四价钒氧基离子VO2+，所以生成的沉淀物是组成不固定的混合物，其中有Fe(VO3)2、Fe(VO3)3、VO2·xH2O和Fe(OH)2等。由于该方法所得到的钒酸铁中钒和铁的高低价的氧化物共存，所以该方法难以稳定的进行生产。此外，由于该方法所得到的钒酸铁沉淀物中V/Fe摩尔比为1∶1，所以这种钒酸铁沉淀物一般用来生产钒含量在50％以下的钒铁，且还原剂利用率低，缺乏经济性，从而难以实现大规模生产。
【发明内容】
为解决传统沉钒工艺中的环境污染和高成本等问题，本发明采用三价铁盐来沉积含钒浸出液中的钒元素，得到钒元素和铁元素的摩尔比为3∶1的钒酸铁沉淀物，并通过电弧炉电解还原由钒酸铁沉淀物、铝粒和氧化钙所形成的混合物料，实现了大规模生产钒重量百分比在70％～80％的钒铁合金。
本发明提供了一种生产钒铁的方法，可包括以下步骤：将三价铁盐按比例加入钒溶液，以形成钒元素和铁元素摩尔比为3∶1的混合溶液；加热混合溶液至沸腾，以生成钒酸铁沉淀物，再经洗涤、过滤并高温干燥钒酸铁沉淀物得到钒酸铁；在钒酸铁中按比例加入铝粒和氧化钙，均匀混合形成冶炼炉料，其中，铝粒的加入重量为钒酸铁重量的0.41～0.44倍，氧化钙的加入重量为钒酸铁重量的0.086～0.092倍；将冶炼炉料加入电弧炉中进行冶炼，以生成钒铁。
根据本发明的示例实施例，所述钒溶液中全钒含量可以为15～40g/L。
根据本发明的示例实施例，所述钒酸铁沉淀物中的钒元素和铁元素的摩尔比可以为3∶1。
根据本发明的示例实施例，所述钒铁中各元素的重量百分比可以为：钒70～80％，碳≤0.2％，硅≤0.5％，磷≤0.05％，硫≤0.05％，铝≤2.0％，锰≤0.5％，铬≤0.02％，钾≤0.05％，钠≤0.05％，余量为铁。
综上所述，在满足环保要求的前提下，本发明从含钒浸出液中制得钒重量百分比在70％～80％的钒铁合金，而且通过在冶炼过程中大幅度地提高还原剂的利用率，降低了生产成本。
【具体实施方式】
本发明的原理是，将钒酸铁沉淀物的温度和pH值控制在一定的范围内，能够制得Fe(VO3)3，所得到钒酸铁V/Fe摩尔比为3∶1，相对于传统沉淀法得到的正钒酸铁FeVO4和Fe2O3·2V2O5，冶炼过程中还原剂利用率大幅提高。
本发明描述的一种生产钒铁方法，包括以下步骤：
(1)将全钒含量为15～40g/L的钒溶液加热到50～60℃，在搅拌条件下将钒溶液pH值调节至5～6。
(2)加入由硫酸铁或氯化铁中至少一种组成的三价铁盐，加热溶液至沸腾，反应至少30min，优选地，反应时间为30～40min，得到钒酸铁沉淀物。
(3)将沉淀有钒酸铁的溶液静置15min，排出上清液。
(4)采用如板框压滤机或带式过滤机的过滤设备，来洗涤并过滤钒酸铁沉淀物，然后将钒酸铁在200℃干燥2h，使得干燥后的钒酸铁中H2O的含量不大于1％。在此，钒酸铁中个元素的重量百分比为：钒39～41％，铁14～15％，硅≤0.2％，磷≤0.05％，硫≤0.05％，铬≤0.05％，钾和钠的和≤1.2％，余量为氧。
(5)取干燥后的钒酸铁，按比例配加铝粒、氧化钙，并将物料混合均匀形成冶炼炉料，其中，铝粒的加入重量为钒酸铁重量的0.41～0.44倍，氧化钙的加入重量为钒酸铁重量的0.086～0.092倍。
(6)将片状五氧化二钒和铝粒按比例配制成冶炼引弧料，其中铝粒的重量为五氧化二钒重量的0.48～0.49倍。
(7)将冶炼引弧料加入电弧炉点燃，待充分反应后，立即启动振动给料机，快速加入一定量冶炼炉料，停止下料，迅速降电极，通电，二次电压100～160V，初期低电流，炉况平稳时大电流。通电期间，熔池堆料处必须搅拌，保证炉料充分反应。
(8)通电10～15min后，停电，升电极，开始第二次加料，加完料后，降电极，继续通电15～20min。在此，需要说明地是，经过上述步骤(7)的冶炼，就可以得到钒重量百分比在70％～80％的钒铁合金。然而，这里将物料分两批加入电弧炉中进行电解，即在步骤(7)之后进行步骤(8)，主要原因有两点：一是待第一批料反应形成熔池之后，再加入第二批料，可以使电极更加容易地接触到引弧料；二是本发明的实施例所用的电弧炉容量比较大，适合于分两批加入冶炼炉料，能提高设备的利用率，且方便操作。虽然这里提到了将物料按一批或分两批加入电弧炉中进行电解的情况，但是本发明不限于此。
(9)冶炼结束后，提升电极，炉体静置10min以上，然后吊运至冷却场，再加保温盖保温6～8小时。得到重量百分比如下的钒铁：钒70～80％，碳≤0.2％，硅≤0.5％，磷≤0.05％，硫≤0.05％，铝≤2.0％，锰≤0.5％，铬≤0.02％，钾≤0.05％，钠≤0.05％，余量为铁。
实施例1
将20m3含钒25g/L钒溶液泵入沉淀罐，开启搅拌，蒸汽加热到60℃，加入盐酸调节钒溶液pH值到5，加入538kg无水氯化铁(含铁34％)，加热至沸腾，反应30min后，停止搅拌，静置15min，排出上清液，沉淀物泵入板框压滤机过滤洗涤，于200℃干燥2h后制得钒酸铁，其成分为：钒40.5％，铁14.8％，硅0.1％，磷0.01％，硫0.005％，铬0.03％，钾0.1％，钠0.35％，余量为氧。
将含钒40.5％的钒酸铁3000kg、氧化钙270kg、铝粉1290kg混合均匀作为冶炼炉料；将含钒98％的片状五氧化二钒250kg、铝粒120kg混合均匀作为冶炼引弧料；将冶炼引弧料加入电弧炉点燃，待充分反应后，立即启动振动给料机，快速加入1500kg冶炼炉料，停止下料，迅速降电极，通电，二次电压160V，初期低电流，炉况平稳时大电流。通电期间搅拌，保证炉料充分反应。通电10min后，停电，升电极，加入剩余炉料，加完料后，降电极，继续通电15min。冶炼结束后，提升电极，炉体静置10min以上，然后吊运至冷却场，再加保温盖保温6小时。一天后水淬冷却，破碎制得钒铁，其成分为：钒75.6％，碳0.2％，硅0.15％，磷0.01％，硫0.005％，铝0.5％，锰0.01％，铬0.02％，钾0.05％，钠0.05％，余量为铁。
实施例2
将20m3含钒30g/L钒溶液泵入沉淀罐，开启搅拌，蒸汽加热到60℃，加入硫酸调节钒溶液pH值到5，加入1050kg硫酸铁(含铁21％)，加热至沸腾，反应30min后，停止搅拌，静置15min，排出上清液，沉淀物泵入板框压滤机过滤洗涤，于200℃干燥2h后制得钒酸铁，其成分为：钒39.5％，铁14.2％，硅0.13％，磷0.01％，硫0.03％，铬0.02％，钾0.1％，钠0.6％，余量为氧。
将含钒39.5％的钒酸铁3000kg、氧化钙258kg、铝粉1230kg混合均匀作为冶炼炉料；将含钒98％的片状五氧化二钒250kg、铝粒120kg混合均匀作为冶炼引弧料；将冶炼引弧料加入电弧炉点燃，待充分反应后，立即启动振动给料机，快速加入1500kg冶炼炉料，停止下料，迅速降电极，通电，二次电压160V，初期低电流，炉况平稳时大电流。通电期间搅拌，保证炉料充分反应。通电15min后，停电，升电极，加入剩余炉料，加完料后，降电极，继续通电20min。冶炼结束后，提升电极，炉体静置10min以上，然后吊运至冷却场，再加保温盖保温8小时。一天后水淬冷却，破碎制得钒铁，其成分为：钒76.3％，碳0.1％，硅0.1％，磷0.01％，硫0.02％，铝1.2％，锰0.01％，铬0.02％，钾0.05％，钠0.05％，余量为铁。
实施例3
将20m3含钒25g/L钒溶液泵入沉淀罐，开启搅拌，蒸汽加热到60℃，加入硫酸调节钒溶液pH值到5，加入872kg硫酸铁(含铁21％)，加热至沸腾，反应30min后，停止搅拌，静置15min，排出上清液，沉淀物泵入板框压滤机过滤洗涤，于200℃干燥2h后制得钒酸铁，其成分为：钒40.1％，铁14.7％，硅0.11％，磷0.01％，硫0.04％，铬0.03％，钾0.12％，钠0.48％，余量为氧。
将含钒40.1％的钒酸铁3000kg、氧化钙267kg、铝粉1275kg混合均匀作为冶炼炉料；将含钒98％的片状五氧化二钒250kg、铝粒120kg混合均匀作为冶炼引弧料；将冶炼引弧料加入电弧炉点燃，待充分反应后，立即启动振动给料机，快速加入1500kg冶炼炉料，停止下料，迅速降电极，通电，二次电压160V，初期低电流，炉况平稳时大电流。通电期间搅拌，保证炉料充分反应。通电10min后，停电，升电极，加入剩余炉料，加完料后，降电极，继续通电15min。冶炼结束后，提升电极，炉体静置10min以上，然后吊运至冷却场，再加保温盖保温6小时。一天后水淬冷却，破碎制得钒铁，其成分为：钒74.8％，碳0.12％，硅0.16％，磷0.01％，硫0.02％，铝0.8％，锰0.01％，铬0.02％，钾0.05％，钠0.05％，余量为铁。
由以上可知，本发明提供了一种生产钒铁的方法，所述方法中钒酸铁沉淀物产生的废水由于只含部分钠盐和少量重金属离子，不含氨氮，经还原中和后，就能达到环保要求，具有很好的环保效益。另外，所述方法制备出了高V/Fe摩尔比的Fe(VO3)3，而且在用钒酸铁生产钒铁的过程中，还原剂更多的作用于高价值的钒，产品成本相对降低，更具有市场竞争力。
尽管结合示例性实施例示出并描述了本发明，但是本领域的技术人员应该清楚，在不脱离由权利要求所限定的本发明的精神和范围的情况下，可进行各种添加、更改和删除。