一种利用高压釜提取硫酸镁磷渣中钒的方法
阅读说明：本技术 一种利用高压釜提取硫酸镁磷渣中钒的方法 (Method for extracting vanadium from magnesium sulfate phosphorus slag by using high-pressure kettle ) 是由 庞君保 周朝辉 甘小强 罗智军 周继伦 于 2021-07-19 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种利用高压釜提取硫酸镁磷渣中钒的方法,包括以下步骤：步骤一、将含钒硫酸镁磷渣、水、氢氧化钠、纯碱和双氧水按以下质量份的配比混合：含钒硫酸镁磷渣,250～350份、水,800～1000份、氢氧化钠,10～20份、纯碱,20～40份、双氧水,50～70份；步骤二、使用高压釜对固液混合物进行搅拌浸出；步骤三、对固液混合物进行固液分离,得滤液A和滤渣A；步骤四、对滤液A加酸调节pH,随后加入硫酸镁净化液进行除磷,反应结束后进行固液分离,得滤液B和滤渣B；步骤五、对滤液B加酸调节pH,随后加入硫酸铵,待晶体析出后静置、过滤获得偏钒酸铵。本发明能在高效提取钒的前提下有效控制工艺成本,达到资源回收利用的最大化。(The invention discloses a method for extracting vanadium from magnesium sulfate phosphorus slag by using an autoclave, which comprises the following steps: step one, mixing vanadium-containing magnesium sulfate phosphorus slag, water, sodium hydroxide, sodium carbonate and hydrogen peroxide according to the following mass part ratio: 250-350 parts of vanadium-containing magnesium sulfate phosphorus slag, 800-1000 parts of water, 10-20 parts of sodium hydroxide, 20-40 parts of soda ash and 50-70 parts of hydrogen peroxide; step two, stirring and leaching the solid-liquid mixture by using a high-pressure kettle; step three, carrying out solid-liquid separation on the solid-liquid mixture to obtain a filtrate A and filter residue A; step four, adding acid into the filtrate A to adjust the pH value, then adding magnesium sulfate purification liquid to remove phosphorus, and carrying out solid-liquid separation after the reaction is finished to obtain filtrate B and filter residue B; and step five, adding acid into the filtrate B to adjust the pH value, then adding ammonium sulfate, standing after crystal precipitation, and filtering to obtain ammonium metavanadate. The method can effectively control the process cost on the premise of efficiently extracting vanadium, and achieves the maximization of resource recycling.)
技术领域
本发明涉及钒的湿法冶金技术领域，特别是一种利用高压釜提取硫酸镁磷渣中钒的方法。
背景技术
钒是钢铁、化工、陶瓷乃至航空航天领域所广泛应用的重要金属元素，近些年，其应用前景广泛、范围逐步扩大，需求量也是逐年增加。因此，金属冶炼过程产生的各种渣料中对钒的有效提取回收显得尤为重要，可以减少资源的浪费和降低对环境的破坏。
硫酸镁磷渣是磷作为杂质元素在分离富集工艺中使用硫酸镁除磷而形成的一种渣料，具有一定的含钒量，钒以钒酸钠的形式被包裹在磷渣中，容易造成钒的损失。目前，钒从渣料中的提取流程有湿法工艺和火法工艺两大类，湿法工艺中采用碱液浸出的方式从滤液中回收钒，但硫酸镁磷渣作为一种特殊的含钒渣料，目前没有针对性的从硫酸镁磷渣中提取钒的方法，碱液浸出需要选择合适配比的浸出液，它关系到后续pH值调节所需的用酸量、后续除磷的压力以及后续钒的提取效率，另外，还需要严格控制各种反应的条件参数，来使选择的浸出液能发挥最佳的效果。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种利用高压釜提取硫酸镁磷渣中钒的方法。本发明能在高效提取钒的前提下有效控制工艺成本，达到资源回收利用的最大化。
本发明的技术方案：一种利用高压釜提取硫酸镁磷渣中钒的方法，包括以下步骤：
步骤一、将含钒硫酸镁磷渣、水、氢氧化钠、纯碱和双氧水按以下质量份的配比混合：含钒硫酸镁磷渣，250～350份、水，800～1000份、氢氧化钠，10～20份、纯碱，20～40份、双氧水，50～70份；
步骤二、使用高压釜对步骤一所混合的固液混合物进行搅拌浸出；
步骤三、对步骤二反应后的固液混合物进行固液分离，得滤液A和滤渣A；
步骤四、对步骤三的滤液A加酸调节pH，随后加入硫酸镁净化液进行除磷，反应结束后进行固液分离，得滤液B和滤渣B；
步骤五、对步骤四的滤液B加酸调节pH，随后加入硫酸铵，待晶体析出后静置、过滤获得偏钒酸铵。
与现有技术相比，本发明的有益效果体现在：使用氢氧化钠、纯碱和双氧水对含钒硫酸镁磷渣进行碱法氧化浸取，通过选择合适的固液配比来减少碱量的使用，能减少后期滤液pH值调节时酸的用量，有效降低成本，使用该配比的浸出液钒的溶出率高，还能减少磷的溶出率，减轻后续除磷的压力。
前述的一种利用高压釜提取硫酸镁磷渣中钒的方法中，所述步骤一中含钒硫酸镁磷渣、水、氢氧化钠、纯碱和双氧水按以下质量份的配比混合：含钒硫酸镁磷渣，300份、水，900份、氢氧化钠，15份、纯碱，30份、双氧水，60份。
前述的一种利用高压釜提取硫酸镁磷渣中钒的方法中，所述步骤四中除磷时，首先将滤液A的pH值调至10，保持恒温40℃，以300r/min的速度搅拌，再加入硫酸镁净化液，除磷时间控制在50min以内，搅拌除磷后，使混合液中磷含量降低到0.05g/l以下。
前述的一种利用高压釜提取硫酸镁磷渣中钒的方法中，所述步骤五中加入硫酸铵之前控制滤液B的pH值为10，保持恒温50℃，加入硫酸铵之后，待晶体析出后静置30min后再过滤获得偏钒酸铵。
前述的一种利用高压釜提取硫酸镁磷渣中钒的方法中，所述步骤二中高压釜内温度为230℃，压力为2Mpa，搅拌速度为500r/min，反应时长为4h。
前述的一种利用高压釜提取硫酸镁磷渣中钒的方法中，所述步骤三中固液分离在50-70℃温度下通过板框压滤实现。
前述的一种利用高压釜提取硫酸镁磷渣中钒的方法中，所述步骤三中得到的滤渣A放入70-80℃的热水进行恒温搅拌，搅拌速度为500r/min，搅拌时间为30min，搅拌结束后进行板框压滤，得滤液C和滤渣C。
前述的一种利用高压釜提取硫酸镁磷渣中钒的方法中，所述步骤一至步骤五可重复进行，当次步骤三中获得的滤液C作为下次步骤一中水的一部分使用。
前述的一种利用高压釜提取硫酸镁磷渣中钒的方法中，所述步骤四中得到的滤渣B放入70-80℃的热水进行恒温搅拌，搅拌速度为500r/min，搅拌时间为30min，搅拌结束后进行板框压滤，得滤液D和滤渣D。
前述的一种利用高压釜提取硫酸镁磷渣中钒的方法中，所述步骤一至步骤五可重复进行，当次步骤四中获得的滤液D作为下次步骤一中水的一部分使用。
附图说明
图1是本发明的简要流程图；
图2是钒提取前硫酸镁磷渣的实物图；
图3是钒提取后硫酸镁磷渣的实物图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明，但并不作为对本发明限制的依据。
实施例：一种利用高压釜提取硫酸镁磷渣中钒的方法，简要流程如图1所示，可多次循环进行，包括以下步骤：
步骤一、将含钒硫酸镁磷渣、水、氢氧化钠、纯碱和双氧水按以下质量配比混合：含钒硫酸镁磷渣300g、水900g、氢氧化钠15g、纯碱30g、双氧水60g，得固液混合物。
步骤二、使用高压釜对步骤一所混合的固液混合物进行搅拌浸出，控制高压釜内的温度为230℃，压力为2Mpa，搅拌速度为500r/min，反应时长为4h，可以高效提取钒，使钒在渣中的损失量降到最低，达到资源回收利用的最大化；
反应结束后停止加热，继续搅拌至温度、压力降低至室温、室压后，将高压釜内所有固液混合物取出。
步骤三、对步骤二反应后的固液混合物进行固液分离，固液分离维持70℃的液体温度，并采用板框压滤的方式分离，得滤液A和滤渣A，此时滤液A为含钒酸钠溶液，滤渣A主要为氢氧化镁；
将滤渣A放入70℃的热水中进行恒温搅拌，热水用量300ml，搅拌速度为500r/min，搅拌时间为30min，搅拌结束后进行板框压滤，得滤液C和滤渣C，滤液C中仍含少量的磷与钒，且具有一定的温度，将其作为下一次步骤一中水的一部分使用，在降低成本的同时，提高钒的回收率。
在滤液C回至步骤一再利用前，对滤渣C进行干燥称重进行V2O5及磷的含量分析，滤液A与滤液C合并(但不混合)进行V2O5及磷的含量分析，分析结果如下：
根据这个分析结果选择步骤四中除磷所需的硫酸镁净化液用量，具体为该批磷渣中磷含量所需消耗硫酸镁理论值的2倍用量来加入硫酸镁净化液除磷。
步骤四、对步骤三的滤液A先加酸将其pH值调至10，保持恒温40℃，以300r/min的速度搅拌，再加入计算好的硫酸镁净化液，除磷时间控制在50min以内，搅拌除磷后，测定混合液磷含量，使混合液中磷含量降低到0.05g/l以下(未达到该标准则再进行一次步骤四除磷，直至使混合液中磷含量达标)，反应结束后用板框压滤进行固液分离，得滤液B和滤渣B；
将滤渣B放入70℃的热水中进行恒温搅拌，热水用量300ml，搅拌速度为500r/min，搅拌时间为30min，搅拌结束后进行板框压滤，得滤液D和滤渣D，滤液D中仍含少量的磷与钒，且具有一定的温度，将其作为下一次步骤一中水的一部分使用，在降低成本的同时，提高钒的回收率。
步骤五、对步骤四的滤液B先加酸将其pH值调至10，保持恒温50℃，随后加入硫酸铵，待NH4VO3晶体析出后静置30min后再过滤获得偏钒酸铵。
过滤获得偏钒酸铵40.10g，对偏钒酸铵进行分析的到其烧失量为70.01％，V2O5含量为99.83％，产品最终V2O5回收率为91.32％。
为了体现本发明“能在高效提取钒的前提下有效控制工艺成本，达到资源回收利用的最大化”的效果，现引入采用不同工艺的两组对照组与本发明工艺进行对比。
对照组1：
硫酸镁磷渣高温焙烧，硫酸浸取实验：
称取100g硫酸镁磷渣(V2O5含量为10.23％，P含量为0.59％)900℃焙烧1.5小时，固液比为1：4，用硫酸浸取，控制其pH＝0.5至1，在70-80℃环境下搅拌浸取3小时后过滤，测试滤液中的V2O5和P结果如下：
V<sub>2</sub>O<sub>5</sub>
P
硫酸镁磷渣(100g)
10.23％
0.59％
滤液体积(600ml)
12.58g/l
0.6g/l
滤渣(50g)
5.08％
0.45％
滤液回收率(％)
75.48％
61.02％
通过焙烧酸浸实验虽有效，酸的使用量也低，但能耗高，浸出率也偏低。
对照组2：
直接碱浸法加热提取：
称取100g硫酸镁磷渣(V2O5含量为10.23％，P含量为0.59％)，加入氢氧化钠60g，加热煮沸后滴加过氧化氢约5ml，80℃保温2小时，热过滤后测定结果如下：
V<sub>2</sub>O<sub>5</sub>
P
硫酸镁磷渣(100g)
10.23％
0.59％
滤液体积(700ml)
13.30g/l
0.46g/l
滤渣(40g)
2.21％
0.66％
滤液回收率(％)
91.0％
54.58％
直接加碱提取V2O5，虽然效果基本满意，但片碱用量较大，尝试使用量减少，或使用纯碱和片碱不同比例但浸出率明显降低。要保持高的浸出率，各种碱使用量都偏大，且后续调节pH至10时还要消耗一定量的硫酸。
综上，本发明方法利用液相氧化分解含钒渣比传统的高温焙烧减少能耗和酸碱用量，加入过氧化氢产生氧气促进钒全部转化为五价钒，利用碱液浸出渣中的钒酸钠，提高钒的浸出回收率，通过对浸渣的2次洗涤溶液还可以再利用达到水平衡。
本发明的工艺方法中，除了温度、时间、压力、搅拌速度等参数至关重要外，其中用碱量的配比更是至关重要的，不仅关系到自身用量、浸出率，更是与后续酸的消耗量以及磷的浸出率息息相关。
在本实施例中，取5组不同的用碱量配比方案来进行对比(本实施例用碱量配比为方案4)，同时处理含钒硫酸镁磷渣300g，加水900g，其它工艺参数保持相同，各方案对比结果如下：
方案1用碱量配比为NaOH 10g+纯碱20g+双氧水30g，方案2用碱量配比为NaOH 10g+纯碱30g+双氧水30g，方案3用碱量配比为NaOH 10g+纯碱30g+双氧水60g，方案4用碱量配比为NaOH 15g+纯碱30g+双氧水60g，方案5用碱量配比为NaOH 15g+纯碱45g+双氧水60g。
通过以上几组方案实验，方案1、2和3V2O5的提取率较低，方案4和5均能够获得较理想的V2O5提取率(达到95％以上)。方案3、4和5横向对比，方案5V2O5虽提取率最高，但消耗的硫酸相对较高且P的浸出率也较高，不够经济环保，而方案4在V2O5提取率高于方案3的情况下，意外地收获了更低的P浸出率，在综合V2O5提取率、P的浸出率以及用碱量、用酸量后，得出方案4的浸出条件为最优。
图2和图3分别是本发明利用方案4的浸出条件下，钒提取前后硫酸镁磷渣的实物图，提取后的浸渣中钒已经很好地溶出，钒的再利用率高。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
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