CN111392774A - 一种以含钒碳灰为原料生产多钒酸铵和高热能碳粉的方法 - Google Patents

一种以含钒碳灰为原料生产多钒酸铵和高热能碳粉的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种以含钒碳灰为原料生产多钒酸铵和高热能碳粉的方法，属于有色冶金技术领域，首先将含钒碳灰按一定液固比加水混合，混合后加入硫酸搅拌浸出，浸出后过滤，得到一次浸出液和滤渣，滤渣按一定液固比加入水混合后再次加入硫酸搅拌，进行二次浸出，浸出后过滤，得到二次浸出液和滤渣；滤渣过滤烘干后成为高热能碳粉，作为副产品，无废渣产生。二次浸出液返回一次浸出过程作为浸出液，一次浸出液加入氢氧化钠调节pH值后加入铵盐升温沉钒，产出多钒酸铵。本发明反应条件简洁，无需高温高压，对设备要求较低，液体可反复循环，实现零废水排放，减少用酸量，具有占地面积小、工艺简单、生产安全、成本低廉、生产效率高等优点。

Description

一种以含钒碳灰为原料生产多钒酸铵和高热能碳粉的方法
技术领域
本发明属于有色冶金技术领域，具体涉及一种以含钒碳灰为原料生产多钒酸铵和高热能碳粉的方法。
背景技术
多钒酸铵主要用于制取五氧化二钒，也用于炼钢添加剂，用作合金添加剂，占五氧化二钒消耗总量的90％以上。
国内生产多钒酸铵的方法主要是用含钒钢渣进行钠化焙烧后再经过湿法浸出，加入硫酸等辅料然后沉出多钒酸铵。缺点在于进行钠化焙烧过程中需要用到煤气或者粉煤燃烧加温，产生大量的烟气，之后的湿法过程中会产生大量的酸性铵盐废水，无法循环重复利用，增加了废水处理的量和成本。
目前生产多钒酸铵的原料大部分是钢渣等，原料及生产成本高并且不易采购。
发明内容
针对现有技术中生产多钒酸铵存在的问题，为了拓宽现有生产多钒酸铵原料渠道，降低多钒酸铵的生产成本，本发明的目的是提供一种工艺简单、高效低成本的多钒酸铵的生产方法。
为实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：一种以含钒碳灰为原料生产多钒酸铵和高热能碳粉的方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
步骤1：将含钒碳灰和水按固液比1：(1.5-2)的比例混合，得到混合液；
步骤2：按含钒碳灰与硫酸固液比为5：1的比例，向步骤1得到的混合液中加入硫酸，常温搅拌30分钟进行一次浸出，浸出后经过滤设备进行液固分离，得到一次浸出液和滤渣；
步骤3：将一次浸出液投入到反应釜中，搅拌并加入氧化剂氧化30分钟，氧化后加入氢氧化钠调节pH值为1.5-2，按溶液中五氧化二钒V2O5金属量的1倍加入沉钒剂，然后升温至80℃以上，保温1小时后，自然冷却至80℃以下，过滤，过滤后的固体即为产品多钒酸铵，液体为沉钒上清液，沉钒上清液作为二次浸出滤渣的洗水使用；
步骤4：将一次浸出过滤后的滤渣与水按固液比1：1的比例混合，得到混合液，按硫酸与步骤1中所述含钒碳灰的液固比为1：4，加入硫酸，常温搅拌30分钟进行二次浸出，浸出后经过滤设备进行液固分离，得到二次浸出液和滤渣；
步骤5：二次浸出液返回一次浸出过程作为浸出液，循环重复利用；
步骤6：二次浸出滤渣洗涤后的洗水返回二次浸出过程作为浸出液，循环重复利用，洗涤后的滤渣烘干即为高热能碳粉。
上述技术方案中，所述含钒碳灰中五氧化二钒V2O5含量为3％-5％，碳C含量为55％-60％，铁Fe含量为10％-17％。
上述技术方案中，一次浸出液硫酸浓度为15g/L-30g/L。
上述技术方案中，二次浸出液硫酸浓度为90g/L-120g/L。
上述技术方案中，初始一次浸出加酸量为钒碳灰与硫酸按固液比为5：1；二次浸出液返回一次浸出过程作为浸出液，循环重复利用，即循环开始后再次生产多钒酸铵和高热能碳粉的一次浸出不需要加酸，利用二次浸出液的残留酸进行浸出。
上述技术方案中，所述沉钒剂为硫酸铵。
优选地，所述步骤3中按溶液中五氧化二钒V2O5金属量的1倍加入沉钒剂，然后升温至87℃，保温1小时。
通过上述设计方案，本发明可以带来如下有益效果：
1、本发明提出的以含钒碳灰为原料生产多钒酸铵和高热能碳粉的方法，二次逆流酸浸都在常温下反应，反应时间较短，有利于提高生产效率；
2、生产工艺简单、便于操作，可以进行大规模生产；
3、废水可以循环利用，实现零排放。
4、生产过程中产生的渣为高热能碳粉，为副产品，可作为燃料使用，实现了无三废产生。
综上，本发明提出的以含钒碳灰为原料生产多钒酸铵和高热能碳粉的方法，反应条件温和，过程简单，成本较低，具有很好的经济效益。
具体实施方式
本发明提出了一种以含钒碳灰为原料生产多钒酸铵和高热能碳粉的方法，该方法的具体步骤为：首先将含钒碳灰按一定液固比加水混合，混合后加入适量硫酸搅拌浸出，浸出后过滤，得到一次浸出液和滤渣，滤渣按一定液固比加入水混合后再次加入硫酸搅拌，进行二次浸出，浸出后过滤，得到二次浸出液和滤渣；滤渣过滤烘干后成为高热能碳粉，作为副产品，无废渣产生。二次浸出液返回第一次浸出过程作为浸出液，一次浸出液加入氢氧化钠调节pH值后加入铵盐升温沉钒，产出产品多钒酸铵。本发明反应条件简洁，不需要高温高压，对设备要求较低，只需要防腐即可，液体可反复循环，实现零废水排放，减少用酸量，具有占地面积小、工艺简单、生产安全、成本低廉、生产效率高等优点。
所述含钒碳灰中五氧化二钒V2O5含量为3％-5％，碳C含量为55％-60％，铁Fe含量为10％-17％。
上述方案的主要化学反应过程可表示为：
Figure BDA0002409810640000031
Figure BDA0002409810640000032
为了更清楚地说明本发明，下面结合具体实施例，进一步阐述本发明，本领域技术人员应当理解。下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围，且本发明中未述及之处适用于现有技术。
根据本发明所用原料及反应条件的不同，制备了六批多钒酸铵。
实施例1
含钒碳灰原料主要成份：
V<sub>2</sub>O<sub>5</sub>％ C％ Fe％
3.5 56.7 11.4
5吨含钒碳灰(干量)与水按固液比1：1.5的比例混合搅拌，加入硫酸，硫酸的加入量为按含钒碳灰与硫酸固液比为5：1的比例加入，即加1m3硫酸，常温搅拌30分钟，浸出五氧化二钒V2O5浓度13.05g/L，一次浸出过滤液5.2m3(由于原料为干基，浸出过滤后夹带部分浸出液)，一次浸出液进入反应釜中加入氢氧化钠调节pH值为1.8，加入68Kg硫酸铵(按溶液中V2O5金属量的1倍计算)升温至87℃保温1小时，自然冷却至80℃以下，进行沉钒，沉钒上清液检测V2O5浓度＜0.02g/L，过滤产出产品多钒酸铵73.71Kg(干量)，经检测产品V2O5含量为91.73％，纯度为99.1％(含量92.54％下纯度为100％)；
一次浸出过滤后的滤渣进入二次浸出釜，加入5m3水进行搅拌，同时加入1.25m3的硫酸，常温搅拌30分钟，过滤，过滤后的二次浸出液为5.6m3，浓度为13.11g/L，该二次浸出液将返回下一循环作为一次浸出液使用；过滤完后加入沉钒上清液作为洗水，洗水2.1m3，浓度为9.07g/L，洗水返回下一循环作为二次浸出液使用；
最终过滤后的高热能碳粉烘干后称重为3.61吨，经检测热值为5790大卡；
该循环浸出率为91.7％。
实施例2
含钒碳灰原料主要成份：
V<sub>2</sub>O<sub>5</sub>％ C％ Fe％
3.8 59.2 10.1
5吨含钒碳灰(干量)与实施例1中二次浸出液加上新水按固液比1:1.8的比例混合搅拌，在本发明的描述中新水为新加入的水，常温搅拌30分钟，浸出V2O5浓度24.65g/L，一次浸出液进入反应釜中加入氢氧化钠调节pH值为1.8，加入硫酸铵(按溶液中V2O5金属量的1倍计算)升温至87℃保温1小时，自然冷却至80℃以下，进行沉钒，沉钒上清液检测V2O5浓度＜0.02g/L，过滤产出产品多钒酸铵178.03Kg(干量)，经检测产品V2O5含量为91.84％，纯度为99.24％；
一次浸出过滤后的滤渣进入二次浸出釜，加入实施例1中洗水进行搅拌，同时加入1.25m3的硫酸，常温搅拌30分钟，过滤，过滤后的二次浸出液浓度为24.35g/L，该二次浸出液将返回下一循环作为一次浸出液使用；过滤完后加入沉钒上清液作为洗水，浓度为12.27g/L，洗水返回下一循环作为二次浸出液使用；
最终过滤后的高热能碳粉烘干后称重为3.85吨，经检测热值为5660大卡；
浸出率92.07％。
实施例3
含钒碳灰原料主要成份：
V<sub>2</sub>O<sub>5</sub>％ C％ Fe％
3.9 60.27 10.58
5吨含钒碳灰(干量)与实施例2中二次浸出液加上新水按固液比1:1.7的比例混合搅拌，常温搅拌30分钟，浸出V2O5浓度31.42g/L，一次浸出液进入反应釜中加入氢氧化钠调节pH值为1.8，加入硫酸铵(按溶液中V2O5金属量的1倍计算)升温至87℃保温1小时，自然冷却至80℃以下，进行沉钒，沉钒上清液检测V2O5浓度＜0.02g/L，过滤产出产品多钒酸铵231.85Kg(干量)，经检测产品V2O5含量为91.62％，纯度为99.00％；
一次浸出过滤后的滤渣进入二次浸出釜，加入实施例2中洗水进行搅拌，同时加入1.25m3的硫酸，常温搅拌30分钟，过滤，过滤后的二次浸出液浓度为27.35g/L，该二次浸出液将返回下一循环作为一次浸出液使用；过滤完后加入沉钒上清液作为洗水，浓度为10.05g/L，洗水返回下一循环作为二次浸出液使用；
最终过滤后的高热能碳粉烘干后称重为3.94吨，经检测热值为5683大卡；
浸出率91.58％。
实施例4
含钒碳灰原料主要成份：
V<sub>2</sub>O<sub>5</sub>％ C％ Fe％
4.85 59.66 10.77
5吨含钒碳灰(干量)与实施例3中二次浸出液加上新水按固液比1:2的比例混合搅拌，常温搅拌30分钟，浸出V2O5浓度29.42g/L，一次浸出液进入反应釜中加入氢氧化钠调节pH值为1.8，加入硫酸铵(按溶液中V2O5金属量的1倍计算)升温至87℃保温1小时，自然冷却至80℃以下，进行沉钒，沉钒上清液检测V2O5浓度＜0.02g/L，过滤产出产品多钒酸铵261.03Kg(干量)，经检测产品V2O5含量为91.77％，纯度为99.16％；
一次浸出过滤后的滤渣进入二次浸出釜，加入实施例3中洗水进行搅拌，同时加入1.25m3的硫酸，常温搅拌30分钟，过滤，过滤后的二次浸出液浓度为24.18g/L，该二次浸出液将返回下一循环作为一次浸出液使用；过滤完后加入沉钒上清液作为洗水，浓度为8.67g/L，洗水返回下一循环作为二次浸出液使用；
最终过滤后的高热能碳粉烘干后称重为3.86吨，经检测热值为5710大卡；
浸出率90.83％。
实施例5
含钒碳灰原料主要成份：
V<sub>2</sub>O<sub>5</sub>％ C％ Fe％
4.38 61.24 9.89
5吨含钒碳灰(干量)与实施例4中二次浸出液加上新水按固液比1:1.5的比例混合搅拌，常温搅拌30分钟，浸出V2O5浓度37.82g/L，一次浸出液进入反应釜中加入氢氧化钠调节pH值为1.8，加入硫酸铵(按溶液中V2O5金属量的1倍计算)升温至87℃保温1小时，自然冷却至80℃以下，进行沉钒，沉钒上清液检测V2O5浓度＜0.02g/L，过滤产出产品多钒酸铵215.96Kg(干量)，经检测产品V2O5含量为91.52％，纯度为98.89％；
一次浸出过滤后的滤渣进入二次浸出釜，加入实施例4中洗水进行搅拌，同时加入1.25m3的硫酸，常温搅拌30分钟，过滤，过滤后的二次浸出液浓度为27.33g/L，该二次浸出液将返回下一循环作为一次浸出液使用；过滤完后加入沉钒上清液作为洗水，浓度为11.42g/L，洗水返回下一循环作为二次浸出液使用；
最终过滤后的高热能碳粉烘干后称重为3.46吨，经检测热值为5922大卡；
浸出率92.88％。
实施例6
含钒碳灰原料主要成份：
V<sub>2</sub>O<sub>5</sub>％ C％ Fe％
4.47 60.14 10.39
5吨含钒碳灰(干量)与实施例5中二次浸出液加上新水按质量体积比1：1.6的比例混合搅拌，常温搅拌30分钟，浸出V2O5浓度36.77g/L，一次浸出液进入反应釜中加入氢氧化钠调节pH值为1.8，加入硫酸铵(按溶液中V2O5金属量的1倍计算)升温至87℃保温1小时，自然冷却至80℃以下，进行沉钒，沉钒上清液检测V2O5浓度＜0.02g/L，过滤产出产品多钒酸铵253.17Kg(干量)，经检测产品V2O5含量为91.86％，纯度为99.26％；
一次浸出过滤后的滤渣进入二次浸出釜，加入实施例5中洗水进行搅拌，同时加入1.25m3的硫酸，常温搅拌30分钟，过滤，过滤后的二次浸出液浓度为21.79g/L，该二次浸出液将返回下一循环作为一次浸出液使用；过滤完后加入沉钒上清液作为洗水，浓度为10.58g/L，洗水返回下一循环作为二次浸出液使用；
最终过滤后的高热能碳粉烘干后称重为3.79吨，经检测热值为5637大卡；
浸出率91.46％。

Claims (7)

1.一种以含钒碳灰为原料生产多钒酸铵和高热能碳粉的方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
步骤1：将含钒碳灰和水按固液比1：(1.5-2)的比例混合，得到混合液；
步骤2：按含钒碳灰与硫酸固液比为5：1的比例，向步骤1得到的混合液中加入硫酸，常温搅拌30分钟进行一次浸出，浸出后经过滤设备进行液固分离，得到一次浸出液和滤渣；
步骤3：将一次浸出液投入到反应釜中，搅拌并加入氧化剂氧化30分钟，氧化后加入氢氧化钠调节pH值为1.5-2，按溶液中五氧化二钒V2O5金属量的1倍加入沉钒剂，然后升温至80℃以上，保温1小时后，自然冷却至80℃以下，过滤，过滤后的固体即为产品多钒酸铵，液体为沉钒上清液，沉钒上清液作为二次浸出滤渣的洗水使用；
步骤4：将一次浸出过滤后的滤渣与水按固液比1：1的比例混合，得到混合液，按硫酸与步骤1中所述含钒碳灰的液固比为1：4，加入硫酸，常温搅拌30分钟进行二次浸出，浸出后经过滤设备进行液固分离，得到二次浸出液和滤渣；
步骤5：二次浸出液返回一次浸出过程作为浸出液，循环重复利用；
步骤6：二次浸出滤渣洗涤后的洗水返回二次浸出过程作为浸出液，循环重复利用，洗涤后的滤渣烘干即为高热能碳粉。
2.根据权利要求1所述的以含钒碳灰为原料生产多钒酸铵和高热能碳粉的方法，其特征在于：所述含钒碳灰中五氧化二钒V2O5含量为3％-5％，碳C含量为55％-60％，铁Fe含量为10％-17％。
3.根据权利要求1所述的以含钒碳灰为原料生产多钒酸铵和高热能碳粉的方法，其特征在于：一次浸出液硫酸浓度为15g/L-30g/L。
4.根据权利要求1所述的以含钒碳灰为原料生产多钒酸铵和高热能碳粉的方法，其特征在于：二次浸出液硫酸浓度为90g/L-120g/L。
5.根据权利要求1所述的以含钒碳灰为原料生产多钒酸铵和高热能碳粉的方法，其特征在于：初始一次浸出加酸量为钒碳灰与硫酸按固液比为5：1；二次浸出液返回一次浸出过程作为浸出液，循环重复利用，即循环开始后再次生产多钒酸铵和高热能碳粉的一次浸出不需要加酸，利用二次浸出液的残留酸进行浸出。
6.根据权利要求1所述的以含钒碳灰为原料生产多钒酸铵和高热能碳粉的方法，其特征在于：所述沉钒剂为硫酸铵。
7.根据权利要求6所述的以含钒碳灰为原料生产多钒酸铵和高热能碳粉的方法，其特征在于：所述步骤3中按溶液中五氧化二钒V2O5金属量的1倍加入沉钒剂，然后升温至87℃，保温1小时。
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