CN114293035A - 一种含钒钢渣富集钒联合制备碳酸钙的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种含钒钢渣富集钒联合制备碳酸钙的方法，所述方法包括如下步骤：(1)混合含钒钢渣和铵盐溶液，进行钙的选择性浸出，得到富钒渣和富钙液，所述选择性浸出的过程中抽真空，抽得的氨气经吸收得到氨水；(2)混合步骤(1)所述氨水和步骤(1)所述富钙液，进行杂质分离，得到净化液；(3)向步骤(2)所述净化液中通入微纳二氧化碳气泡，进行沉淀反应，固液分离，得到碳酸钙产品。本发明能够实现含钒钢渣中钙的高效选择性浸出，提升钒品位和后续钒的浸出率，氨气可循环利用，在经济环保方面取得良好成效。
Description
技术领域
本发明涉及湿法冶金、固废资源综合利用技术领域，尤其涉及一种含钒钢渣富集钒联合制备碳酸钙的方法。
背景技术
含钒钢渣是冶炼钒钛磁铁矿的副产品，是含钒铁水炼钢所形成的含V2O51-10％的钢渣(与钒渣相比其钙含量大)，其产生过程有两种途径，一种是半钢中残存的钒经炼钢后氧化进入渣中，另一种是未经吹炼钒渣的铁水直接炼钢得到含钒钢渣。含钒钢渣具有如下特点：(1)CaO含量高，一般为30％～60％，结晶完善，质地密实，解离度差；(2)成分复杂，且波动较大；(3)钒含量较低，钒弥散分布于多种矿相中，赋存状态复杂。由于钒和氧化钙含量差距悬殊，如何对含钒钢渣进行有效提钒仍然是冶金领域的一个难题。
目前，含钒钢渣提钒主要有2种途径，一是含钒钢渣返回炼铁富集钒，炼出高含钒渣，再进一步提钒，即将含钒钢渣作为熔剂添加在烧结矿中进入高炉冶炼，钒熔于铁水中，经吹钒得到高品位钒渣，作为提钒或冶炼钒铁合金的原料。该工艺虽然能回收铁、锰等有价元素，同时降低铁钢比的能耗，但易造成磷在铁水中循环富集，加重钢渣脱磷任务；且钢渣杂质多，有效CaO含量相对较低，会降低烧结矿品位，增加炼铁过程能耗，因此该方法未能得到推广。另一种含钒钢渣的处理方法是直接提钒法，有钠化焙烧、钙化焙烧、降钙焙烧和直接酸浸等工艺。钠化焙烧是以食盐或苏打为添加剂，通过焙烧将低价钒氧化为5价钒的可溶性钠盐，采用水或碳酸化浸出。该工艺钒的转浸率较低，钠盐耗量大，焙烧过程污染空气、难以治理，且该工艺不适合V2O5含量低、CaO含量高的转炉钢渣。钙化焙烧是以石灰等作焙烧熔剂，采用碳酸化浸出等浸出钒。此法对物料有一定的选择性，对一般钢渣存在转化率偏低、成本偏高等问题，不适于规模化生产。降钙焙烧是由Amiri提出的，其目的是为了解决含钒钢渣中CaO含量高造成钒难浸出的问题。降钙焙烧是将钢渣与Na3PO4、Na2CO3混合焙烧，Na3PO4与CaO结合形成Ca3(PO4)2，钒与钠生成水溶性的钒酸钠，然后水浸即可溶出钒。但该法只停留在实验室研究阶段，且磷酸盐的配比大，成本高，目前还没有工业化推广。直接酸浸是指未经焙烧工序，完全湿法提钒，但由于钢渣中CaO含量高，酸耗较大，成本较高；酸浸过程需在强酸溶液中进行，得到的浸出液杂质较多，难以进行后续分离。
综上可知，由于含钒钢渣中氧化钙含量高，无论采用哪种提钒工艺，均存在一系列的技术难题，增加了提钒成本，降低了提钒指标。因此为破解含钒钢渣中钒提取难题，在含钒钢渣提钒前进行预处理，降低氧化钙含量十分必要。含钒钢渣脱钙工艺主要分为摇床重选和湿法浸出两种。其中，摇床重选法脱钙率比较低且脱除的钙无法回收利用，过程中还会损失一定量的钒。相比于摇床重选法，湿法浸出法脱钙率高，选择性好，主要包括酸浸和氯化铵浸出法。CN106834749A和CN103131867A分别采用盐酸和硫酸净化含钒钢渣中的钙，但酸无法回收利用，消耗量较大。CN111560523A提出采用无添加氯化铵选择性净化含钒钢渣中的钙，实现了钙的选择性脱除和钒的富集，但制备碳酸钙过程需要添加含钒钢渣30～60％碳酸铵或碳酸氢铵，以保证沉钙滤液中铵含量，铵盐添加量大，根据铵平衡可以看出整个流程会损失大量铵没有循环利用。
由此可知，需要开发一种新的含钒钢渣富集钒联合制备碳酸钙的方法。
发明内容
鉴于现有技术中存在的问题，本发明提供一种含钒钢渣富集钒联合制备碳酸钙的方法，实现了钙的高效选择性浸出和钒的富集，钙浸出率≥64％，钒品位提升20％以上，且浸出液循环利用，过程中无废水废气排出，是一种高效、清洁的富钒方法。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
本发明提供一种含钒钢渣富集钒联合制备碳酸钙的方法，所述方法包括如下步骤：
(1)混合含钒钢渣和铵盐溶液，进行钙的选择性浸出，得到富钒渣和富钙液，所述选择性浸出的过程中抽真空，抽得的氨气经吸收得到氨水；
(2)混合步骤(1)所述氨水和步骤(1)所述富钙液，进行杂质分离，得到净化液；
(3)向步骤(2)所述净化液中通入微纳二氧化碳气泡，进行沉淀反应，固液分离，得到碳酸钙产品。
本含钒钢渣中钒主要包裹在硅酸钙中，当钙浸出后不仅使得钒暴露出来，而且剩余富钒渣粒度较原钢渣显著降低，可大幅提升后续提钒效率。钙浸出过程挥发氨气冷却吸收制成氨水用于调节富钙液pH，反应过程浸出的镁、铝、铁、硅等以沉淀形式析出，不仅实现了富钙液中杂质的去除，而且实现了流程中的NH4 +循环利用。反应浸出的钙通过微纳CO2曝气最终生成微细碳酸钙，实现了钙的高值化利用。整个过程无废气、废水排放，是一种节约、清洁、环保的高效浸钙、富钒方法。
优选地，所述铵盐溶液为氯化铵溶液。
优选地，步骤(1)所述含钒钢渣中V2O5含量为1～3.5％，例如可以是1％、1.3％、1.6％、1.9％、2.2％、2.4％、2.7％、3％、3.3％或3.5％等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述含钒钢渣中CaO含量为30～50％，例如可以是30％、33％、35％、37％、39％、42％、44％、46％、48％或50％等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述含钒钢渣中SiO2含量为20～30％，例如可以是20％、22％、23％、24％、25％、26％、27％、28％、29％或30％等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述含钒钢渣中TFe含量为1～5％，例如可以是1％、1.5％、1.9％、2.4％、2.8％、3.3％、3.7％、4.2％、4.6％或5％等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述含钒钢渣中Al2O3含量为10～20％，例如可以是10％、12％、13％、14％、15％、16％、17％、18％、19％或20％等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，步骤(1)所述含钒钢渣的粒度为-74μm占60～80％，例如可以是60％、64％、68％、72％、76％或80％，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举。本发明进一步优选将含钒钢渣的粒度控制在上述范围，能够更好地提高浸出率。
优选地，步骤(1)所述铵盐溶液与含钒钢渣的质量比为(20～40):1，例如可以是20:1、24:1、25:1、28:1、30:1、32:1、35:1、36:1、38:1或40:1，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举。
本发明进一步优选质量比在上述范围，能够在采用较低铵盐浓度的情况下实现更好地含钒钢渣中钙的浸出。
优选地，步骤(1)所述所述铵盐溶液的摩尔浓度为1～5M，例如可以是1M、1.5M、2M、2.5M、3M、3.5M、4M、4.5M或者5M，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举。
本发明所述M是指mol/L。
优选地，步骤(1)所述所述铵盐溶液的pH为4.0～5.0，例如可以是4.0、4.1、4.2、4.3、4.5、4.6、4.7、4.8或5.0，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举。
优选地，步骤(1)所述抽真空的真空度为0.05～0.1MPa，例如可以是0.05MPa、0.06MPa、0.07MPa、0.08MPa、0.09MPa或0.1MPa，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举。
优选地，步骤(1)所述选择性浸出的温度为90～100℃，例如可以是90℃、92℃、94℃、96℃、97℃、98℃、99℃、100℃，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举。
本发明进一步优选选择性浸出的温度在上述范围，具有更优的浸出率。
优选地，所述选择性浸出的时间为1～3h，例如可以是1h、1.5h、2h、2.5h或3h，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举。
优选地，所述选择性浸出的搅拌速度300～350rpm，例如可以是300rpm、310rpm、320rpm、330rpm、340rpm或350rpm，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举。
优选地，步骤(1)所述富钒渣的粒度-23μm的占80～95％，例如可以是80％、82％、83％、84％、85％、88％、90％、92％或95％，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举。
优选地，所述富钙液的pH为5.5～6.3，例如可以是5.5、5.6、5.7、5.8、5.9、6.0、6.1、6.2或6.3，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举。
优选地，所述氨水的浓度为20～25wt％，例如可以是20％、21％、22％、23％、24％或25％，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举。
优选地，步骤(2)所述杂质分离的pH值为9～10，例如可以是9、9.2、9.4、9.6、9.8或10，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举。
优选地，所述杂质分离的搅拌速率为100～200rpm，例如可以是100rpm、110rpm、120rpm、130rpm、140rpm、150rpm、160rpm、180rpm或200rpm，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举。
优选地，所述杂质分离的温度为20～30℃，例如可以是20℃、21℃、22℃、23℃、24℃、25℃、26℃、27℃、28℃、29℃或30℃，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举。
本发明采用曝气的方式通入微纳二氧化碳，对其采用的装置没有特殊限制，可采用本领域技术人员熟知的任何可用于曝气的装置进行，例如可以是微孔布气装置，微孔布气装置的材质为钛、不锈钢、镍或镍合金烧结过滤滤芯或钛粉末冶金烧结曝气器。所述微孔布气装置的形状为棒状、半球状、平板状或其他任意形状；所述微孔布气装置的微孔直径为0.1-1μm，例如可以是0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1μm，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举。
优选地，步骤(3)所述微纳二氧化碳气泡的尺寸为0.1～1μm，例如可以是0.1μm、0.2μm、0.3μm、0.4μm、0.5μm、0.6μm、0.7μm、0.8μm、0.9μm或1μm，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举。
优选地，所述微纳二氧化碳气泡的通气压力为0.1～0.5MPa，例如可以是0.10MPa、0.15MPa、0.17MPa、0.2MPa、0.25MPa、0.28MPa、0.3MPa、0.32MPa、0.35MPa、0.4MPa、0.45MPa或0.5MPa，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举。
优选地，所述微纳二氧化碳气泡的通气流量为0.5～2L/(min·L净化液)，例如可以是0.5L/(min·L净化液)、0.7L/(min·L净化液)、0.9L/(min·L净化液)、1.1L/(min·L净化液)、1.3L/(min·L净化液)、1.5L/(min·L净化液)、1.7L/(min·L净化液)、1.9L/(min·L净化液)或2.0L/(min·L净化液)，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举。
优选地，所述微纳二氧化碳气泡的通气时间为10～30min，例如可以是10min、13min、15min、18min、20min、22min、25min、27min或30min，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举。
优选地，所述沉淀反应的温度为40～60℃，例如可以是40℃、43℃、45℃、48℃、50℃、52℃、55℃、57℃或60℃，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举。
优选地，步骤(3)所述固液分离得到的沉钙后液循环至步骤(1)中作为铵盐溶液进行循环的选择性浸出。
含钒钢渣中钙主要以活性氧化钙或硅酸钙等形式存在，钢渣呈碱性。沉钙后液主要成分为NH4 +和Cl-，为弱酸性氯化铵溶液，因此采用沉钙后液可以直接浸出碱性含钒钢渣。
本发明对上述工艺中的固液分离没有特殊限制，可采用本领域技术人员熟知的任何可用于固液分离的装置和方式，也可根据实际工艺进行调整，例如可以是过滤、离心或沉降分离等，也可以是不同方式的结合。
作为本发明优选的技术方案，所述方法包括如下步骤：
(1)混合含钒钢渣(V2O5含量为1～3.5％，CaO含量为30～50％，SiO2含量为20～30％，TFe含量为1～5％，Al2O3含量为10～20％)和摩尔浓度为1～5M，pH为4.0～5.0的铵盐溶液，铵盐溶液与含钒钢渣的质量比为(20～40):1，90～100℃、300～350rpm进行钙的选择性浸出，同时抽真空至真空度保持在0.05～0.1MPa，抽得的氨气经吸收得到浓度为20～25wt％的氨水，选择性浸出的时间为1～3h，得到粒度-23μm的占80～95％的富钒渣和pH为5.5～6.3的富钙液；
(2)混合步骤(1)所述氨水和步骤(1)所述富钙液，pH9～10、100～200rpm和20～30℃条件下进行杂质分离，得到净化液；
(3)向步骤(2)所述净化液中通入尺寸为0.1～1μm的微纳二氧化碳气泡，通气压力为0.1～0.3MPa，通气流量为0.5～2L/(min·L净化液)，通气时间为10～30min，40～60℃进行沉淀反应，固液分离，得到碳酸钙产品和沉钙后液；
所述沉钙后液循环至步骤(1)中作为铵盐溶液进行循环的选择性浸出。
与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：
(1)本发明提供的含钒钢渣富集钒联合制备碳酸钙的方法对含钒钢渣中钙选择性提取分离，无额外添加，成本低，钙浸出率≥60％，优选条件下≥67％，钒品位提升16％以上，优选条件下提升20％以上，工艺选择性好且钒不损失；
(2)本发明提供的含钒钢渣富集钒联合制备碳酸钙的方法采用抽真空的方式，提高浸出率的同时不仅可回收过程产生的氨气，而且回收的氨水用作富钙液pH的调节，使得杂质去除率≥99％，不仅保证了反应过程中氨不损失，还净化了浸出液，绿色环保；
(3)本发明提供的含钒钢渣富集钒联合制备碳酸钙的方法通过选择性浸钙，不仅提升了富钒渣中钒的品位，而且将被硅酸钙包裹的钒裸露出来，同时显著降低了富钒渣的粒度，使得后续钒提取效率增加20％以上；
(4)本发明提供的含钒钢渣富集钒联合制备碳酸钙的方法通过选择微纳曝气法的方式进行沉钙，沉钙率在99％以上，且得到的粒径较为微细，优选条件下，碳酸钙的平均粒径控制在≤10μm。
附图说明
图1是本发明具体实施方式提供的含钒钢渣富集钒联合制备碳酸钙的方法流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
下面对本发明进一步详细说明。但下述的实例仅仅是本发明的简易例子，并不代表或限制本发明的权利保护范围，本发明的保护范围以权利要求书为准。
作为本发明的一个具体实施方式，提供一种含钒钢渣富集钒联合制备碳酸钙的方法，如图1所示，所述方法包括如下步骤：
(1)混合含钒钢渣和铵盐溶液，进行钙的选择性浸出，同时抽真空，抽得的氨气经吸收得到氨水，得到富钒渣和富钙液；
(2)混合步骤(1)所述氨水和步骤(1)所述富钙液，进行杂质分离，得到净化液和分离的杂质；
(3)向步骤(2)所述净化液中通入微纳二氧化碳气泡，进行沉淀反应，固液分离，得到微细碳酸钙产品和沉钙后液；
所述沉钙后液循环至步骤(1)中作为铵盐溶液进行循环的选择性浸出。
实施例1
本实施例提供一种含钒钢渣富集钒联合制备碳酸钙的方法，所述方法包括如下步骤：
(1)混合-74μm占80％的含钒钢渣(V2O5含量为3.5％，CaO含量为30％，SiO2含量为30％，TFe含量为5％，Al2O3含量为20％)和浓度为5M，pH为4.0的氯化铵溶液，氯化铵溶液与含钒钢渣的质量比为40:1，置于真空反应器中，90℃、350rpm进行钙的选择性浸出，同时抽真空至真空度保持在0.1MPa，抽得的氨气经吸收得到浓度为25wt％的氨水，选择性浸出的时间为2h，得到粒度-23μm的占90％的富钒渣和pH为5.5的富钙液；
(2)混合步骤(1)所述氨水和步骤(1)所述富钙液，pH10、200rpm和20℃条件下进行杂质分离(镁、铝、硅、铁等杂质以沉淀形式析出)，过滤，得到净化液；
(3)向步骤(2)所述净化液中通入尺寸为0.1μm的微纳二氧化碳气泡，通气压力为0.2MPa，通气流量为0.5L/(min·L净化液)，通气时间为30min，60℃进行沉淀反应，过滤，得到微细碳酸钙产品和沉钙后液；
所述沉钙后液循环至步骤(1)中直接作为氯化铵溶液进行循环的选择性浸出。
实施例2
本实施例提供一种含钒钢渣富集钒联合制备碳酸钙的方法，所述方法包括如下步骤：
(1)混合-74μm占70％以上的含钒钢渣(V2O5含量为2.5％，CaO含量为50％，SiO2含量为20％，TFe含量为1％，Al2O3含量为10％)和浓度为3M，pH为4.6的氯化铵溶液，氯化铵溶液与含钒钢渣的质量比为30:1，置于真空反应器中，95℃、320rpm进行钙的选择性浸出，同时抽真空至真空度保持在0.05MPa，抽得的氨气经吸收得到浓度为22wt％的氨水，选择性浸出的时间为1h，得到粒度-23μm的占80％的富钒渣和pH为6.3的富钙液；
(2)混合步骤(1)所述氨水和步骤(1)所述富钙液，pH9.5、150rpm和25℃条件下进行杂质分离(镁、铝、硅、铁等杂质以沉淀形式析出)，过滤，得到净化液；
(3)向步骤(2)所述净化液中通入尺寸为1μm的微纳二氧化碳气泡，通气压力为0.5MPa，通气流量为1L/(min·L净化液)，通气时间为20min，40℃进行沉淀反应，过滤，得到微细碳酸钙产品和沉钙后液；
所述沉钙后液循环至步骤(1)中直接作为铵盐溶液进行循环的选择性浸出。
实施例3
本实施例提供一种含钒钢渣富集钒联合制备碳酸钙的方法，所述方法包括如下步骤：
(1)混合-74μm占60％以上的含钒钢渣(V2O5含量为1％，CaO含量为35％，SiO2含量为28％，TFe含量为4％，Al2O3含量为17％)和浓度为1M，pH为5.0的氯化铵溶液，氯化铵溶液与含钒钢渣的质量比为20:1，置于真空反应器中，100℃、300rpm进行钙的选择性浸出，同时抽真空至真空度保持在0.01MPa，抽得的氨气经吸收得到浓度为20wt％的氨水，选择性浸出的时间为3h，得到粒度-23μm的占95％的富钒渣和pH为6.0的富钙液；
(2)混合步骤(1)所述氨水和步骤(1)所述富钙液，pH9、100rpm和30℃条件下进行杂质分离(镁、铝、硅、铁等杂质以沉淀形式析出)，离心分离，得到净化液；
(3)向步骤(2)所述净化液中通入尺寸为0.5μm的微纳二氧化碳气泡，通气压力为0.1MPa，通气流量为2L/(min·L净化液)，通气时间为10min，50℃进行沉淀反应，离心分离，得到微细碳酸钙产品和沉钙后液；
所述沉钙后液循环至步骤(1)中直接作为铵盐溶液进行循环的选择性浸出。
实施例4
本实施例提供一种含钒钢渣富集钒联合制备碳酸钙的方法，所述方法除了将含钒钢渣粒度由-74μm占80％降为70％外，其余条件与实施例1一致。
实施例5
本实施例提供一种含钒钢渣富集钒联合制备碳酸钙的方法，所述方法除了将含钒钢渣粒度由-74μm占80％降为60％外，其余条件与实施例1一致。
实施例6
本实施例提供一种含钒钢渣富集钒联合制备碳酸钙的方法，所述方法除了将铵盐溶液与含钒钢渣的质量比由40:1降为20:1外，其余条件与实施例1一致。
实施例7
本实施例提供一种含钒钢渣富集钒联合制备碳酸钙的方法，所述方法除了钙浸出反应温度由90℃升高至95℃外，其余条件与实施例1一致。
实施例8
本实施例提供一种含钒钢渣富集钒联合制备碳酸钙的方法，所述方法除了通入的微纳CO2气泡尺寸由0.1μm增加至0.5μm，其余条件与实施例1一致。
实施例9
本实施例提供一种含钒钢渣富集钒联合制备碳酸钙的方法，所述方法除了通入的微纳CO2气泡尺寸由0.1μm增加至1μm，其余条件与实施例1一致。
实施例10
本实施例提供一种含钒钢渣富集钒联合制备碳酸钙的方法，所述方法除了钙浸出反应温度由90℃降低至85℃，其余条件与实施例1一致。
实施例11
本实施例提供一种含钒钢渣富集钒联合制备碳酸钙的方法，所述方法除了混合步骤(1)所述氨水和步骤(1)所述富钙液后pH为11外，其余条件与实施例1一致。
实施例12
本实施例提供一种含钒钢渣富集钒联合制备碳酸钙的方法，所述方法除了混合步骤(1)所述氨水和步骤(1)所述富钙液后pH为8外，其余条件与实施例1一致。
对比例1
本对比例提供一种含钒钢渣富集钒联合制备碳酸钙的方法，所述方法除了未采用微纳曝气方法通入CO2外，即采用常规方式直接通入二氧化碳，其余条件与实施例1一致。
对比例2
本对比例提供一种含钒钢渣富集钒联合制备碳酸钙的方法，所述方法除了钙浸出反应采用常压反应器，并不抽真空外，其余条件与实施例1一致。
对比例3
本对比例提供一种含钒钢渣富集钒联合制备碳酸钙的方法，所述方法除了钙浸出反应采用密闭反应器进行外，其余条件与实施例1一致。
对比例4
本对比例提供一种含钒钢渣中钙组元净化与回收的工艺，其具体采用CN111560523B中的实施例1进行。
对比例4中钙的浸出率在61％左右，虽然其记载基本无铵盐分解挥发损失，但整个***每次循环均是重新加入碳酸铵，铵并未实现循环利用，且对比例4中沉钙液经滴加稀盐酸来中和掉多余碳酸根和碳酸氢根(前期为了保障钙能充分沉淀需要加入过量的碳酸铵)，而为了避免循环回去的沉钙液无法达到预期的钙浸出率，需要加入多余的盐酸来去除其中的碳酸根和碳酸氢根，而盐酸的过量加入又导致沉钙液的pH值不符合要求，需要再加入氨水调节pH，整体操作更加复杂，且铵本质上并未实现循环利用。测试方法：采用ICP-OES方法测试富钒渣中的钒含量以及含钒钢渣和富钒渣中的钙含量，通过浸出前后渣中钙含量变化计算钙的浸出率；采用ICP-OES测定沉钙前后溶液中钙浓度计算沉钙率；采用粒度分析仪方法检测碳酸钙的粒径。
以上实施例和对比例的测试结果如表1所示。
表1
从表1可以看出以下几点：
(1)综合实施例1～3可以看出，本发明提供的含钒钢渣富集钒联合制备碳酸钙的方法，通过在负压条件下采用铵盐溶液进行选择性浸出，实现了氨的循环利用以及钙的高效浸出，可有效避免杂质的夹带，其中钙的浸出率≥67％，钒品位提升率≥25％，沉钙率≥99％，而且得到碳酸钙的平均粒径适中≤10μm；
(2)综合实施例1和实施例10可以看出，实施例10中钙浸出反应温度由实施例1中的90℃降低至85℃，其钙浸出率由69.72％下降至60.2％，由此表明，本发明进一步优选将浸出的温度控制在特定范围内，显著提升了钙的浸出率；
(3)综合实施例1和实施例11～12可以看出，虽然富钙液与氨水混合后的pH不影响钙浸出率和沉钙率，但是实施例11中碳酸钙的纯度仅为87％，而实施例1中碳酸钙的纯度高达99.9％，实施例12虽然碳酸钙纯度大于99.9％，但是由于混合后pH太高，导致部分钙以沉淀形式析出，降低了碳酸钙最终回收的量，由此表明，本发明通过氨水除杂的步骤并优选控制pH值，更好地保证了碳酸钙的纯度与收率；
(4)综合实施例1和对比例1可以看出，实施例1中采用微纳曝气法通入二氧化碳，相较于对比例1中常规通入外，实施例1中沉钙率高达99.42％，而对比例1中的沉钙率仅为18.75％，由此表明，本发明采用微纳曝气法不仅能够制得微细碳酸钙，而且显著提高了沉钙率；
(5)综合实施例1和对比例2～3可以看出，本发明通过采用抽真空的方式显著提高了钙浸出率。
循环试验，以实施例1为例，将实施例1中得到的沉钙后液不经任何处理，直接循环至步骤(1)中用作氯化铵溶液进行循环使用，含钒钢渣的组成以及其他工艺参数均与实施例1相同，连续循环15次。循环测试的结果如表2所示。
表2
从表2可以看出，本发明提供的含钒钢渣富集钒联合制备碳酸钙的方法得到的沉钙液无需任何处理，即可循环使用，且钙的浸出率循环后不出现下降情况。
本发明通过上述实施例来说明本发明的详细结构特征，但本发明并不局限于上述详细结构特征，即不意味着本发明必须依赖上述详细结构特征才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明所选用部件的等效替换以及辅助部件的增加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
Claims (10)
1.一种含钒钢渣富集钒联合制备碳酸钙的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
(1)混合含钒钢渣和铵盐溶液，进行钙的选择性浸出，得到富钒渣和富钙液，所述选择性浸出的过程中抽真空，抽得的氨气经吸收得到氨水；
(2)混合步骤(1)所述氨水和步骤(1)所述富钙液，进行杂质分离，得到净化液；
(3)向步骤(2)所述净化液中通入微纳二氧化碳气泡，进行沉淀反应，固液分离，得到碳酸钙产品。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)所述含钒钢渣中V2O5含量为1～3.5％；
优选地，所述含钒钢渣中CaO含量为30～50％；
优选地，所述含钒钢渣中SiO2含量为20～30％；
优选地，所述含钒钢渣中TFe含量为1～5％；
优选地，所述含钒钢渣中Al2O3含量为10～20％。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，步骤(1)所述含钒钢渣的粒度为-74μm占60～80％。
4.根据权利要求1～3任一项所述的方法，其特征在于，步骤(1)所述铵盐溶液与含钒钢渣的质量比为(20～40):1；
优选地，所述铵盐溶液的摩尔浓度为1～5M，pH为4.0～5.0。
5.根据权利要求1～4任一项所述的方法，其特征在于，步骤(1)所述抽真空的真空度为0.05～0.1MPa。
6.根据权利要求1～5任一项所述的方法，其特征在于，步骤(1)所述选择性浸出的温度为90～100℃；
优选地，所述选择性浸出的时间为1～3h；
优选地，所述选择性浸出的搅拌速度300～350rpm。
7.根据权利要求1～6任一项所述的方法，其特征在于，步骤(1)所述富钒渣的粒度-23μm的占80～95％；
优选地，所述氨水的浓度为20～25wt％。
8.根据权利要求1～7任一项所述的方法，其特征在于，步骤(2)所述杂质分离的pH值为9～10；
优选地，所述杂质分离的搅拌速率为100～200rpm；
优选地，所述杂质分离的温度为20～30℃。
9.根据权利要求1～8任一项所述的方法，其特征在于，步骤(3)所述微纳二氧化碳气泡的尺寸为0.1～1μm；
优选地，所述微纳二氧化碳气泡的通气压力为0.1～0.5MPa；
优选地，所述微纳二氧化碳气泡的通气流量为0.5～2L/(min·L净化液)；
优选地，所述微纳二氧化碳气泡的通气时间为10～30min；
优选地，所述沉淀反应的温度为40～60℃。
10.根据权利要求1～9任一项所述的方法，其特征在于，步骤(3)所述固液分离得到的沉钙后液循环至步骤(1)中作为铵盐溶液进行循环的选择性浸出。
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2021
- 2021-12-28 CN CN202111624915.6A patent/CN114293035A/zh active Pending
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