釩化工冶金固廢資源化清潔利用

固廢網(wǎng)訊:摘要：采用整體化增值利用、多組元高效提取、末端無害化處置的策略，通過關(guān)鍵核心技術(shù)創(chuàng)新和集成，開發(fā)了具有產(chǎn)業(yè)化價值的低成本、高效釩化工冶金固廢資源化清潔利用技術(shù)集成體系。提釩尾渣通過亞熔鹽技術(shù)高效提釩后，渣中的釩含量(以V2O5計)降低至 0.2%以下，鐵含量(以Fe2O3計)富集至60%以上；再經(jīng)鈣化脫鈉后終渣中鈉含量(以Na2O計)低于2%，可大比例替代低釩高品位鐵精礦用于配礦燒結(jié)，配礦量由原有的20kg/t 提高至60kg/t。將塊狀、粉狀“鉻泥”通過添加有機粘結(jié)劑和65碳化硅做成球骨架，加工成粒徑5~30 mm 的球狀物并烘烤，加入煉鋼工序，屈服和抗拉強度均比常規(guī)工藝高，對鋼筋性能提高有一定作用。采用釩酸鐵部分替代V2O5冶煉中釩鐵技術(shù)上可行，1t釩酸鐵可代替209kgV2O5，釩鐵消耗0.2t，釩回收率在90%以上，并生產(chǎn)出A級50釩鐵產(chǎn)品。50釩鐵爐渣作為“粘結(jié)”配料可提高釩鈦燒結(jié)礦強度，在回收利用渣中釩、鎂、鈣元素的同時，使釩鈦燒結(jié)礦轉(zhuǎn)鼓指數(shù)提高2%~4%。

1 前言

釩渣是目前世界釩產(chǎn)品的主要提釩原料，釩渣鈉化焙燒是提釩的主流工藝，以純堿、食鹽等為添加劑，通過高溫氧化鈉化，將釩渣中低價態(tài)的釩轉(zhuǎn)化為水溶性五價釩酸鈉鹽，經(jīng)后續(xù)產(chǎn)品轉(zhuǎn)化生產(chǎn)釩氧化物、釩鐵合金等釩化工產(chǎn)品[1-3]。長期以來，傳統(tǒng)的釩化工冶金流程伴生產(chǎn)出大量固體廢物[4] ，主要有提釩尾渣、鉻泥、釩酸鐵、釩泥、釩鐵爐渣等[5]，其成分見表1。每年僅提釩尾渣就高達近百萬噸，其它釩化工固廢也在十余萬噸之上，并逐年上升[6,7] 。由于缺乏有效的處理和利用技術(shù)，化工冶金固廢對產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展形成日益嚴(yán)重的負面效應(yīng)。

釩化工冶金固廢循環(huán)利用技術(shù)是釩鈦磁鐵礦綜合利用流程的核心技術(shù)之一，長期以來，為解決釩化工冶金固廢大量堆存及環(huán)境污染難題，國內(nèi)外開展過大量研究，主要集中在以下三方面：(1)提釩尾渣再次鈉化焙燒提釩[8,9]。該法雖提高了釩利用率，但固體廢物只增未減；或回收提釩尾渣中的鐵資源[10]；(2)濕法工藝。鉻泥、釩泥[11]采用濕法工藝處理，主要通過酸浸提釩或堿浸提釩[12,13]，但只是提高了釩利用率，浸后渣仍無法處理，且會產(chǎn)生大量含鉻廢水，需二次處理；(3)將50釩鐵爐渣用作建材，其中的釩資源白白流失。這些處理技術(shù)均是針對某一種固體廢棄物或單一的有價元素采用的常規(guī)處理方法，其缺點主要有：(1)有價元素利用單一，不能實現(xiàn)釩化工固廢的全部資源化利用；(2)需新投資建廠，過程經(jīng)濟性較差；(3)處理過程又產(chǎn)生新的廢渣、廢水，清潔生產(chǎn)問題得不到根本解決。

釩化工冶金固廢處理是產(chǎn)業(yè)綠色發(fā)展的迫切需求。河鋼集團承鋼公司依據(jù)循環(huán)經(jīng)濟的理念[14]，陸續(xù)開展了釩化工冶金固廢循環(huán)利用技術(shù)的研發(fā)，主要研究內(nèi)容包括(1)提釩尾渣高效提釩-富鐵尾渣煉鐵技術(shù)；(2)鉻泥直接合金化技術(shù)；(3)釩酸鐵冶煉中釩鐵技術(shù)；(4)釩泥釩化工流程再提釩技術(shù)；(5)50釩鐵爐渣生產(chǎn)釩鈦燒結(jié)礦技術(shù)，利用流程圖如圖1所示。其成果不僅有效提高了全流程的清潔生產(chǎn)水平，且對全面提升釩鈦磁鐵礦資源綜合利用率具有深遠的影響，經(jīng)濟和社會效益顯著。

2 提釩尾渣高效提釩-富鐵尾渣高爐煉鐵技術(shù)

本技術(shù)以回收提釩尾渣中的釩、提高尾渣中鐵品位為目標(biāo)，研究提釩脫硅過程中V2O5及其它組分的浸出規(guī)律，并對轉(zhuǎn)化過程進行了工藝優(yōu)化[15,16]。尾渣經(jīng)脫堿脫硅后鐵得以富集，可作為高爐煉鐵的原料。

2.1 提釩尾渣中釩的價態(tài)分析

根據(jù)含釩爐渣中的四價、五價釩具有兩性，可與堿發(fā)生反應(yīng)形成可溶性的釩酸鹽，溶于堿溶液中；二價與三價的釩只具有堿性，不能與堿發(fā)生反應(yīng)，因此采用堿熔法測定含釩爐渣釩價態(tài)，用電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀(ICP-OES，美國Perkin-Elmer公司) 對提釩尾渣進行成分分析，用電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀(ICP-OES，美國Perkin-Elmer公司)和X熒光光譜儀(XRF，荷蘭PANalytical公司)對堿溶后殘渣主要成分含量分別測定3次，取平均值，結(jié)果見表2[17] 。由表可知，提釩尾渣中92%以上的釩是高價態(tài)的，即提釩尾渣的提釩過程不需氧化氣氛即可進行。

2.2 提釩尾渣高效提釩

在堿渣比4:1、反應(yīng)時間5h、堿濃度80wt%、不通氧氣的條件下，考察了溫度對提釩脫硅率的影響，結(jié)果如圖2所示?？梢钥闯?，在非氧化性氣氛中，釩硅的溶出保持了一致性，表明釩在亞熔鹽介質(zhì)中的溶出規(guī)律與硅的溶出有內(nèi)在聯(lián)系，即鈉化焙燒過程中釩浸出率低是由于不溶性錐輝石包裹了可溶性釩含氧酸鹽，亞熔鹽介質(zhì)在溶出硅的同時，釋放了高價可溶性釩酸鹽，實現(xiàn)了釩硅同步溶出。

圖3為提釩尾渣與堿分解后渣的SEM圖?？梢钥闯?，提釩尾渣為釩渣在鈉化焙燒過程中燒結(jié)粘連成的大顆粒，內(nèi)部空隙較多。通過NaOH溶液分解，大顆粒變成了小顆粒，使提釩尾渣與堿介質(zhì)的接觸面積增大，且產(chǎn)物層減薄，促進了釩和硅的高效溶出。