钒(V)与铬(Cr)都是我国重要的战略资源,都是拥有优异物理性质和化学性质的金属,被广泛的应用于冶金、化工、航天等领域。目前现有的钒钛磁铁矿为原料的高炉冶炼-转炉吹炼-钒渣钠化焙烧/水浸提钒过程中,由于钒、铬的氧化还原性质高度相似,钒渣中的钒与铬均被转入到含钒溶液中,经沉钒后铬富集于沉钒废水,导致含铬、钒的废水污泥产生。该污泥由于含大量铬而成为危废,目前未有资源化利用方法,只能堆弃。此外,对于高铬型钒渣(即钒铬渣),当采用清洁的钙化焙烧/酸浸工艺时,钒渣钙化焙烧熟料浸钒后所得提钒尾渣含铬,但目前仍未寻找到此含铬尾渣的适宜资源化利用方法。无论是沉钒废水污泥的堆弃还是含铬提钒尾渣的搁置,均造成了严重的铬资源浪费,同时也对环境造成了严重威胁。针对此,本文开展了沉钒废水污泥和提钒尾渣的资源化与无害化处理研究。对于不同沉钒废水脱毒处理工艺所得废水污泥——钒铬还原渣和铬泥,基于离子交换树脂法分别建立了其中钒、铬的分离与回收方法。针对钒铬渣的提钒尾渣,首先通过优化浸出条件提高钒浸出率以降低提钒尾渣的残钒率,再以该提钒尾渣造含铬生铁为目的,建立了该提钒尾渣的脱硫和脱磷方法以为后续造生铁作准备。本文所建立的废水污泥钒、铬分离与回收方法与提钒尾渣的脱磷脱磷方法,同时实现或促进了废水污泥与提钒尾渣的脱毒与资源化利用,为钒产业绿色升级奠定了理论基础。本课题的主要研究内容及结果如下:(1)钒铬还原渣的钒铬分离研究钒铬还原渣中钒以V(Ⅳ)形式存在、铬以Cr(Ⅲ)形式存在。以钒、铬浸出为目标,优化了钒铬还原渣的浸出条件;液固比15:1、硫酸浓度为15wt%、浸出时间为90 min、浸出温度为80℃,此时钒浸出率达到90%、铬浸出率为94%。对该浸出液絮凝脱硅后,采用H₂O₂将V(Ⅳ)选择性氧化为V(Ⅴ)使钒元素转变为钒酸根阴离子,再用阴离子交换树脂吸附V(Ⅴ)。优化了离子交换树脂对V(Ⅴ)的静态吸附条件:在吸附时间为240min、温度为60℃时,树脂的吸附达到平衡。离子交换树脂的SEM表征结果表明,钒在离子交换树脂表面的吸附是由Cl^-与V(Ⅴ)的钒酸根阴离子发生离子反应而实现的。钒铬还原渣浸出液的动态吸附研究结果表明,最优床层高度为15cm、进料速度为5 ml/min,利于V(Ⅴ)的吸附富集。(2)铬泥的钒铬分离研究铬泥中钒以V(Ⅴ)含氧酸阴离子形式存在、铬以Cr(Ⅲ)阳离子形式存在。以铬泥中钒、铬浸出为目标,优化了铬泥的浸出条件;当液固比为15:1、硫酸浓度为10 wt%、浸出时间为90 min、浸出温度为80℃,钒的最大浸出率为94%,铬此时浸出率为96%。铬泥浸出液的静态离子交换研究结果表明,当吸附时间为240min、温度为60℃时,V(Ⅴ)在树脂表面的吸附达到平衡。对铬泥的浸出液进行动态实验,优化后的动态实验参数为床层高度为15cm、进料速度为5ml/min,此时最利于V(Ⅴ)在离子交换柱的吸附富集。(3)钒铬渣钙化熟料浸钒研究对钒铬渣进行XRD及XRF分析,钒铬渣钙化熟料的主要组成物相有(Fe_0.6Cr_0.4)₂O₃、SiO₂、Ca₃(VO₄)₂等。对钒铬渣钙化熟料的浸出实验进行优化,最佳浸出参数为:浸出pH2.8,浸出液固比4:1,浸出温度50℃,浸出时间60min,钒的浸出率最大为91.1%。钒铬渣钙化熟料浸出过程中,浸出条件对除锰以外的其它杂质元素的浸出率影响不大。最佳浸出条件下,铬的浸出率为1%、磷的浸出率为1.2%、铁的浸出率为0.73%、硅的浸出率为10.96%、锰的浸出率最高为29.56%。对钒铬渣钙化熟料浸出液进行钒价态分析,结果表明钒元素主要以V(Ⅴ)的形式从钒铬渣钙化熟料中迁移到浸出液中。对浸出后的提钒尾渣进行XPS分析,得到铬元素始终以(Fe_0.6Cr_0.4)₂O₃固溶体形式存在于固相中,没有发生价态变化,始终以Cr(Ⅲ)形式存在,不存在剧毒的Cr(Ⅵ)。(4)提钒尾渣的脱磷脱硫方法研究针对钒铬渣提钒尾渣的磷、硫含量高而影响后续冶炼含铬生铁的问题,建立该提钒尾渣的脱磷、脱硫方法。提钒尾渣的脱磷剂为硫酸溶液,所得最优脱磷条件为:浸出液pH0.5、浸出液固比为1.5:1、脱磷率达到94%;经过脱磷处理的提钒尾渣中的磷含量为0.008%。提钒尾渣的脱硫剂为碳酸铵溶液,最佳的脱硫条件为:碳酸铵质量分数8%、温度为25℃、时间为15min、液固比为1:1,脱硫率高达到99%;经过脱硫处理后的提钒尾渣中的硫含量为0.02%。XPS表征结果表明,经脱磷脱硫处理的提钒尾渣未见剧毒Cr(Ⅵ)。