高硅低钒钒渣提取五氧化二钒的研究

赵蓓

河钢股份有限公司承德分公司钒钛事业部河北省承德市067000

摘要：钒是一种重要的战略物资，主要应用于钢铁工业、国防尖端技术、化学工业等领域。钒在世界上资源丰富、分布广泛，但无单独可供开采的富矿，总是以低品位与其他矿物共生。用于提钒的原料有很多种，钒钛磁铁矿是提钒的主要资源，世界上钒年产量的88%是从钒钛磁铁矿中获得的。本文分析了高硅低钒钒渣提取五氧化二钒内容。

关键词：高硅低钒钒渣；五氧化二钒；钒浸出率

近年来，随着钢铁工业的发展，高品位铁矿石日益短缺。为了应对这种局面，某钢厂在高炉冶炼过程中，在普通矿石中添加部分钒钛磁铁矿，所得到的铁水中含0.15%以上的钒。为了回收铁水中这部分钒，采用转炉双联提钒工艺。跟普通的钒渣相比，采用该工艺所得到的钒渣具有高硅、高钙、高钛、低钒等特点。

1概述

1.1钒的应用及市场前景。钒是一种重要的金属元素,在冶金和化工部门有着广泛的用途,约有85%~90%的钒应用于钢铁生产中。钒能细化晶粒,提高钢的硬度和耐磨性。钒还被用于硫酸工业和石化工业的催化剂,用于制造飞机发动机、宇航船舱骨架、导弹、军舰的水翼和引进器、蒸汽涡轮机叶片、火箭发动机壳的钒钛合金,用于锂钒高容量电池。钒在医药中被用作抗糖尿病及改善心血管功能的药物,在陶瓷工业、太阳能工业也有广泛的用途。预计未来几年,中国将成为世界上最具潜力的钒产品市场。仅满足钢铁生产消耗钒产品一项,钒产量每年就必需增产30%以上。随着国内对钒制品需求量的不断扩大,钒制品产量虽有所增加,但生产增速小于需求增速。

1.2矾矿资源。地壳中的钒储量虽多但很分散,没有单独的矿床,通常伴生在钒钛磁铁矿、磷盐矿、碳沥青、石煤、石油灰渣和钾钒矿等矿床中。含钒石煤是我国的主要钒矿资源,其五氧化二钒的质量分数很高,一般都在0.5%以上,质量分数在1%以上的石煤钒矿就不在少数。湖南、湖北、浙江、陕西等省都有丰富的含钒石煤矿床。石煤矿床中有的钒质量分数高达2%~4%。

2高硅低钒钒渣提取五氧化二钒

2.1原料工序。钒渣由炼钢转炉吹炼后直接运至提钒车间，经自然冷却后，先经箍砸送至颚式破碎机粗破，粗破后经干球磨细磨除铁，然后加钠盐混合后送到回转窑进行钠化焙烧。原料工序的关键在于把粗钒渣磨细并除去里面的金属铁，从生产数据来看，原料工序处理后的目的粒径比例在80%左右，粒径尚可;而MFe为2.63%，满足工艺要求，说明原料系统的磁选效果良好。由于目前尚处于生产初期，对设备而言有个磨合期，故出现了砸钒渣效率低、球磨机连接衬板的螺丝易断等问题。近年来石煤提钒对传统工艺的改进主要有改用无害焙烧添加剂,用酸浸或碱浸取代水浸,以及用溶剂萃取法和离子交换法提钒,有的工艺取消焙烧工序用完全湿法提钒。

2.2焙烧工序。一是焙烧物理化学反应。混合料按规定的给料速度给入回转窑进行氧化钠化焙烧，焙烧好的高温熟料通过下料溜管进入水冷内螺旋输送机。熟料冷却降温后输送到湿式球磨机制成固液混合料浆。钒渣在回转窑焙烧过程中要产生两类重要的化学反应:一类是氧化反应，钒渣中的低价氧化物完全被氧化成高价氧化物;另一类是钠化反应，钒的高价氧化物与钠盐(反应生成可溶于水的钒酸钠。这两类反应缺一不可，因此，钒渣的焙烧过程被称为氧化钠化焙烧，如果烧成料在窑内冷却过程中是缓慢冷却，生成的偏钒酸钠在结晶时，有脱氧反应，偏钒酸铵将变成不溶于水的钒青铜，这必然会降低钒的转浸率。如果在偏钒酸钠熔点550℃以上出窑急速冷却，偏钒酸钠在窑内的结晶脱氧便可以避免或减少。

二是焙烧生产。从生产数据来看，焙烧时钒的转化率平均为86.60%，转化率较以前有较大幅度的提升，主要是从以下几方面进行了改进:增加了混料时间，使物料混合更均匀;调低了回转窑的转速，从而增加物料在回转窑的停留时间。稳定了燃烧制度，不再使用天然气了。稳定了下料量，减少了物料转化率的大幅度波动。碱比由原来的1.2左右提高到现在的1.4左右。三是存在问题。煤气(全为高炉煤气)质量不高，压力波动较大，影响窑温和焙烧转换率的稳定性。

2.3浸出工序。一是浸出原理。浸出工序主要是把焙烧后的钒渣经过湿球磨磨细后，然后经过橡胶带式过滤机过滤，使钒以可溶性的钠盐形式进入溶液，然后对溶液进行氯化钙除磷得到供沉钒用的合格液。二是浸出生产。从浸出工序生产指标，浸出工序的效果不太理想，除P效果虽也基本达到要求，处理后的P为0.014g/l，但波动较大;尾渣里的全钒(1.47%)和可溶钒(0.22%)较高，均未达到浸出工序工艺要求，影响了浸出工序钒的收得率，从而影响了钒的总收得率和生产成本。

2.4沉钒工序。一是浸出合格液经预热后进入沉淀罐，将溶液加热到一定温度，加酸调节PH值，再二次加热，加入过量硫酸铵、搅匀，再次加酸调节PH值。沉淀罐合格产品用泵输送到APV汇集罐暂存，然后送入厢式压滤机进行过滤、洗涤、吹风，得到含水约40%的多钒酸铵(APV饼)。沉淀上清液用泵送到上清液汇集罐，经重力沉降后对底部含钒物料进行回收，上清液排入废水管道，送入水处理系统。沉钒过后得到的APV饼通常含水分较高，将APV加热到500℃～550℃，经过干燥脱去吸附和结晶水分后才能得到粉状的五氧化二钒。如果制成片状，将APV加热到五氧化二钒的熔点以上(800℃～900℃)，经脱水、熔化后，再经粒化台制成片状五氧化二钒，这个过程就称之为熔化，提钒车间在熔化工序采用的主要设备是反射炉，从熔化生产指标，详见表1可知，熔化所需时间较以前的22小时下降到了18小时左右，(将观察入孔拉开，采用风扇往里鼓风，从而增加氧化气氛;片钒的质量也得到了一定的提升，基本都达到了98片钒的要求。二是存在问题。煤气(高炉煤气)质量不高、热值效应不高(仍需要使用天然气)，压力波动较大，升温时间长，从而延长了熔化时间。助燃风机能力较小，炉内氧化气氛不够高，延长了熔化所需的时间。熔化炉尚存质量等问题，炉内的砖衬出已有部分出现脱落或漂移等现象。加料孔的位置没有根据炉内料面的布置有机结合，所以出现布料后，需要大量人工进行炉内料面重新布料等工作，延长了布料的时间，影响了整个熔化的时间。

表1

2.5废水处理。从废水处理指标看，除钒、除铬效果较好，氨氮处理系统无数据。氨氮处理系统目前由于加热器等设备存在问题，目前仍处于调试阶段，目前的处理能力约为13m3/h，而设备的正常能力在21m3/h，故调试后未达到正常值，需进行改造。由于目前废水处理能力跟不上，成了整个提钒车间稳定顺行的制约瓶颈。各工序设备有部分需要不断改进，从而确保生产的稳定和顺行。从焙烧和熔化两个工序来看，所使用的高炉煤气热值低、压力波动较大，给生产带来升温慢、温度波动等影响，若能用热值较高且价廉的混合煤气或焦炉煤气来替代高炉煤气，则效果将会有明显的好转。

五氧化二钒生产过程中会产生一定量的污染,但是采取适当的环境保护措施后,对环境的影响能降到较低的水平。同时,在生产过程中也会产生一些能回收利用的物质,这些物质如果能被有效的利用起来,除了可以增加经济收益外,也可以节约资源,以废制用,从而达到有效地保护环境的目的。

参考文献

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