钒渣提钒研究现状及发展趋势

钒是一种重要的稀有金属元素,广泛应用在国民经济的诸多重要领域。文中结合国内外的研究现状,对钒渣提钒的研究现状及发展趋势进行综述。目前,钒渣提钒已成为钒冶金领域的研究热点。钒渣提钒的方法可归纳为:钠化氧化焙烧提钒、钙化氧化焙烧提钒、无盐氧化焙烧提钒、无焙烧加压浸出、熔融态钒渣直接氧化提钒、基于过程强化的钒渣提钒和提钒尾渣的综合利用。钒渣提钒最重要的发展趋势是提钒的高效化、提钒的绿色化、提钒废液和尾渣的循环利用以及高值利用。     

低钒铁水提钒试验

根据攀成钢含钒铁水的特点和设备、工艺实际情况,采用转炉双联提钒法,开展了低钒铁水提钒工业试验,生产出成品试验钒渣143.2 t。铁水提钒各项技术经济指标优良,半钢[C]3.23%,[V]0.036%,温度1 395.5℃;钒渣V2O56.71%,TFe34.2%;钒氧化率76%,钒回收率为62.78%。提钒过程钒、碳元素氧化特征表明,提钒主要在吹氧前3 min进行,在4.5 min时结束;脱碳主要在提钒后期进行。     

高钙钒渣空白焙烧碳酸化浸出工艺研究

针对高钙高磷钒渣钙含量高,现有提钒工艺难以有效提钒的现状,采用空白焙烧-碳酸化浸出工艺进行了试验研究,并采用响应曲面法进行了优化。考察了高钙钒渣中CaO/V₂O₅(质量比)、焙烧温度、焙烧时间、浸出搅拌速度、浸出温度、浸出时间和碳酸钠溶液浓度等条件对高钙钒渣中钒浸出率的影响。结果表明：钒渣中的CaO/V₂O₅(质量比)=0.6、899℃钙化焙烧160 min,熟料在浸出温度95℃、浸出时间140 min、碳酸钠浓度168 g/L、搅拌速度为300 r/min等条件下浸出,钒浸出率平均为92.22%。相比于传统的提钒工艺,空白焙烧碳酸化浸出工艺对于高钙钒渣具有钒浸出率高的优势。     

方山口石煤提钒焙烧工艺研究

研究了焙烧对从方山口石煤中提钒的影响,考察了焙烧温度、入炉温度、有机质、添加剂氯化钠用量、焙烧时间、焙烧气氛和矿样粒度对钒浸出率的影响,试验发现,对来自同一矿区的矿样,当其中钙元素质量分数较高时,熟料中高价钒的水浸出率较低,采用1％的硫酸作为浸出剂对水浸渣进行再浸出,钒的浸出率可提高10％,最高可提高40％－50％。     

熔融钒渣添加碱性添加剂吹氧氧化行为研究

熔融钒渣直接氧化提钒中碱性添加剂的主要作用是与氧化钒结合生成可溶性钒酸盐,以便后续湿法浸出。以Na2CO3和CaO为例,通过理论分析和实验室实验着重研究了碱性添加剂对转炉熔融钒渣吹氧氧化行为的影响。结合后续的湿法浸出实验研究熟料中钒的氧化状态以及其与钒浸出的关系,利用X射线光电子能谱仪(XPS)对钒渣熟料中钒的价态含量进行分析。理论分析表明熔融钒渣中的钒氧化成高价在热力学和动力学上均存在一定限制,强制供纯氧和添加碱性添加剂有利于促进钒的氧化。实验结果发现,无添加剂条件下,熔渣中钒的氧化率极限约在80%,Na2CO3和CaO的存在有助于促进熔渣中钒的氧化。随着Na2CO3和CaO含量的增加,钒的氧化率与酸浸出率有增加的趋势,区别为钠法中钒的氧化率与水浸率协同增加,而钙法中,当钒氧化率为65%时酸浸率的峰值出现,钙化熟料中CaV2O5比Ca2V2O7更容易用酸浸出。     

钒渣空白焙烧高效清洁提钒技术

针对现有钒渣焙烧提钒工艺中存在焙烧温度高、炉窑结圈、转浸率低、产生大量氨氮废水等问题,研究了钒渣空白焙烧过程钒尖晶石相的氧化过程及机理,得出结论：钒铁尖晶石相在600℃以后即可完全氧化分解,钒渣经过750℃以上的温度一次焙烧后钒转化率＞95％.通过钒渣NaOH水热碱浸实验,在180℃碱浸2h条件下可以使钒浸出率达到95％以上.在空白焙烧-水热碱浸过程中,无有害气体及废水排放,属于高效清洁提钒生产技术.     

熔融钒渣直接氧化钠化提钒新工艺研究

针对现行钒渣焙烧工艺中存在的钒渣高温物理热的浪费问题,提出“熔融钒渣直接氧化钠化提钒”新工艺.在现行工艺基础上,对新工艺进行了热力学和动力学的计算与分析,最后进行了新工艺的实验室模拟试验.研究结果表明:新工艺条件下,钒渣在反应过程中热量充足会保持良好的熔融状态;新工艺的动力学条件明显优越于现行工艺;实验室试验结果验证了新工艺的可行性,在供氧充足,Na2CO3用量为20％～30％的条件下,钒渣氧化率约为90％,钒浸出率在82％以上.     

钒钛磁铁矿还原磨选法含钒钛尾渣提钒研究

为探索钒钛磁铁矿经还原-磨选工艺得到的含钒钛尾渣适宜的提钒方法,对比研究了钠化提钒和酸浸提钒两种提钒工艺,研究发现,采用钠化法提钒,钒的浸出率仅为18%左右,采用酸浸法提钒,钒的浸出率在70%以上。钒钛磁铁矿还原磨选法含钒钛尾渣宜采用酸浸提钒的方法进行处理。对物料特性及提钒过程可能发生的物理化学变化分析表明,钒钛磁铁矿还原磨选法含钒钛尾渣钠化法提钒在焙烧过程钒易形成包裹,而酸浸法提钒在预氧化焙烧过程钒不会形成包裹体现象是其钒浸出率较高的主要原因。     

石煤钒矿富氧焙烧试验研究

研究了石煤钒矿在富氧条件下的焙烧试验,考察了氧浓度、焙烧温度、焙烧时间等因素对钒浸出率的影响。结果表明,在氧浓度65%、焙烧温度860℃、焙烧时间210min的条件下,平均钒浸出率可达到84.5%,且生产五氧化二钒全流程总钒回收率为80.28%。     

从含镓浸钒渣中浸出镓的试验研究

本研究作为含镓红热钒渣吹氧氧化后，同时压煮浸出钒和镓的基础研究，采用正交试验设计法，对已提取过钒的浸钒渣进行了碱浸实验。结果表明，渣中镓可以被浸出，镓浸出率（ηＧａ）主要随浸液浓度和浸出温度的变化而改变；浸出液碱（ＮａＯＨ）水质量比为０．２７１、浸出温度为４５７Ｋ左右时ηＧａ最大，为６５％左右。为减少浸液中铁硅的含量，并能够同时浸出钒和镓，应提高碱浓度，控制合适的保温时间，浸出温度以４７５Ｋ为宜。     

提钒弃渣回用对钒渣焙烧的影响

以钒渣和弃渣为原料,碳酸钠和氯化钠为钠化剂,进行焙烧试验。不仅降低钒资源的损失,而且能减轻环境污染。通过硫酸亚铁铵滴定法,考察了焙烧温度、保温时间、碱比、碱盐比对不同钒含量样品钒浸出率的影响。结果表明:钒渣中适量的弃渣加入能促进钒转化率的提高;弃渣掺杂量16.376%时,最佳煅烧温度为800℃,保温时间为60 min,碱比1.5,碱盐比3.5,钒浸出率98.43%。     

熔融钒渣直接提钒新工艺

现行钒渣焙烧工艺中的钒渣高温物理热被浪费,对"熔融钒渣直接氧化钠化提钒"新工艺的可行性进行分析,并进行实验室模拟试验。结果表明,新工艺条件下,试验过程中熔融钒渣流动性良好,焙烧后钒渣水浸率为50%～80%,焙烧后钒渣中的钒主要以偏钒酸钠的形式存在。新工艺是合理可行的,具有工业生产价值。     

熔融钒渣直接氧化提钒方法节能减排初步分析

为了分析熔融钒渣直接氧化提钒方法在节能减排方面的效果,计算对比了该方法与现行钒渣焙烧提钒工艺能耗,结果显示熔融钒渣直接氧化提钒方法比现行钒渣焙烧提钒工艺节能2.09×106kJ/t（钒渣）,相当于减排CO2 178.00kg/t（钒渣）。该方法可为钒渣提钒工业的节能减排作出巨大的贡献。     

钒渣回转窑一次焙烧—水浸提钒试验研究

本文对钒渣结构及在氧化-钠化焙烧时的相变特点进行了分析,通过试验找出了影响钒转化的规律,提出了工业生产时钒渣在回转窑中焙烧的改进措施及条件,介绍了试验结果并指明一次焙烧-水浸提钒的重要意义。     

水浸提钒弃渣的回收研究

研究了提钒弃渣返回雾化吹钒后,经过预热及还原焙烧的渣对半钢温度、铁水脱钒率、脱磷率、脱硫率及钒渣质量的影响规律。     

硅质石煤钒矿提钒新工艺研究

通过单因素条件试验确定了"空白焙烧-碱浸"和"氧化剂氧化-酸浸"这两种提钒工艺的最优工艺参数。试验结果表明:空白焙烧-碱浸的最佳工艺条件为矿样粒度0.074 mm、焙烧温度800℃、焙烧时间3 h、氧分压10~100Pa、浸出温度90℃、浸出时间3 h、烧碱浓度40 g/L、液固比1.5∶1.0,在此条件下钒的浸出率可达到83.8%,比传统的钠化焙烧-酸(碱)浸工艺提高20%以上。在矿物粒度0.074 mm、氧化剂MnO2用量为5%、硫酸浓度为40%(质量分数)、浸出温度为90℃、浸出时间为9 h、液固比为2.5∶1.0的条件下,氧化剂氧化-酸浸提钒工艺的钒浸出率可达72.4%,比传统的钠化焙烧工艺高出10%以上。     

含钒石煤微波焙烧提钒试验研究

以某含钒石煤为原料进行微波焙烧提钒研究,并与常规焙烧提钒进行对比,主要考察微波焙烧温度、微波焙烧时间、硫酸体积浓度、浸出时间、液固比、浸出温度对钒浸出率的影响。结果表明,在微波焙烧温度550℃、焙烧时间20min、硫酸体积浓度15%、浸出时间6h、液固比1.5∶1(mL/g)、浸出温度95℃的条件下,钒浸出率为86.64%,在相同浸出条件下,常规马弗炉700℃焙烧1h钒的浸出率为84.22%。微波焙烧相对常规焙烧能在更低温度、更短时间内达到相同的提钒效果。     

采用钙化焙烧—铵盐浸出工艺从钒渣中浸出钒

研究了采用钙化焙烧—铵盐浸出工艺从钒渣中提取钒。分别以氧化钙和碳酸钙为钙化剂对钒渣进行焙烧,考察了不同焙烧条件和浸出条件对钒渣中钒、硅、磷浸出的影响。结果表明:以碳酸钙为钙化剂,对钒渣在n(CaO)/n(V_2O_5)=1.2/1、钒渣粒度45～75μm、焙烧温度920℃条件下焙烧45 min,然后在60℃下用1 mol/L碳酸氢铵溶液浸出60 min,钒浸出率可达82%,硅浸出率低于9%,磷不被浸出,钒渣杂质脱除效果较好。     

钒渣无焙烧加压酸浸过程研究

针对现有产业化钒渣"焙烧-浸出"提钒工艺冶金废弃物多的现状,采用钒渣"无焙烧-加压酸浸"工艺进行了试验研究,考察了浸出温度、液固比、浸出时间、初酸浓度及搅拌速率对转炉钒渣中钒、钛、铁浸出率的影响,绘制了高温(150℃)条件下V-Fe-H2O系E-p H图,并分析了钒渣矿物中各组分在该条件下与H2SO4反应的可能性、有价金属转入溶液的理论限度和生成物的稳定状态。150℃V-Fe-H2O系高温Ep H图结果表明:150℃时,在H2O及Fe2+的稳定区范围内,钒铁尖晶石(Fe O·V2O3)能够在p H1.5的强酸条件下分解,可溶性钒离子主要以VO2+的形式在体系中充分浸出;通过无焙烧-加压酸浸试验,得到粒度-0.075~+0.055 mm钒渣的最优酸浸工艺参数为:浸出温度130℃、浸出时间90 min、初酸浓度200 g·L-1、液固比10∶1、搅拌速率500 r·min-1。结果表明:在最优工艺条件下,通过无焙烧-酸浸能够使钒渣中的钒浸出率达96.93%,铁浸出率为92.33%,钛浸出率为15.95%,并在渣中富集。     

硼钙石强化转炉钒渣氧化焙烧的研究

转炉钒渣含有TiO2、Al2O3和硅酸盐,物料焙烧过程容易形成包裹钒铁尖晶石相,不利于低价钒的氧化转化,降低熟料钒化合物的浸出率。试验通过采用硼钙石作为添加剂,改善转炉钒渣钙法焙烧性能。结果表明,硼钙石可有效破坏含钒尖晶石相外层的硅酸盐,强化转炉钒渣钙法焙烧物相转化,从而降低焙烧过程温度,节约能耗。