高鈣釩渣氧化焙燒-碳酸鈉浸出提釩的研究.pdf

1、釩是一種重要的戰(zhàn)略資源，廣泛應(yīng)用于鋼鐵工業(yè)、航空工業(yè)、化工工業(yè)等領(lǐng)域。在中國，釩鈦磁鐵礦是目前提釩的主要礦物資源。釩鈦磁鐵礦提釩采用高爐還原-轉(zhuǎn)爐氧化-釩渣焙燒浸出的生產(chǎn)工藝流程。因傳統(tǒng)的鈉化焙燒提釩工藝的限制，轉(zhuǎn)爐提釩的過程中不能加入氧化鈣造渣劑進行脫磷，導(dǎo)致后續(xù)半鋼煉鋼脫磷負荷較重。近年來，鈣化焙燒清潔提釩新技術(shù)的發(fā)展使得轉(zhuǎn)爐提釩過程中加入堿性造渣劑成為可能。本文以轉(zhuǎn)爐提釩過程中加入氧化鈣造渣劑生成的高鈣釩渣為研究對象，采用直接焙燒

2、-碳酸鈉浸出的方法提釩，在實現(xiàn)釩元素浸出的同時抑制磷元素的浸出，有助于推動轉(zhuǎn)爐提釩過程加入氧化鈣造渣劑實現(xiàn)同時提釩脫磷工藝的實踐。
　　對釩渣直接焙燒過程進行研究，考察了焙燒過程中釩渣物相的變化、適宜的焙燒條件和焙燒動力學(xué)。研究結(jié)果表明：①釩渣主要有釩鐵尖晶石、橄欖石相、輝石相和氧化鐵組成，釩元素主要存在于釩鐵尖晶石相中。釩渣經(jīng)過焙燒后主要物相有Fe2O3和Fe2TiO5，此外還有Ca(VO3)2和Ca2V2O7生成。釩渣的焙燒溫

3、度從300℃到600℃時，釩渣的表面形貌基本不變，焙燒溫度在800℃以上釩的富集相形成，而焙燒溫度升高至1000℃時，釩渣燒結(jié)。②焙燒溫度和焙燒時間對釩轉(zhuǎn)浸率有很大的影響。經(jīng)實驗研究，適宜的焙燒溫度為950℃，焙燒時間為2.5 h。焙燒溫度過低或焙燒時間過短，釩渣氧化不充分，而焙燒溫度過高或焙燒時間過長，釩渣燒結(jié)。③釩渣焙燒過程為氣-固反應(yīng)，動力學(xué)模型符合收縮未反應(yīng)核模型。在0-30 min時釩的氧化較快，而在30-90 min時釩的氧

4、化變慢。在0-30 min時，化學(xué)反應(yīng)為限制性環(huán)節(jié)，釩渣焙燒氧化的表觀活化能為59.53 kJ/mol；在30-90 min時，混合擴散制為限制性環(huán)節(jié)，釩渣焙燒氧化的表觀活化能為18.96 kJ/mol。
　　采用碳酸鈉溶液作為浸出劑，對釩渣熟料浸出過程進行了研究，考察了適宜的浸出條件、浸出過程中釩渣的物相變化、雜質(zhì)元素浸出行為以及浸出動力學(xué)。研究結(jié)果表明：①將950℃下焙燒2.5 h的200目的釩渣熟料用160 g/L的Na2C

5、O3溶液在95℃下浸出2 h，液固比為10:1 mL/g，釩的浸出率達到最大值94.13％。而磷的浸出率僅為10.41%。②從釩渣熟料和浸出殘渣的物相結(jié)構(gòu)圖、表面形貌圖和浸出殘渣的組成成分可知：釩渣熟料用碳酸鈉熟料浸出后，釩酸鈣和碳酸鈉反應(yīng)生成的釩酸鈉全部進入到了濾液中，鈣離子和碳酸根離子結(jié)合生成的碳酸鈣都留在殘渣中，而磷元素絕大部分留在了殘渣中。③焙燒溫度從300℃升高到600℃時，磷的浸出率變化不大，焙燒溫度從600℃升高時，磷的浸

6、出率略有所增加，焙燒溫度為1000℃時，磷的浸出率為10.23%。碳酸鈉的濃度對磷的浸出率影響不大，因為碳酸鈣的溶度積遠遠大于磷酸鈣的溶度積，導(dǎo)致碳酸鈉和磷酸鈣反應(yīng)相對較弱。④釩渣熟料浸出動力學(xué)符合未反應(yīng)收縮核模型，釩渣浸出時，0-30 min，釩的浸出率急速增加，而30-120 min時，釩的浸出率增長較緩慢。在0-30 min時，化學(xué)反應(yīng)為限制性環(huán)節(jié)，活化能為67.74 kJ/mol，30-120 min時，擴散為限制性環(huán)節(jié)，活化能