高鈣低品位釩渣焙燒-浸出反應(yīng)過程機(jī)理研究.pdf

1、釩是一種重要的戰(zhàn)略物資，廣泛應(yīng)用于鋼鐵工業(yè)、國防尖端技術(shù)、化學(xué)工業(yè)以及輕紡工業(yè)等領(lǐng)域。近年來，隨著鋼鐵工業(yè)的發(fā)展，普通鐵礦石的供應(yīng)量日趨緊張，為了應(yīng)對(duì)日益嚴(yán)峻的形勢(shì)，同時(shí)充分利用攀西地區(qū)釩鈦磁鐵礦，某鋼廠成功開發(fā)了釩鈦磁鐵礦小高爐冶煉技術(shù)，釩鈦磁鐵礦配加量達(dá)30％以上，產(chǎn)出的鐵水中釩含量達(dá)到0.15％以上。為了回收鐵水中這部分釩，采用轉(zhuǎn)爐雙聯(lián)提釩工藝，得到的釩渣中V2O5含量小于10％，CaO含量大于5％，與普通釩渣(含12-25％V2

2、O5、0.7-2.5％CaO)相比，該釩渣具較高的鈣、較低的釩等特點(diǎn)。對(duì)于這種特殊的釩渣，目前沒有較好的處理方法。本課題采用鈉化焙燒-水浸與鈣化焙燒-碳酸鈉浸出技術(shù)從高鈣低品位釩渣提釩，探索其可行性并對(duì)氧化焙燒過程與浸出過程進(jìn)行了詳細(xì)的研究，為工業(yè)提釩提供理論指導(dǎo)。
　　 首先對(duì)高鈣低品位釩渣的物相組成及元素的點(diǎn)、面、線分布進(jìn)行了研究。結(jié)果表明：高鈣低品位釩渣由尖晶石相、橄欖石相和輝石相組成。尖晶石呈連結(jié)狀或分散狀，其顆粒大小一

3、般為20-30μm。在尖晶石中元素的含量從高到低依次是：鐵、釩、鈦、氧、鉻、錳、鋁；在尖晶石中心部分釩、鉻的含量較高，而尖晶石外層鈦、錳、鐵、鋁的含量較高；在橄欖石中元素的含量從高到低依次是：氧、硅、鐵、錳；在輝石相中元素的含量從高到低依次是：硅、氧、鈣、鐵、鋁、鈦。
　　 采用碳酸鈉為添加劑，對(duì)釩渣鈉化氧化焙燒-水浸過程進(jìn)行了研究，考察了氧化焙燒過程與浸出過程對(duì)釩浸出的影響、釩渣氧化焙燒過程物相變化、鈉化焙燒渣浸出過程物相變化

4、、釩酸鈉的形成機(jī)理等。結(jié)果表明：①鈉化焙燒-水浸提釩的最佳條件：碳酸鈉加入量為18％，焙燒溫度為700℃，焙燒時(shí)間為2.5h；浸出溫度為90℃，浸出時(shí)間為30min和浸出液固比為5:1mL/g。在此優(yōu)化條件下，釩浸出率可達(dá)89.5％以上，浸出液中主要雜質(zhì)為Si、P和Cr。②釩渣鈉化氧化過程與焙燒渣水浸過程物相變化。1)在碳酸鈉加入量為18％時(shí)，釩渣的氧化溫度范圍為273℃至700℃；橄欖石相與尖晶石相分別在500℃和600℃分解完全；大

5、部分水溶性釩酸鹽在500℃與600℃之間形成；當(dāng)焙燒溫度在700℃以上時(shí)，釩酸鹽富集相明顯可見。但焙燒溫度過高時(shí)，樣品出現(xiàn)燒結(jié)，釩被玻璃相包裹。2)在水浸過程中，除了鈉鹽在水浸中溶解外，殘?jiān)闹饕锵嗯c焙燒渣基本一樣；而焙燒渣中釩酸鈣與磷酸鈉或硅酸鈉反應(yīng)轉(zhuǎn)化為可溶性的釩酸鈉，同時(shí)可除去浸出液中的雜質(zhì)硅和磷。③釩酸鈉的形成機(jī)理。三氧化二釩與碳酸鈉反應(yīng)時(shí)，在200℃到400℃之間首先生成釩氧化物VOm(1.5

6、Na2O、Na2O2)；在300℃到500℃之間形成中間產(chǎn)物(釩青銅)NaV6O15、Na5V12O32和NaV3O8；在500℃到600℃之間，釩青銅被氧化成水溶性的釩酸鈉。
　　 采用氧化鈣為添加劑，對(duì)釩渣鈣化氧化焙燒-碳酸鈉浸出過程進(jìn)行了研究，考察了氧化焙燒過程與浸出過程對(duì)釩浸出的影響、釩渣氧化焙燒過程物相變化及氧化動(dòng)力學(xué)、氧化鈣含量對(duì)釩渣氧化過程及焙燒渣碳酸鈉浸出過程的影響、釩酸鈣的形成機(jī)理、鈣化焙燒渣浸出過程物相變化及

7、浸出過程動(dòng)力學(xué)等。結(jié)果表明：①鈣化焙燒-碳酸鈉浸出提釩的最佳條件：焙燒溫度為850℃，焙燒時(shí)間為1h；碳酸鈉濃度為160g/L，浸出溫度為95℃，浸出時(shí)間為2.5h，浸出液固比為10:1mL/g，攪拌速度為400r/min。在此優(yōu)化條件下，釩的浸出率達(dá)90％以上，浸出液中主要雜質(zhì)為Si和P。②釩渣氧化焙燒過程物相變化及氧化動(dòng)力學(xué)。1)釩渣的氧化溫度范圍為300℃到900℃，橄欖石和尖晶石分別在500℃和800℃分解完全，在850℃以上釩

8、的富集相形成，當(dāng)焙燒溫度達(dá)到1000℃時(shí)，樣品被燒結(jié)。2)釩渣的氧化過程可以用未反應(yīng)收縮核模型來描述，在氧化過程中受內(nèi)擴(kuò)散控制，初始階段(0-10min)反應(yīng)的表觀活化能為126.6kJ/mol。③釩酸鈣的形成機(jī)理。當(dāng)三氧化二釩與碳酸鈣反應(yīng)時(shí)，釩酸鈣的形成主要取決于起始原料中V2O3和CaCO3的比例和焙燒溫度。在400℃時(shí)，部分釩被轉(zhuǎn)化為釩青銅Ca0.17V2O5。在500℃時(shí)V2O3氧化成V2O5。在600℃時(shí)，當(dāng)V2O3∶CaCO

9、3為1∶1時(shí)，主要產(chǎn)物為Ca(VO3)2；當(dāng)V2O3∶CaCO3為1∶2時(shí)，主要產(chǎn)物為Ca(VO3)2和CaV2O7；當(dāng)V2O3∶CaCO3為1∶3時(shí)，主要產(chǎn)物為CaV2O7。當(dāng)溫度進(jìn)一步升高，Ca(VO3)2會(huì)轉(zhuǎn)化為Ca2V2O7，進(jìn)而轉(zhuǎn)化為Ca3(VO4)2。④氧化鈣含量對(duì)釩渣氧化過程及焙燒渣碳酸鈉浸出過程的影響。1)氧化鈣含量從6.39％到36.39％的樣品中均形成了釩的富集相；隨著樣品中氧化鈣含量的增加，焙燒渣中主要物相Fe2O