钒渣生产原理(钒渣-五氧化二钒-三氧化二钒-金属钒-钒铁-钒铝合金-碳氮化钒-钒电池)

钒渣生产原理（钒渣-五氧化二钒-三氧化二钒-金属钒-钒铁-钒铝合金-碳氮化钒-钒电池）原创邹建新崔旭梅教授等1钒渣生产方法简介提钒原料有钒钛磁铁矿、石煤等。要从钒钛磁铁矿中回收钒，首先需将钒钛磁铁矿在高炉或电炉中冶炼出含钒铁水。含钒铁水提钒的主要任务有以下几方面：⑴把含钒铁水吹炼成满足下一步炼钢要求的高碳含量的半钢；⑵最大限度的把铁水中钒选择性氧化进入到钒渣中；⑶得到的钒渣能作为下一步提取五氧化二钒的原料。提钒的方法很多，但有些方法已经被淘汰(如雾化提钒)。目前世界上铁水提钒的方法主要有四种：⑴摇包提钒（南非海威尔德用）；⑵铁水包提钒（新西兰）；⑶空气底吹转炉提钒（俄罗斯丘索夫）；⑷氧气顶吹（复合吹炼）转炉提钒（俄罗斯下塔吉尔和中国攀钢、马钢、承钢）。钒钛磁铁矿的火法提钒工艺流程图如图5.1.1所示。图5.1.1 火法提钒工艺2 转炉提钒的主要化学反应转炉提钒过程：转炉提钒是氧射流与金属熔体表面相互作用，与铁水中铁、钒、碳、硅、锰、钛、磷、硫等元素的氧化反应过程。这些元素氧化反应进行的速度取决于铁水本身化学成分、吹钒时的动力学条件和热力学条件。转炉提钒中的化学反应：转炉提钒就是利用选择性氧化的原理,采用高速氧射流在转炉中对含钒铁水进行搅拌，将铁水中钒氧化成稳定的钒氧化物,以制取钒渣的一种物理化学反应过程。在反应过程中，通过加入冷却剂控制熔池温度在碳钒转化温度以下，达到“去钒保碳”的目的。元素的氧化反应可用以下通式表示：m/n[Me]+1/2{O2}=1/n(MemOn)式中[Me]─为铁水中的组元；{O2}─为气相中的氧气；(MemOn)─为炉渣中的氧化物或气体氧化物，m、n─为化学反应的平衡系数。V的氧化主反应为：2/3[V]+1/2{O2}=1/3(V2O3)2/5[V]+1/2{O2}=1/5(V2O5)1/3(V2O3)+1/2{O2}=1/5(V2O5)其他杂质的氧化副反应为：1/2[Si]+1/2{O2}=1/2(SiO2)[Ca]+1/2{O2}=(CaO)[Mn]+1/2{O2}=(MnO)[Fe]+1/2{O2}=(FeO)2(FeO)+1/2{O2}=(Fe2O3)(C)+{O2}={CO2}反应能力的大小取决于铁水组分与氧的化学亲合力，即标准生成自由能。值越负，表明氧化反应越容易进行。铁水中元素氧化的-T图如图5.1.2所示。反应完成后，液态的Fe留在转炉里，称为半钢；固态（熔融态）的渣敝出后放入渣罐，称为钒渣。钒渣是由FeO、SiO2、V2O3、TiO2、CaO、Al2O3、MgO、Cr2O3等组分构成的。一般情况下，钒渣中CaO、P、SiO2的含量越低则钒渣评级越高。高炉铁水、钒渣和半钢典型化学成分如表5.1.1～5.1.3所示。3 转炉提钒脱钒、脱碳规律脱钒规律：吹钒前期熔池处于“纯脱钒”状态，脱钒量占总提钒量的70%，进入中后期，碳氧化逐渐处于优先，随钒含量的降低，脱钒速度也随之降低。图5.1.2铁水中元素氧化的-T图脱碳规律：在吹炼前期，脱碳较少，反应进行速度较低，中后期脱碳速度明显加快，在此期间碳氧化率达70%。另外，在倒炉及出半钢期间，也有少量碳氧化。在熔池区域，碳的氧化反应按下列反应进行：[C]+[O]=CO在射流区域碳的氧化反应按下列反应进行：2[C]+O2=2CO 表5.1.1高炉铁水典型化学成分（%）元素CSiMnVTiSPFe含量4.40.100.200.300.080.0130.057其余         注：铁水温度为1250℃。表5.1.2钒渣典型化学成分（%）成分CaOSiO2V2O5TFeMFeP含量1.5-2.516-1816-2030-3514-160.057表5.1.3 半钢典型化学成分（%）元素CSiVSPFe含量3.55微量0.040.0250.06其余注：铁水温度为1375℃。参考文献：《钒钛产品生产工艺与设备》，北京：化学工业出版社，作者：邹建新等，2014.01《钒钛物理化学》，北京：化工出版社，作者：邹建新，2016（钒钛资源综合利用四川省重点实验室【攀枝花学院】，cnzoujx@sina.com）四川省钒钛工程技术中心