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(guó)，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(guò)程中不能加入氧化鈣造渣劑進(jìn)行脫磷，導(dǎo)致后續(xù)半鋼煉鋼脫磷負(fù)荷較重。近年來(lái)，鈣化焙燒清潔提釩新技術(shù)的發(fā)展使得轉(zhuǎn)爐提釩過(guò)程中加入堿性造渣劑成為可能。本文以轉(zhuǎn)爐提釩過(guò)程中加入氧化鈣造渣劑生成的高鈣釩渣為研究對(duì)象，采用直接焙燒

2、-碳酸鈉浸出的方法提釩，在實(shí)現(xiàn)釩元素浸出的同時(shí)抑制磷元素的浸出，有助于推動(dòng)轉(zhuǎn)爐提釩過(guò)程加入氧化鈣造渣劑實(shí)現(xiàn)同時(shí)提釩脫磷工藝的實(shí)踐。
　　對(duì)釩渣直接焙燒過(guò)程進(jìn)行研究，考察了焙燒過(guò)程中釩渣物相的變化、適宜的焙燒條件和焙燒動(dòng)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(guò)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(shí)，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(shí)，釩渣燒結(jié)。②焙燒溫度和焙燒時(shí)間對(duì)釩轉(zhuǎn)浸率有很大的影響。經(jīng)實(shí)驗(yàn)研究，適宜的焙燒溫度為950℃，焙燒時(shí)間為2.5 h。焙燒溫度過(guò)低或焙燒時(shí)間過(guò)短，釩渣氧化不充分，而焙燒溫度過(guò)高或焙燒時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，釩渣燒結(jié)。③釩渣焙燒過(guò)程為氣-固反應(yīng)，動(dòng)力學(xué)模型符合收縮未反應(yīng)核模型。在0-30 min時(shí)釩的氧化較快，而在30-90 min時(shí)釩的氧

4、化變慢。在0-30 min時(shí)，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(shí)，混合擴(kuò)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(duì)釩渣熟料浸出過(guò)程進(jìn)行了研究，考察了適宜的浸出條件、浸出過(guò)程中釩渣的物相變化、雜質(zhì)元素浸出行為以及浸出動(dòng)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(dá)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?jiān)奈锵嘟Y(jié)構(gòu)圖、表面形貌圖和浸出殘?jiān)慕M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(jìn)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?jiān)?，而磷元素絕大部分留在了殘?jiān)小＂郾簾郎囟葟?00℃升高到600℃時(shí)，磷的浸出率變化不大，焙燒溫度從600℃升高時(shí)，磷的浸

6、出率略有所增加，焙燒溫度為1000℃時(shí)，磷的浸出率為10.23%。碳酸鈉的濃度對(duì)磷的浸出率影響不大，因?yàn)樘妓徕}的溶度積遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于磷酸鈣的溶度積，導(dǎo)致碳酸鈉和磷酸鈣反應(yīng)相對(duì)較弱。④釩渣熟料浸出動(dòng)力學(xué)符合未反應(yīng)收縮核模型，釩渣浸出時(shí)，0-30 min，釩的浸出率急速增加，而30-120 min時(shí)，釩的浸出率增長(zhǎng)較緩慢。在0-30 min時(shí)，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(shí)，擴(kuò)散為限制性環(huán)節(jié)，活化能