含釩鋼渣提釩利用研究

丁滿堂

（攀枝花學(xué)院釩鈦學(xué)院，四川 攀枝花 617000）

釩鈦磁鐵礦經(jīng)磁選變?yōu)殁C鈦磁鐵精礦，釩鈦磁鐵精礦經(jīng)人工造塊燒結(jié)、球團(tuán)工藝、高爐冶煉或電爐還原熔分變?yōu)楹C鐵水，含釩鐵水經(jīng)煉鋼流程，釩進(jìn)入鋼渣中，成為含釩鋼渣。含釩鋼渣主要成分見表1[1]。

表1 含釩鋼渣主要成分/%Table 1 Main compositon of steel slag bearing vanadium

從表1 可知，含釩鋼渣中有大量的氧化鈣、二氧化硅、氧化釩等資源可二次利用。本文就含釩鋼渣的提釩利用研究進(jìn)行討論分析。

1 提釩用途開發(fā)利用

1.1 火法利用

1.1.1 單渣返回法

單渣返回法也稱為含釩鋼渣高爐返回法提釩。是將含釩鋼渣作為熔劑添加到燒結(jié)工藝過程中，再送入高爐冶煉，使釩富集到含釩鐵水中。最后從含釩鐵水中進(jìn)行提釩的工藝過程。其工藝流程見圖1。

圖1 單渣返回法工藝流程Fig .1 Process of single slag return method

含釩鋼渣中自由氧化鈣含量高，還原性好，改善燒結(jié)礦質(zhì)量，改善燒結(jié)礦融化特性，燒結(jié)礦合格率、一級(jí)品率等技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)明顯改善，釩的回收率在80%以上。該法可同時(shí)回收含釩鋼渣中的鈣、釩、鐵等有價(jià)元素，降低燒結(jié)、煉鐵成本，效果明顯[2-4]。目前已經(jīng)工業(yè)化應(yīng)用。

但該法缺點(diǎn)也明顯存在，當(dāng)返回次數(shù)過多時(shí)，會(huì)造成磷在鐵水中的富集，增加轉(zhuǎn)爐脫磷造渣冶煉成本。

1.1.2 礦熱爐碳熱還原法

該法是采用礦熱爐對(duì)含釩鋼渣進(jìn)行高溫還原冶煉，通過控制爐內(nèi)還原氣氛將含釩鋼渣中的釩還原富集到鐵水得到高釩生鐵，然后利用現(xiàn)有的轉(zhuǎn)爐提釩、釩渣處理工藝提取生產(chǎn)釩產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)了釩資源的有效提取和綜合回收。攀鋼利用含1.6% ～4%V2O5的含釩鋼渣，通過礦熱爐熔煉后生產(chǎn)出含V 3% ～ 10%的高釩生鐵。礦熱爐熔煉出的還原渣，經(jīng)成分調(diào)整等處理后，可作為白水泥或鋼渣水泥熟料，也可作連鑄保護(hù)渣使用，用途十分廣泛。還原含釩鐵水較常規(guī)含釩鐵水釩含量提高20 ～ 30倍。使用還原高含釩鐵水生產(chǎn)的釩渣 V2O5品位平均可達(dá) 46%，是提釩的優(yōu)質(zhì)原料；而使用普通含釩鐵水生產(chǎn)的釩渣V2O5品位只有16% ～ 20%[1，5-6]。

1.1.3 生產(chǎn)釩合金

采用豎爐對(duì)以含釩鋼渣為主，配加部分釩鈦磁鐵礦的球團(tuán)生球固化烘干后提供給礦熱爐生產(chǎn)高含釩生鐵，接著采用AOD 精煉爐頂吹氧、底吹氬一步法工藝進(jìn)行氧化提釩并得到含V0.3% ～0.8%的低釩合金，生產(chǎn)的釩渣再用傾動(dòng)電爐冶煉制得含V分別為20% ～ 25%、25% ～ 30%、30% ～35%的FeV25Si7等硅釩合金[7-8]。

1.2 水法提釩利用

1.2.1 鈉化提釩

以食鹽或蘇打作為添加劑，先鈉化焙燒，再進(jìn)行水浸出或碳酸化提釩。該工藝鈉鹽耗量大、焙燒溫度高、釩轉(zhuǎn)浸率低、設(shè)備順行困難、焙燒過程污染環(huán)境,沒能進(jìn)行工業(yè)化應(yīng)用[6，9]。浸出殘?jiān)c高無法綜合利用。

1.2.2 鈣化提釩

是以石灰等作為添加劑進(jìn)行高溫焙燒，采用碳酸化、硫酸化浸出提釩[9]。浸出渣不含鈉鹽，有利于綜合利用。水解沉釩產(chǎn)品含V2O588% ～94%。由于除磷困難，鈣化焙燒提釩不適用于高磷含釩鋼渣。因此，對(duì)物料有一定的選擇性，對(duì)一般鋼渣存在轉(zhuǎn)化率偏低、酸耗量較大、成本偏高等問題，現(xiàn)處于實(shí)驗(yàn)室研究階段。

1.2.3 酸化提釩

將含釩鋼渣直接用硫酸浸出，釩浸出率可達(dá)94%[10]，用萃取或離子交換的辦法將浸出液中釩與絕大多數(shù)雜質(zhì)分離從而部分代替凈化工序，萃取液或離子交換液再經(jīng)沉釩焙燒進(jìn)行提釩的工藝。該法常用的酸性萃取劑有N235 和TBP 的磺化煤油體系、P507、P204 等[11-12]。該法酸用量大，廢液無法處理。未能進(jìn)行大規(guī)模使用，僅僅停留在試驗(yàn)階段。

1.2.4 磷酸鹽降鈣鈉化焙燒

為了解決含釩鋼渣中CaO 高造成釩難以浸出的問題。降鈣焙燒是將鋼渣與 Na3PO4、Na2CO3混合高溫焙燒，Na3PO4與CaO 結(jié)合形成Ca3(PO4)2，釩與鈉生成水溶性的 Na3VO4，然后水浸即可溶出釩。該法只停留在實(shí)驗(yàn)室研究階段，且磷酸鹽的配比大，成本高[13]。

1.2.5 酸化兩步法提釩

酸化兩步法提釩，先對(duì)原料進(jìn)行預(yù)處理，再酸化除鈣、降鈣，降低鈣釩比，最后酸浸出釩，釩的浸出率在85%左右[14-15]。

1.2.6 亞熔鹽法

亞熔鹽法含釩鋼渣提釩是采用 KOH 或 NaOH亞熔鹽處理含釩鋼渣，使釩直接浸出到溶液的方法。該方法在溫度240℃，堿渣比為4:1 時(shí)，釩的溶出率可達(dá)90%以上，為含釩鋼渣提釩工藝開辟了一條新途徑。但鑒于高堿度下低濃度含釩溶液分離難度較大，處理后的殘?jiān)珻a(OH)2較高，含鉀鈉較高，處理較困難，且因含釩鋼渣中釩含量較低，使得原料成本較高[16-17]。

2 展望與建議

含釩鋼渣的提釩和綜合利用必須考慮到以下重要原則：(1)釩的分離效率較高；(2)不產(chǎn)生有害元素的循環(huán)富集；（3）設(shè)備產(chǎn)能高，處理量大；(4)盡量減少二次污染，符合環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展要求；(4)經(jīng)濟(jì)、總體合算。

從上面的分析可知（1）單渣返回法可綜合回收利用含釩鋼渣中的釩、氧化鈣等資源，實(shí)現(xiàn)綜合回收利用的目標(biāo)。但返回次數(shù)過多，會(huì)造成磷富集，增加煉鋼操作的難度與成本；因此返回次數(shù)不宜過多。（2）碳熱還原法回收釩的效率較高，殘?jiān)€可生產(chǎn)水泥，對(duì)綜合回收利用含釩鋼渣較有利，但需解決能耗過高的問題。（3）采用礦熱爐-AOD 爐聯(lián)合生產(chǎn)合金的方法，對(duì)回收釩有利，但經(jīng)濟(jì)性有待驗(yàn)證?；鸱ɑ厥绽煤C鋼渣工藝總體可行，但需解決能耗過高問題。（4）濕法工藝包含焙燒、浸出、凈化及沉釩等過程得到釩鹽，其關(guān)鍵環(huán)節(jié)在于焙燒、浸出環(huán)節(jié)。在殘液的處理上基本均存環(huán)境污染和氨氮廢水處理難題，成本較高。（5）鈉鹽焙燒會(huì)造成環(huán)境污染，且單程回收率不高，已淘汰。（6）石灰焙燒-酸浸提釩工藝，具有釩收率高、成本低等優(yōu)點(diǎn)。（7）亞熔鹽法清潔提釩技術(shù)可實(shí)現(xiàn)低溫下的釩鉻高效溶出，釩回收率高、過程清潔，是一種處理含釩鉻資源的新工藝，具有良好的發(fā)展前景，但進(jìn)行大規(guī)模生產(chǎn)仍有待于進(jìn)一步研究。（8）硫酸兩步法直接浸出，先除鈣，再提釩，可實(shí)現(xiàn)低溫下釩鉻高效浸出；可采用硫酸法鈦白水解廢酸進(jìn)行浸出，實(shí)現(xiàn)變廢為寶，既治理了廢酸又獲得了釩鉻產(chǎn)品。

綜分析，對(duì)未來發(fā)展展望與建議如下：（1）在含釩鋼渣火法利用中，應(yīng)重點(diǎn)發(fā)展單渣返回法、碳熱還原法、合金生產(chǎn)法，但應(yīng)降低還原溫度、降低還原能耗，以提高經(jīng)濟(jì)性。（2）在含釩鋼渣濕法利用中，應(yīng)優(yōu)先發(fā)展石灰焙燒-酸浸法、硫酸兩部浸出法、亞熔鹽法，但應(yīng)提高釩回收率，降低廢液處理成本，降低環(huán)境污染。

3 結(jié) 論

（1）含釩鋼渣返回法利用可實(shí)現(xiàn)含釩鋼渣的綜合利用的目的，但應(yīng)限制返回的次數(shù)，防止磷富集。

（2）在含釩鋼渣礦熱爐碳熱還原法、生產(chǎn)合金法利用過程中，可實(shí)現(xiàn)綜合利用的目的，但應(yīng)降低能耗，提高經(jīng)濟(jì)性。

（3）在含釩鋼渣濕法利用中，石灰焙燒-酸浸法、硫酸兩步浸出法、亞熔鹽法可達(dá)到回收提釩的目的；但不能全部回收利用含釩鋼渣中全部資源，應(yīng)提高釩回收率，降低廢液處理成本，降低環(huán)境污染。