釩渣鈣化焙燒過程物相轉(zhuǎn)變機(jī)理研究

秦明曉

釩渣鈣化焙燒過程物相轉(zhuǎn)變機(jī)理研究

秦明曉

（中國恩菲工程技術(shù)有限公司，北京 100038）

鈣化焙燒過程處理釩渣具有添加劑用量低、反應(yīng)條件溫和、無有毒氣體產(chǎn)生的特點(diǎn)，已經(jīng)在工業(yè)上廣泛應(yīng)用。本文選取攀枝花地區(qū)的釩渣為原料，對(duì)釩渣鈣化焙燒過程進(jìn)行了分析，考察了不同碳酸鈣添加量對(duì)釩渣轉(zhuǎn)型過程的影響。結(jié)果表明：隨著碳酸鈣添加量由1%增大到2%，焙燒熟料的物相并未發(fā)生明顯變化，其均為Fe2O3、Fe2TiO5、CaV2O5、CaCrO4及SiO2相，但相較于未處理的原料，此時(shí)釩和鐵分別被氧化為V4+、Fe3+，釩渣鈣化焙燒過程適宜的碳酸鈣添加劑用量為1%。

釩渣；鈣化焙燒；碳酸鈣；釩鈦磁鐵礦

釩作為現(xiàn)代工業(yè)的味精，廣泛應(yīng)用于鋼鐵生產(chǎn)、石油化工以及航空制造等領(lǐng)域[1-3]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國有85%以上的釩產(chǎn)品應(yīng)用于合金鋼的生產(chǎn)，以此改進(jìn)鋼材性能[4-5]。我國獲得釩產(chǎn)品主要以轉(zhuǎn)爐釩渣和石煤為原料。由于轉(zhuǎn)爐釩渣原料來源較為集中，其釩含量大，目前其供給超過90%的產(chǎn)量[6-7]。

釩渣中的釩主要以V3+的形式存在于釩鐵尖晶石中，屬于極難破壞的晶格結(jié)構(gòu)[8-9]。工業(yè)上有鈉化焙燒和鈣化焙燒兩種工藝作為主流的釩渣提釩方法，其中鈉化焙燒過程會(huì)產(chǎn)生大量的鈉鹽，已經(jīng)逐漸被淘汰。鈣化焙燒工藝多使用氧化鈣、碳酸鈣為添加劑，其避免了環(huán)境的污染，已經(jīng)獲得廣泛應(yīng) 用[10-12]。考慮到釩渣物相成分極為復(fù)雜，有必要對(duì)釩渣鈣化焙燒過程物相轉(zhuǎn)變機(jī)理進(jìn)行深入研究。

本文研究了以碳酸鈣為添加劑的釩渣鈣化焙燒過程，對(duì)鈣化焙燒過程釩鐵尖晶石轉(zhuǎn)型進(jìn)行了初步探索，旨在對(duì)鈣化焙燒提釩過程進(jìn)行理論指導(dǎo)。

1 實(shí)驗(yàn)原料及研究方法

1.1 實(shí)驗(yàn)原料

采用國內(nèi)某釩廠提供的轉(zhuǎn)爐釩渣為原料，轉(zhuǎn)爐釩渣的化學(xué)成分如表1所示。

表1 釩渣的化學(xué)成分 質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%

XRD物相分析如圖1所示。由圖1可知，轉(zhuǎn)爐釩渣原料樣品中的主要物相為(Mn, Fe)(V, Cr)2O4、Fe2TiO4以及Fe2SiO4。

圖1 轉(zhuǎn)爐釩渣XRD物相分析

1.2 實(shí)驗(yàn)研究方法

轉(zhuǎn)爐釩渣鈣化焙燒實(shí)驗(yàn)中，取一定量的釩渣分別與4%、9%、14%、19%的碳酸鈣固體混合，放入不同的陶瓷坩堝中，裝入型號(hào)為KSL1200X的馬弗爐，選定焙燒溫度為830 ℃，焙燒時(shí)間160 min，進(jìn)行焙燒。焙燒結(jié)束后隨爐冷卻至室溫，取樣分析。

2 結(jié)果與討論

2.1 1%碳酸鈣添加過程

當(dāng)釩渣中添加1%碳酸鈣進(jìn)行混料焙燒時(shí)，其焙燒渣的XRD分析如圖2所示。

由圖2可知，釩渣經(jīng)鈣化焙燒后，其物相變化較為明顯，鈣化焙燒熟料中存在Fe2O3、Fe2TiO5、CaV2O5、CaCrO4及SiO2。相比于未處理的原渣，其已經(jīng)不存在FeV2O4相，這表明釩鐵尖晶石已經(jīng)分解完全，此時(shí)的含釩相為CaV2O5，含鉻相為CaCrO4，這說明鈣化焙燒能夠破壞釩鐵尖晶石和鉻鐵尖晶石的晶格結(jié)構(gòu)。

圖2 1%碳酸鈣添加的焙燒熟料XRD分析

2.2 2%碳酸鈣添加過程

當(dāng)釩渣中添加2%碳酸鈣進(jìn)行混料焙燒時(shí)，其焙燒渣的XRD分析如圖3所示。

圖3 2%碳酸鈣添加的焙燒熟料XRD分析

由圖3可知，增加碳酸鈣添的含量后，焙燒熟料的物相并未發(fā)生明顯改變，這表明碳酸鈣添加并不能進(jìn)一步促進(jìn)釩渣的分解。此時(shí)，焙燒熟料中的釩的價(jià)態(tài)為V4+，鐵的價(jià)態(tài)主要為Fe3+，而相比于未處理的釩渣原料，其價(jià)態(tài)分別為V3+、Fe2+，這表明鈣化焙燒過程釩鐵尖晶石已經(jīng)發(fā)生氧化。事實(shí)上，釩渣鈣化焙燒過程中主要的反應(yīng)方程式可以概括為：4FeV2O4+3O2+4CaO=2Fe2O3+4CaV2O5，和以氯化鈉為添加劑的鈉化焙燒反應(yīng)對(duì)比，該過程無氯氣的產(chǎn)生，且可以在1%碳酸鈣比例下實(shí)現(xiàn)釩鐵尖晶石的完全分解，具有明顯技術(shù)優(yōu)勢。

3 結(jié) 論

以碳酸鈣為焙燒添加劑的鈣化焙燒過程能夠使得釩渣中釩鐵尖晶石發(fā)生轉(zhuǎn)變生成正4價(jià)的釩酸鈣，當(dāng)碳酸鈣用量為1%時(shí)，釩渣已經(jīng)分解完全，此時(shí)鈣化焙燒熟料的主要物相為Fe2O3、Fe2TiO5、CaV2O5、CaCrO4及SiO2。相比于以氯化鈉為添加劑的鈉化焙燒過程，鈣化焙燒過程不產(chǎn)生有毒氣體，且添加劑使用量更低，具有明顯技術(shù)優(yōu)勢。

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Study on Phase Transformation Mechanism of Vanadium Slag during Calcination Roasting

（China ENFI Engineering Co., Ltd., Beijing 100038, China）

The calcification roasting process of vanadium slag has the characteristics of low additive dosage, mild reaction conditions and no toxic gas. It has been widely used in industry. The vanadium slag in Panzhihua area was selected as raw material to analyze the calcification roasting process of vanadium slag. The effect of different calcium carbonate additions on the transformation process of vanadium slag was investigated. The results showed that the phase of the calcined clinker did not change significantly with the increase of calcium carbonate dosage from 1% to 2%, which were all Fe2O3, Fe2TiO5, CaV2O5, CaCrO4and SiO2phases. However, compared with untreated raw material, vanadium and iron were respectively oxidized to V4+, Fe3+, and suitable calcium carbonate additive dosage for the vanadium slag calcification roasting process was 1%.

Vanadium slag; Calcification roasting; Calcium carbonate; Vanadium-titanium magnetite

2020-07-15

秦明曉（1987-），男，工程師，碩士，山東省煙臺(tái)市人，2012年畢業(yè)于東北大學(xué)冶金工程專業(yè)，研究方向：有色冶金工程咨詢及設(shè)計(jì)。

TF841.3

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1004-0935（2020）11-1366-03