内容发布更新时间 : 2024/5/2 17:40:23星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。

浅析含钒钢渣湿法提钒生产工艺与发展前景

钒是一种稀有、柔软而黏稠的过渡金属，它的矿物形态一般与其它金属的矿物混合在一起，一般被用于材料工程中作为合金成分，把钒掺进钢里制成钒钢，可使钒钢结构比普通钢更紧密、更有韧性、弹性，机械强度更高。目前全球钒渣、氧化钒、钒铁的主要产地是南非、中国、俄罗斯、美国、澳大利亚、新西兰和日本等七国。南非、俄罗斯和中国一直是三个最大的产钒国，除美国和日本从石油残渣和电厂飞灰中提取钒外，其他各国都是从矿石冶炼过程中提取钒[1]。

中国钒工业的崛起主要得益于攀枝花钒钛磁铁矿的开发利用，目前国内各工厂钒的提取工艺基本相同，均是采用钒渣钠法焙烧、多钒酸铵沉淀焙烧法生产V2O5。具体工艺为钒钛磁铁矿原矿经选矿得到的含钒铁精矿送入烧结、炼铁工序，得到含钒铁水经提钒转炉生产钒渣（含V2O5平均15%）。钒渣经过添加氯化钠或碳酸钠进行钠法焙烧、水浸取、多钒酸铵沉钒等过程获得多钒酸铵，最后经反射炉熔化得到片状V2O5[2]。

本文在此介绍一种钢渣提钒新生产工艺——湿法提钒工艺，并从生产工艺、资源能源利用、经济技术指标、污染物排放等方面与传统钠法焙烧工艺进行比较，分析探讨湿法提钒工艺的发展前景。

1、湿法提钒工艺概况

湿法提钒工艺是以含钒钢渣为原料，而不是传统钠法焙烧生产工艺使用的经提钒转炉生产的标准钒渣，该含钒钢渣是钒钛磁铁矿经过炼钢转炉生产钢水后废弃的钢渣，该钢渣中V2O5平均含量仅为4%。该钢渣的成分见下：

V2O5 Cr P S 种类 [3] 3.94 0.546 0.244 含钒钢渣— 0.35 1.68 0.23 威钢转炉钢渣 ～4 湿法提钒工艺是将钢渣直接酸浸—净化—沉钒—熔化制得片状五氧化二钒，不同于传统钠法工艺需要焙烧，为了区别传统工艺，本文将该新工艺称为湿法提钒工艺。具体工艺流程叙述如下：

①含钒钢渣预处理

含钒钢渣经原料预处理，磨细达到所需粒径并除去所夹带的铁后，送入酸浸工段。 ②酸浸

酸浸工段是该生产工艺的核心。含钒钢渣在蒸汽保温的条件下，用一定浓度的硫酸溶液（添加助浸剂）进行两段逆流酸浸浸取，使钢渣中的钒（也包括其他杂质）融入酸浸液中。浸渣采用两段浸取，每段浸取又分为三级，确保工艺的连续性。第一段通过控制pH在4左右，使钒以钒酸钙沉淀的形态留入渣中，而大部分的铁、铬、锰、硅、磷、硫等杂质被浸出以离子态进入上清液，其中大部分的铁以硫酸亚铁形式存在上清液中，铬在硫酸亚铁的还原作用下主要以六价铬存在于上清液中。经固液分离，底流（钒酸钙以及其它不溶物）进入第二段酸浸阶段，而大部分的铁、铬、锰、硅、磷、硫等杂质随上清液而分离。上清液通过加入氨水使铁以黄铵铁矾（NH4Fe3(SO4)2(OH)6）形态沉淀析出，黄铵铁矾利用真空带式过滤机压滤回收，然后送烧结厂综合利用。沉黄铵铁矾后的废水返回配酸槽配酸回用。

第二段酸浸同样在蒸汽保温条件下用硫酸浸取，通过控制浸出液pH为1左右，钒被浸出进入上清液，并以三价和五价形态共存，同时第一次酸浸后未分离完的铁、铬等杂质也被浸出进入上清液。经固液分离去除不溶物，上清液送往萃前处理罐暂存。

③氧化

经固液分离后的酸浸液中钒以三价和五价形态存在，为了保证后序净化工段产品质量，

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表1 转炉钢渣主要化学成份 TiO2 SiO2 CaO FeO MnO 11.27 40.48 21.06 2.72 — 4.43 11.8 44.2 24.43 1.73 并满足生产工艺要求，酸浸液中三价钒必须预处理氧化成五价。氧化处理工序分三步：一、加入氧化剂将酸浸液中的低价钒氧化为高价钒（氧化剂可选择双氧水、次氯酸钠或臭氧等）；二、调节溶液pH值，加入氨水调节溶液的pH值为1.5左右（在常温条件，pH值为1.5左右时氨不会与钒反应）；三、尽量降低酸浸液中固体悬浮物含量。 ④萃取净化

由于萃取法具有提取金属回收率高、工序少、设备简单以及可以连续化操作等优点，故选择萃取装置分离、提纯浸出液。

氧化处理后的酸浸液经N235（三脂肪叔胺）+TBP（磷酸三丁脂）+磺化煤油萃取体系萃取，通过控制工艺参数，将酸浸液中钒萃取到有机相中；在萃取过程中由于三价铁等其他杂质含量相对较高而部分进入了萃取有机相，故需要对萃取有机相进行洗涤以除去杂质，同时也确保卸载后的有机相能够返回循环利用。经洗涤后的有机相用纯碱溶液进行反萃，反萃后溶液送往净化合格液罐，以备沉钒使用。 ⑤沉钒、过滤

沉钒和传统钠法工艺一样采用在酸性条件下用铵盐沉钒法，蒸汽加热至90度以上、搅拌。在此条件下浸取液与硫酸铵反应，结晶出桔黄色的多钒酸铵(APV)沉淀，待多钒酸铵基本沉淀完全后，上清废液送往废水处理站处理。沉淀物经水洗、压滤机脱水后送往熔化工段，滤液及水洗液送废水处理站处理。 ⑥熔化

熔化工段和传统钠法工艺一样，将多钒酸铵被送往反射熔化炉，在燃料（可用煤、重油、焦油、煤气等）加热下熔化分解，生成五氧化二钒、氨气和水蒸汽。熔化的五氧化二钒从炉门流出，由旋转粒化台（间接水冷）铸锭成薄片，然后装桶外运。

其生产工艺流程图如下：

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钢 渣破碎选铁球磨选铁筛上物筛分储水槽合格料仓一段酸浸pH：4洗涤液底流氨水上清液硫 酸返回废水蒸 汽上清液黄铵铁矾除杂黄铵铁矾送烧结厂上清液二段酸浸pH：1上清液氧化剂底泥真空带式过滤机底泥氧化上清液外送处置氨水pH调节罐pH：1.5加压砂滤机N235TBP煤油硫酸钠碳酸钠有机相滤渣外送处置萃取萃余液洗涤除杂洗涤液反萃浸出液罐硫酸硫酸铵蒸汽沉钒pH：2.5滤液废水处理站水洗过滤、脱水多钒酸铵煤气滤液熔化炉熔化旋转粒化台片状五氧化二钒烟粉尘、SO2NH3旋流板塔除尘器冷却循环水 图1 钢渣湿法提钒生产工艺流程图

2、湿法提钒工艺与传统钠法焙烧工艺比较

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