含釩鋼渣提釩利用研究

丁滿堂

（攀枝花學院釩鈦學院，四川 攀枝花 617000）

釩鈦磁鐵礦經磁選變為釩鈦磁鐵精礦，釩鈦磁鐵精礦經人工造塊燒結、球團工藝、高爐冶煉或電爐還原熔分變為含釩鐵水，含釩鐵水經煉鋼流程，釩進入鋼渣中，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行討論分析。

1 提釩用途開發利用

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，改善燒結礦質量，改善燒結礦融化特性，燒結礦合格率、一級品率等技術經濟指標明顯改善，釩的回收率在80%以上。該法可同時回收含釩鋼渣中的鈣、釩、鐵等有價元素，降低燒結、煉鐵成本，效果明顯[2-4]。目前已經工業化應用。

但該法缺點也明顯存在，當返回次數過多時，會造成磷在鐵水中的富集，增加轉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含釩鋼渣進行高溫還原冶煉，通過控制爐內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，然后利用現有的轉爐提釩、釩渣處理工藝提取生產釩產品，實現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出含V 3% ～ 10%的高釩生鐵。礦熱爐熔煉出的還原渣，經成分調整等處理后，可作為白水泥或鋼渣水泥熟料，也可作連鑄保護渣使用，用途十分廣泛。還原含釩鐵水較常規含釩鐵水釩含量提高20 ～ 30倍。使用還原高含釩鐵水生產的釩渣 V2O5品位平均可達 46%，是提釩的優質原料；而使用普通含釩鐵水生產的釩渣V2O5品位只有16% ～ 20%[1，5-6]。

1.1.3 生產釩合金

采用豎爐對以含釩鋼渣為主，配加部分釩鈦磁鐵礦的球團生球固化烘干后提供給礦熱爐生產高含釩生鐵，接著采用AOD 精煉爐頂吹氧、底吹氬一步法工藝進行氧化提釩并得到含V0.3% ～0.8%的低釩合金，生產的釩渣再用傾動電爐冶煉制得含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、釩轉浸率低、設備順行困難、焙燒過程污染環境,沒能進行工業化應用[6，9]。浸出殘渣含鈉高無法綜合利用。

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，對物料有一定的選擇性，對一般鋼渣存在轉化率偏低、酸耗量較大、成本偏高等問題，現處于實驗室研究階段。

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94%[10]，用萃取或離子交換的辦法將浸出液中釩與絕大多數雜質分離從而部分代替凈化工序，萃取液或離子交換液再經沉釩焙燒進行提釩的工藝。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。未能進行大規模使用，僅僅停留在試驗階段。

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。該法只停留在實驗室研究階段，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，先對原料進行預處理，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，釩的溶出率可達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，處理后的殘渣含Ca(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)不產生有害元素的循環富集；（3）設備產能高，處理量大；(4)盡量減少二次污染，符合環保和可持續發展要求；(4)經濟、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，實現綜合回收利用的目標。但返回次數過多，會造成磷富集，增加煉鋼操作的難度與成本；因此返回次數不宜過多。（2）碳熱還原法回收釩的效率較高，殘渣還可生產水泥，對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 爐聯合生產合金的方法，對回收釩有利，但經濟性有待驗證。火法回收利用含釩鋼渣工藝總體可行，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，其關鍵環節在于焙燒、浸出環節。在殘液的處理上基本均存環境污染和氨氮廢水處理難題，成本較高。（5）鈉鹽焙燒會造成環境污染，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、成本低等優點。（7）亞熔鹽法清潔提釩技術可實現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，具有良好的發展前景，但進行大規模生產仍有待于進一步研究。（8）硫酸兩步法直接浸出，先除鈣，再提釩，可實現低溫下釩鉻高效浸出；可采用硫酸法鈦白水解廢酸進行浸出，實現變廢為寶，既治理了廢酸又獲得了釩鉻產品。

綜分析，對未來發展展望與建議如下：（1）在含釩鋼渣火法利用中，應重點發展單渣返回法、碳熱還原法、合金生產法，但應降低還原溫度、降低還原能耗，以提高經濟性。（2）在含釩鋼渣濕法利用中，應優先發展石灰焙燒-酸浸法、硫酸兩部浸出法、亞熔鹽法，但應提高釩回收率，降低廢液處理成本，降低環境污染。

3 結 論

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

（2）在含釩鋼渣礦熱爐碳熱還原法、生產合金法利用過程中，可實現綜合利用的目的，但應降低能耗，提高經濟性。

（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，應提高釩回收率，降低廢液處理成本，降低環境污染。