釩渣鈣化焙燒過程物相轉變機理研究

秦明曉

釩渣鈣化焙燒過程物相轉變機理研究

秦明曉

（中國恩菲工程技術有限公司，北京 100038）

鈣化焙燒過程處理釩渣具有添加劑用量低、反應條件溫和、無有毒氣體產生的特點，已經在工業上廣泛應用。本文選取攀枝花地區的釩渣為原料，對釩渣鈣化焙燒過程進行了分析，考察了不同碳酸鈣添加量對釩渣轉型過程的影響。結果表明：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

釩作為現代工業的味精，廣泛應用于鋼鐵生產、石油化工以及航空制造等領域[1-3]。據統計，我國有85%以上的釩產品應用于合金鋼的生產，以此改進鋼材性能[4-5]。我國獲得釩產品主要以轉爐釩渣和石煤為原料。由于轉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構[8-9]。工業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產生大量的鈉鹽，已經逐漸被淘汰。鈣化焙燒工藝多使用氧化鈣、碳酸鈣為添加劑，其避免了環境的污染，已經獲得廣泛應 用[10-12]。考慮到釩渣物相成分極為復雜，有必要對釩渣鈣化焙燒過程物相轉變機理進行深入研究。

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

1 實驗原料及研究方法

1.1 實驗原料

采用國內某釩廠提供的轉爐釩渣為原料，轉爐釩渣的化學成分如表1所示。

表1 釩渣的化學成分 質量分數/%

XRD物相分析如圖1所示。由圖1可知，轉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 轉爐釩渣XRD物相分析

1.2 實驗研究方法

轉爐釩渣鈣化焙燒實驗中，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，裝入型號為KSL1200X的馬弗爐，選定焙燒溫度為830 ℃，焙燒時間160 min，進行焙燒。焙燒結束后隨爐冷卻至室溫，取樣分析。

2 結果與討論

2.1 1%碳酸鈣添加過程

當釩渣中添加1%碳酸鈣進行混料焙燒時，其焙燒渣的XRD分析如圖2所示。

由圖2可知，釩渣經鈣化焙燒后，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，其已經不存在FeV2O4相，這表明釩鐵尖晶石已經分解完全，此時的含釩相為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構。

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

當釩渣中添加2%碳酸鈣進行混料焙燒時，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生明顯改變，這表明碳酸鈣添加并不能進一步促進釩渣的分解。此時，焙燒熟料中的釩的價態為V4+，鐵的價態主要為Fe3+，而相比于未處理的釩渣原料，其價態分別為V3+、Fe2+，這表明鈣化焙燒過程釩鐵尖晶石已經發生氧化。事實上，釩渣鈣化焙燒過程中主要的反應方程式可以概括為：4FeV2O4+3O2+4CaO=2Fe2O3+4CaV2O5，和以氯化鈉為添加劑的鈉化焙燒反應對比，該過程無氯氣的產生，且可以在1%碳酸鈣比例下實現釩鐵尖晶石的完全分解，具有明顯技術優勢。

3 結 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生轉變生成正4價的釩酸鈣，當碳酸鈣用量為1%時，釩渣已經分解完全，此時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，鈣化焙燒過程不產生有毒氣體，且添加劑使用量更低，具有明顯技術優勢。

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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，山東省煙臺市人，2012年畢業于東北大學冶金工程專業，研究方向：有色冶金工程咨詢及設計。

TF841.3

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1004-0935（2020）11-1366-03