含钒钢渣提钒利用研究

2020-03-15丁满堂

矿产综合利用 2020年6期

关键词：熔盐钢渣铁水

丁满堂

（攀枝花学院钒钛学院，四川攀枝花 617000）

钒钛磁铁矿经磁选变为钒钛磁铁精矿，钒钛磁铁精矿经人工造块烧结、球团工艺、高炉冶炼或电炉还原熔分变为含钒铁水，含钒铁水经炼钢流程，钒进入钢渣中，成为含钒钢渣。含钒钢渣主要成分见表1[1]。

表1 含钒钢渣主要成分/%Table 1 Main compositon of steel slag bearing vanadium

从表1 可知，含钒钢渣中有大量的氧化钙、二氧化硅、氧化钒等资源可二次利用。本文就含钒钢渣的提钒利用研究进行讨论分析。

1 提钒用途开发利用

1.1 火法利用

1.1.1 单渣返回法

单渣返回法也称为含钒钢渣高炉返回法提钒。是将含钒钢渣作为熔剂添加到烧结工艺过程中，再送入高炉冶炼，使钒富集到含钒铁水中。最后从含钒铁水中进行提钒的工艺过程。其工艺流程见图1。

图1 单渣返回法工艺流程Fig .1 Process of single slag return method

含钒钢渣中自由氧化钙含量高，还原性好，改善烧结矿质量，改善烧结矿融化特性，烧结矿合格率、一级品率等技术经济指标明显改善，钒的回收率在80%以上。该法可同时回收含钒钢渣中的钙、钒、铁等有价元素，降低烧结、炼铁成本，效果明显[2-4]。目前已经工业化应用。

但该法缺点也明显存在，当返回次数过多时，会造成磷在铁水中的富集，增加转炉脱磷造渣冶炼成本。

1.1.2 矿热炉碳热还原法

该法是采用矿热炉对含钒钢渣进行高温还原冶炼，通过控制炉内还原气氛将含钒钢渣中的钒还原富集到铁水得到高钒生铁，然后利用现有的转炉提钒、钒渣处理工艺提取生产钒产品，实现了钒资源的有效提取和综合回收。攀钢利用含1.6% ～4%V2O5的含钒钢渣，通过矿热炉熔炼后生产出含V 3% ～ 10%的高钒生铁。矿热炉熔炼出的还原渣，经成分调整等处理后，可作为白水泥或钢渣水泥熟料，也可作连铸保护渣使用，用途十分广泛。还原含钒铁水较常规含钒铁水钒含量提高20 ～ 30倍。使用还原高含钒铁水生产的钒渣 V2O5品位平均可达 46%，是提钒的优质原料；而使用普通含钒铁水生产的钒渣V2O5品位只有16% ～ 20%[1，5-6]。

1.1.3 生产钒合金

采用竖炉对以含钒钢渣为主，配加部分钒钛磁铁矿的球团生球固化烘干后提供给矿热炉生产高含钒生铁，接着采用AOD 精炼炉顶吹氧、底吹氩一步法工艺进行氧化提钒并得到含V0.3% ～0.8%的低钒合金，生产的钒渣再用倾动电炉冶炼制得含V分别为20% ～ 25%、25% ～ 30%、30% ～35%的FeV25Si7等硅钒合金[7-8]。

1.2 水法提钒利用

1.2.1 钠化提钒

以食盐或苏打作为添加剂，先钠化焙烧，再进行水浸出或碳酸化提钒。该工艺钠盐耗量大、焙烧温度高、钒转浸率低、设备顺行困难、焙烧过程污染环境,没能进行工业化应用[6，9]。浸出残渣含钠高无法综合利用。

1.2.2 钙化提钒

是以石灰等作为添加剂进行高温焙烧，采用碳酸化、硫酸化浸出提钒[9]。浸出渣不含钠盐，有利于综合利用。水解沉钒产品含V2O588% ～94%。由于除磷困难，钙化焙烧提钒不适用于高磷含钒钢渣。因此，对物料有一定的选择性，对一般钢渣存在转化率偏低、酸耗量较大、成本偏高等问题，现处于实验室研究阶段。

1.2.3 酸化提钒

将含钒钢渣直接用硫酸浸出，钒浸出率可达94%[10]，用萃取或离子交换的办法将浸出液中钒与绝大多数杂质分离从而部分代替净化工序，萃取液或离子交换液再经沉钒焙烧进行提钒的工艺。该法常用的酸性萃取剂有N235 和TBP 的磺化煤油体系、P507、P204 等[11-12]。该法酸用量大，废液无法处理。未能进行大规模使用，仅仅停留在试验阶段。

1.2.4 磷酸盐降钙钠化焙烧

为了解决含钒钢渣中CaO 高造成钒难以浸出的问题。降钙焙烧是将钢渣与 Na3PO4、Na2CO3混合高温焙烧，Na3PO4与CaO 结合形成Ca3(PO4)2，钒与钠生成水溶性的 Na3VO4，然后水浸即可溶出钒。该法只停留在实验室研究阶段，且磷酸盐的配比大，成本高[13]。

1.2.5 酸化两步法提钒

酸化两步法提钒，先对原料进行预处理，再酸化除钙、降钙，降低钙钒比，最后酸浸出钒，钒的浸出率在85%左右[14-15]。

1.2.6 亚熔盐法

亚熔盐法含钒钢渣提钒是采用 KOH 或 NaOH亚熔盐处理含钒钢渣，使钒直接浸出到溶液的方法。该方法在温度240℃，碱渣比为4:1 时，钒的溶出率可达90%以上，为含钒钢渣提钒工艺开辟了一条新途径。但鉴于高碱度下低浓度含钒溶液分离难度较大，处理后的残渣含Ca(OH)2较高，含钾钠较高，处理较困难，且因含钒钢渣中钒含量较低，使得原料成本较高[16-17]。

2 展望与建议

含钒钢渣的提钒和综合利用必须考虑到以下重要原则：(1)钒的分离效率较高；(2)不产生有害元素的循环富集；（3）设备产能高，处理量大；(4)尽量减少二次污染，符合环保和可持续发展要求；(4)经济、总体合算。

从上面的分析可知（1）单渣返回法可综合回收利用含钒钢渣中的钒、氧化钙等资源，实现综合回收利用的目标。但返回次数过多，会造成磷富集，增加炼钢操作的难度与成本；因此返回次数不宜过多。（2）碳热还原法回收钒的效率较高，残渣还可生产水泥，对综合回收利用含钒钢渣较有利，但需解决能耗过高的问题。（3）采用矿热炉-AOD 炉联合生产合金的方法，对回收钒有利，但经济性有待验证。火法回收利用含钒钢渣工艺总体可行，但需解决能耗过高问题。（4）湿法工艺包含焙烧、浸出、净化及沉钒等过程得到钒盐，其关键环节在于焙烧、浸出环节。在残液的处理上基本均存环境污染和氨氮废水处理难题，成本较高。（5）钠盐焙烧会造成环境污染，且单程回收率不高，已淘汰。（6）石灰焙烧-酸浸提钒工艺，具有钒收率高、成本低等优点。（7）亚熔盐法清洁提钒技术可实现低温下的钒铬高效溶出，钒回收率高、过程清洁，是一种处理含钒铬资源的新工艺，具有良好的发展前景，但进行大规模生产仍有待于进一步研究。（8）硫酸两步法直接浸出，先除钙，再提钒，可实现低温下钒铬高效浸出；可采用硫酸法钛白水解废酸进行浸出，实现变废为宝，既治理了废酸又获得了钒铬产品。

综分析，对未来发展展望与建议如下：（1）在含钒钢渣火法利用中，应重点发展单渣返回法、碳热还原法、合金生产法，但应降低还原温度、降低还原能耗，以提高经济性。（2）在含钒钢渣湿法利用中，应优先发展石灰焙烧-酸浸法、硫酸两部浸出法、亚熔盐法，但应提高钒回收率，降低废液处理成本，降低环境污染。