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2022

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钒铁的生产工艺


  钒在地壳中的丰度为135×10%。钒矿物有70多种,但单一的钒矿床很少(仅秘鲁的米纳拉格拉为单矿床。已采完。),都是与别的矿共生。用作生产钒的原料有钒钛磁铁矿(含VO.4%~1.4%),铀钒矿(含 V2O51.5%~2.0%),原油灰烬(含V2O520%~40%),含钒磷铁(含V3%~6%),废钒催化剂,生产氧化铝的残渣等。这些原料含钒低,都需要用湿法冶金的方法,首先从这些原料中提取五氧化二钒,然后再将五氧化二钒冶炼成钒铁及钒添加剂。钒钛磁铁精矿是生产钒的主要原料,世界钒产量的90%是用这种原料生产的。
  (1)钒钛磁铁矿生产五氧化二钒
  钒钛磁铁矿的化学成分为:V0.3%~1.4%,Fe约60%,TiO2约14%。钒钛磁铁矿在高炉(或电炉)中用焦炭还原得到含钒生铁。含V0.4%~1.2%,Si<0.5%,Ti约0.3%。这种生铁在顶吹氧转炉(或摇包)用氧气吹炼得到的钒渣,含V10%~15%,FeO25%~45%,SiO213%~20%,TiO2约10%,Cr2O31%~5.0%。渣中夹杂着金属铁(半钢)。经破碎、球磨至粒度<0. 1mm,用风选机或磁选机选出金属铁后,用作生产五氧化二钒的原料。钒在钒渣中是以尖晶石相存在。要用氧化方法将V2O3氧化成V2O5,再与Na2O结合成可溶于水的钒酸钠。使用的钠化剂有纯碱、芒硝或食盐。氧化钠化焙烧的反应为:
4FeO·V2O3+4Na2CO3+5O2 ⇀8NaVO3+2Fe2O3+4CO2↑
  (2)铝热法
  最早生产钒铁的方法且至今仍在使用。铝是最强的还原剂。用铝还原五氧化二钒产生的热量相当大(4577kJ/kg混合料),不但能完成铝热法冶炼工艺,而且还要添加回炉钒铁碎屑来降低反应温度;加入石灰、镁砂、萤石降低炉渣粘度;调整铝粒与五氧化二钒熔片粒度来降低反应速度,减少喷溅损失,提高钒的收得率。冶炼用镁质炉衬,或用钒铁炉渣打结的圆形反应炉筒。采用下部点火法冶炼。要求五氧化二钒熔片含V2O5≥98%。块度<20mm×20mm,片厚3~5mm。铝为含Al>98%,粒度<3mm的铝粒和3~10mm的铝泡。钢屑为普碳钢车屑,卷长<15mm。冶炼反应完成后,自然冷却16~24h。拔去炉筒,取出钒铁锭,进行清理、包装。冶炼得到的钒铁成分为: V75%~ 80%,Al1%~4%,Si1.0%~1.5%,CO.13%~0.2%,S≤0.05%,P≤0.075%。炉渣成分含V2O55%~6%,Al2O3约85%(CaO+MgO)约10%。生产1t80%V的钒铁消耗:氧化钒熔片(V2O598%)1500~1600kg,铝(Al98%)810~860kg。钒的冶炼回收率为90%~95%。为了降低炉渣中的钒含量,在反应终了后立即通电加热炉渣,使悬浮在炉渣中的金属粒下沉,和炉渣中的钒氧化物和残余铝继续反应,提高钒的回收率。
  (3)电硅热法
  用75%硅铁和铝作还原剂。在改进的三相碱性电弧炉中生产含V40%~60%的钒铁。电弧炉的变压器容量为1800kVA,工作电压为127/220V,额定电流为4750A。石墨电极直径为200mm。用镁砖作炉衬。炉盖用铬镁砖砌成。使用的原料有:五氧化二钒熔片(V2O5≥98%,Si≤0.25%,Fe≤0.30%,P≤0.05%,S≤0.03%,As≤0.02%,Na2O+K2O≤1.5%,片厚约8.0mm,块度≤200mm×200mm);硅铁(75%硅铁,块度≤30mm);铝块(将铝锭机械加工成≤20mm);石灰(CaO≥85%,P≤0.015%,块度30~50mm)和普碳钢的废钢或钢屑。硅还原钒氧化物的反应见图3。反应产生SiO2。而低价钒氧化物为碱性化合物,对钒的还原产生不利的影响。为此需要加入石灰以提高炉渣的碱度,促进钒氧化物的还原。
  冶炼过程分两步进行。第1步为还原期,用硅铁和铝还原氧化钒,得到含硅高的钒硅铁合金;第2步是精炼期,用V2O5高的炉渣精炼钒硅铁合金,降低硅而得到钒铁。上一炉出炉后,补炉完毕,即加入按生产钒铁成分所需要的全部铁料,通电后将上炉的精炼渣返回炉内,并加入第1批还原料(五氧化二钒熔片、石灰和配料的大部分硅铁)。当熔池形成后,全负荷供电,使炉料迅速熔化。全熔后适当降低供电负荷,加入剩余的硅铁后,再加铝还原渣中的V2O5。充分搅拌熔池,当炉渣中的(V2O5)<0.35%时则出渣。出渣后,加入第2批还原料(氧化钒熔片和石灰的混合料)。全熔后经充分搅拌。先加硅铁,后加铝块还原炉渣。当渣中(V2O5)<0.35%时放渣。还原期加料数量及批数由生产钒铁的钒含量(40%~60%)确定。

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