钒渣氧化钠化焙烧过程中物相变化和钒元素迁移特征研究

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1、钒渣氧化钠化焙烧过程中物相变化及钒元素迁移特征研究高健作者简介：高健（1989-），男，工程师，硕士，主要从事岩矿物相研究；E-mail：gaojian3318@163.com,刘希斌,史志新（攀钢集团研究院有限公司，四川攀枝花617000）摘要：运用MLA650矿物分析仪对钒渣氧化钠化焙烧过程中物相变化及钒元素迁移特征进行了研究。结果表明：328℃之前，钒渣已开始发生氧化，452℃左右铁橄榄石相分解完全，产物为氧化铁以及锥辉石、钠长石等硅酸盐；619℃左右钒铁尖晶石相分解完全，产物为氧化铁、铁板钛矿及钒酸钠；焙烧过程中氧化铁及钒酸钠的含量逐步增加，钒铁尖晶石及铁

2、橄榄石含量逐渐减少；焙烧过程中V元素主要由钒铁尖晶石向钒酸钠迁移，部分V元素进入氧化铁以及锥辉石等硅酸盐相。关键词：钒渣；氧化钠化焙烧；物相变化特征；V元素迁移特征中图分类号：TF801钒渣作为含钒铁水炼钢的副产品，其V含量较高，是良好的提钒原料[1,2]。目前，国内外氧化钒产品主要来自于钒渣提钒。钒渣提钒工艺种类繁多，其中应用最广泛、研究最透彻的是氧化钠化焙烧-水浸提钒工艺。其实质是通过氧化钠化焙烧将钒渣中不溶于水的钒化合物转化为可溶性钒酸盐的过程。近年来，有关如何进一步提高氧化钠化提钒工艺中V的回收率的研究成为热点，围绕这一焦点，学者们根据钒渣种类详细研究了与

3、之相对应的最佳焙烧条件及水浸条件，都取得了比较好的效果，实验条件下钒浸出率基本都达到了90%左右[3-7]。李新生[8]（2011）通过对高钙低品位钒渣的物相结构及钠化焙烧前后物相变化特征的研究，阐释了钒渣钠化焙烧的可能反应机理，即尖晶石中的三价钒在与苏打反应时，首先形成介于三价和五价之间的中间钒氧化物及钠的氧化物，然后两者结合形成钒青铜，最后钒青铜被氧化形成水溶性的钒酸钠。上述研究对搞清钒渣钠化焙烧反应机理以及如何进一步提高钒的回收率等问题具有较强的指导意义。钒渣由于存在钛、铁、硅、铬等多种杂质元素，其焙烧过程中V元素的迁移更加复杂。本文以攀钢现场生产钒渣作为研

4、究对象，采用以不同温度节点的间歇性特征来推演、表征整个连续过程演化情况的研究思路，研究了不同焙烧温度下主要含钒物相和硅酸盐相的演变规律及V元素在含钒物相中的赋存及迁移特征，以期为后期提高V元素的回收利用率提供参考和借鉴。1试验原料及方法1.1试验原料试验所用钠化钒渣熟料样品取自攀钢钒钛股份公司攀枝花钒厂。焙烧过程中对多腔炉内每一层物料依次采样，并置于石棉板上自然冷却至常温，以采样温度作为对应样品编号（采样时多腔炉一至十层对应的温度分别为302℃、328℃、407℃、452℃、619℃、600℃、763℃、738℃、698℃、595℃），然后将样品粉碎并研磨至200

5、目（74μm），以供扫描电镜及能谱分析使用。试验所用钒渣化学成分如表1所示。表1试验用钒渣化学成分（wt/%）Table1Chemicalcompositionofvanadiumslagfortest（wt/%）TVPCaOMnOTCrSiO2Al2O3Na2OK2OTFeFeOTiO2MgO8.210.041.167.510.6613.583.140.110.04232.2541.4917.153.171.2试验设备MLA650矿物分析仪（美国FEI公司），Automet300半自动磨抛机（美国Buehler公司），Q150RES真空离子溅射镀膜仪（英国Quo

6、rum公司）。1.3试验方法1）取适量钒渣熟料样粉末置入塑料模具中，利用环氧树脂和固化剂对其进行冷镶固结处理，制成直径为30mm的圆柱，然后利用半自动磨抛机完成对样品的研磨和抛光，制成光片试样。2）对光片试样进行镀金处理，利用MLA650矿物分析仪分析各样品中主要含钒物相的种类、含量、微观形貌、微区成分以及元素赋存情况。2结果与讨论2.1焙烧过程中的物相变化钒渣中物相主要由含钒尖晶石相和硅酸盐相组成，铁水提钒过程中因为熔点差异，尖晶石相率先结晶，结晶较晚的硅酸盐相作为粘结相填充于尖晶石颗粒间，因此钒渣中尖晶石相多被硅酸盐相所包裹，以单体解离形式存在的颗粒较少。而氧

7、化钠化焙烧过程从尖晶石相及硅酸盐相的氧化分解开始，分解产物与钠盐作用发生钠化反应，生成相应的硅酸盐及钒酸钠。作为钒渣中最主要的含钒物相，尖晶石的氧化率决定着最终产物V2O5的产率，所以如何提高氧化率是氧化钠化焙烧的关键所在。钒铁尖晶石的氧化过程实质是晶体中的低价钒（V3+、V4+）在氧化气氛中被氧化到高价钒（V5+）的过程，其氧化的前提是必须与氧气充分接触，故而必须先破坏粘结相硅酸盐相的包裹，钒铁尖晶石被包裹程度越低，其氧化速率越快，氧化程度越彻底，V的回收率就越高。2.1.1铁橄榄石的氧化分解及锥辉石等硅酸盐的形成钒渣的氧化分解首先从硅酸盐相开始[5]，硅酸盐主

8、要为橄榄石