[科普中国]-高钒渣

简介

钒属贵重金属，应用范围广，经济价值高，是一种极为重要的工业原料，可广泛应用于钢铁、化工、航空航天、电子工业、生物和农业领域。钒在自然界中的分布很广，约占地壳质量的0.02%；但其分布极为分散，常与其它金属矿共生，所以在开采与加工这些矿石时，钒作为共生产品或副产品予以回收。钒钛磁铁矿是钒的主要矿物资源，钒、铁、钛共生，一般将其冶炼成铁水后，再氧化吹炼得到钒渣作为生产钒产品的主要原料。

生产钒渣的过程称作提钒，目前我国生产钒渣的工厂主要有攀枝花钢铁集团股份有限公司和承德新新钒钛股份有限公司（以下简称承钢），均采用双联工艺，即含钒铁水先进行提钒，然后进一步冶炼成钢。生产钒渣的工艺都是采用氧气转炉提钒工艺，其设备与炼钢转炉相同，生产工艺与转炉炼钢相似。氧气转炉提钒工艺主要是通过供氧，形成钒的氧化物进入渣中。钒是极易氧化的元素，与Si、Mn、V 氧化物分解压相差不多。供氧后，铁水中的Mn、Si、Cr、Fe 和少量的C 同时被氧化进入钒渣中，另外，铁水所带高炉炉渣、转炉炉衬的侵蚀剥落等杂质进入钒渣后，都对钒渣的质量造成着影响1。

钒渣质量标准目前评价钒渣质量的主要内容是以化学成分为依据。为了满足后道工序提取V2O5 的需要，标准中对V2O5 含量越高，CaO、P、SiO2、MFe 等其它元素含量越低的钒渣评级越高。因此，判断钒渣质量首先是对V2O5 品位进行判定，并按照其它成分的相应含量对钒渣进行评级。

高钒渣工艺高钒渣是一种提钒工艺，包括经脱硫扒渣的含钒铁水进入转炉炼钢得到高钒钢渣，高钒钢渣经矿热炉冶炼得到高钒生铁，高钒生铁吹钒获得高品位的高钒渣和半钢，高钒渣水法处理生产V2O5或直接用电弧冶炼40FeV或50FeV的工艺

高钒渣特征其特征在于：高炉含钒铁水经脱硫扒渣后先进行转炉炼钢，生产出钢水和含V2O52%～10%的高钒钢渣，然后将高钒钢渣放入矿热炉熔融还原冶炼生产出高钒生铁和还原渣，再将高钒生铁进行吹钒，获得高品位的高钒渣和半钢，最后将高钒渣用湿法处理生产V2O5，或直接用电弧炉冶炼40FeV或50FeV。

影响钒渣质量的因素1 钒渣结构的影响

就钒渣的结构而言，主要分为含钒物相，粘结相和夹杂项。钒在钒渣中是以三价离子存在于尖晶石中的，尖晶石是钒渣中主要的含钒物相。钒渣中所含元素最多的是铁和钒，因此可称之为铁钒尖晶石，它的熔点在1700℃以上，在提钒过程中首先结晶。铁橄榄石的熔点为1220℃，是钒渣的主要矿相，在提钒过程中凝固最慢，将尖晶石包裹在它之中，是钒渣的粘结相。另外，以细小弥散的金属铁夹杂在钒渣的物相之中或以球滴状、网状、片状等形式夹杂在钒渣中，是钒渣的主要夹杂相。

钒渣结构对下道工序的影响主要表现在钒渣中钒的氧化速度和氧化率，主要取决于钒渣中含钒尖晶石颗粒的大小和硅酸盐粘结相的多少。含钒尖晶石颗粒越大，破碎后表面积增大越有利于氧化。硅酸盐粘结相越少，包裹尖晶石程度小，越容易氧化分解破坏其包裹，使尖晶石越易氧化。另外，夹杂的种类和数量对转化率也有一定的影响。因此，在钒渣结构中，应提高尖晶石含量，努力降低粘结相和夹杂项。

2 钒渣化学成分对质量的影响

钒渣的化学成分是影响后道工序提取时V2O5焙烧率的主要原因之一。从表中可以看出，在化学成分方面影响钒渣质量的主要因素的来源可以大致分为以下四点：

（1）铁水所携带的炉渣；

（2）铁水中元素的氧化程度；

（3）冷却剂的纯净度和所含元素的氧化；

（4）吹炼过程的渣铁分离2。

转炉提钒工艺对钒渣质量的影响1 转炉提钒工艺对钒渣结构的影响

在提钒过程中，钒渣的粘度与固态尖晶石相和液态硅酸盐数量的比值有密切关系。粘稠度最适宜的钒渣，钒尖晶石相数量为55%～65%，此时钒渣中V2O5%含量为14～15%。进一步提高钒渣中的V2O5%，尤其是使钒渣形态为干状，会使钒渣中金属铁夹杂增加，影响钒渣的质量。同时，在实践中取样分析，当钒渣为固态（粒、球状）时，其吹出物中V2O5%含量高达5%～7%。而当形成粘稠状钒渣时，其吹出物中V2O5%含量为0.8%～1.3%。而当钒渣中SiO2 含量过多时，由于钒渣中钒尖晶石固相比例较小，使钒渣成液态，易造成钒渣出半钢过程流失增加。因此，控制好固态尖晶石相和液态硅酸盐数量的比值，降低夹杂相，从而控制好熔池中钒渣的形状，使之成为粘稠状的最佳形态。

2 转炉提钒工艺对钒渣化学成分的影响

铁水携带的炉渣中成分复杂，主要成分为TiO2、SiO2、Al2O3、CaO、MgO 等，这些杂质随铁水进入提钒转炉后，在提钒过程进入钒渣中，一方面会降低钒渣中的V2O5%，另一方面这些杂质本身对钒渣质量也有一定影响。因此，在铁水进行提钒前应对铁水进行撇渣或扒渣。承钢炼钢厂采用铁水在线撇渣处理，即高炉铁水首先经撇渣包撇渣，然后经流铁槽进入混铁炉，由混铁炉出到铁水包，再兑入提钒转炉。撇渣包设有撇渣孔，块状高炉渣被撇出，铁水则通过撇渣孔流入混铁炉。通过撇渣，入提钒转炉的高炉渣得到有效降低，从而降低了铁

提高吹炼过程的渣铁分离是降低钒渣中金属铁的关键。保证尽可能高的半刚余碳和足够的半钢过热度是实现渣铁分离的前提条件。承钢多年的实践证明，提钒终点温度控制在1370℃～1400℃，半钢碳≥3.7%较好，此时，半钢过热度大于150℃。另外，如前面所说，良好的渣状有利于渣铁分离，但过稀的渣状会造成流失增加，因此将渣状控制在粘稠状是最佳方案。

总结转炉提钒工艺对钒渣的质量有着重要的影响，通过优化转炉提钒工艺控制，在相同的铁水条件下，能够有效提高钒渣的质量，为后道工序提取V2O5 创造良好的条件3。