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釩鐵的生產(chǎn)工藝

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2024-11-06

　　釩在地殼中的豐度為135×10%。釩礦物有70多種，但單一的釩礦床很少（僅秘魯?shù)拿准{拉格拉為單礦床。已采完。），都是與別的礦共生。用作生產(chǎn)釩的原料有釩鈦磁鐵礦（含VO.4%～1.4%），鈾釩礦（含 V2O51.5%～2.0%），原油灰燼（含V2O520%～40%），含釩磷鐵（含V3%～6%），廢釩催化劑，生產(chǎn)氧化鋁的殘?jiān)取＿@些原料含釩低，都需要用濕法冶金的方法，首先從這些原料中提取五氧化二釩，然后再將五氧化二釩冶煉成釩鐵及釩添加劑。釩鈦磁鐵精礦是生產(chǎn)釩的主要原料，世界釩產(chǎn)量的90%是用這種原料生產(chǎn)的。
　　（1）釩鈦磁鐵礦生產(chǎn)五氧化二釩
　　釩鈦磁鐵礦的化學(xué)成分為：V0.3%～1.4%，F(xiàn)e約60%，TiO2約14%。釩鈦磁鐵礦在高爐（或電爐）中用焦炭還原得到含釩生鐵。含V0.4%～1.2%，Si<0.5%，Ti約0.3%。這種生鐵在頂吹氧轉(zhuǎn)爐（或搖包）用氧氣吹煉得到的釩渣，含V10%～15%，F(xiàn)eO25%～45%，SiO213%～20%，TiO2約10%，Cr2O31%～5.0%。渣中夾雜著金屬鐵（半鋼）。經(jīng)破碎、球磨至粒度<0. 1mm，用風(fēng)選機(jī)或磁選機(jī)選出金屬鐵后，用作生產(chǎn)五氧化二釩的原料。釩在釩渣中是以尖晶石相存在。要用氧化方法將V2O3氧化成V2O5，再與Na2O結(jié)合成可溶于水的釩酸鈉。使用的鈉化劑有純堿、芒硝或食鹽。氧化鈉化焙燒的反應(yīng)為：4FeO·V2O3+4Na2CO3+5O2 ?8NaVO3+2Fe2O3+4CO2↑
　　（2）鋁熱法
　　最早生產(chǎn)釩鐵的方法且至今仍在使用。鋁是最強(qiáng)的還原劑。用鋁還原五氧化二釩產(chǎn)生的熱量相當(dāng)大（4577kJ/kg混合料），不但能完成鋁熱法冶煉工藝，而且還要添加回爐釩鐵碎屑來降低反應(yīng)溫度；加入石灰、鎂砂、螢石降低爐渣粘度；調(diào)整鋁粒與五氧化二釩熔片粒度來降低反應(yīng)速度，減少噴濺損失，提高釩的收得率。冶煉用鎂質(zhì)爐襯，或用釩鐵爐渣打結(jié)的圓形反應(yīng)爐筒。采用下部點(diǎn)火法冶煉。要求五氧化二釩熔片含V2O5≥98%。塊度<20mm×20mm，片厚3～5mm。鋁為含Al>98%，粒度<3mm的鋁粒和3～10mm的鋁泡。鋼屑為普碳鋼車屑，卷長(zhǎng)<15mm。冶煉反應(yīng)完成后，自然冷卻16～24h。拔去爐筒，取出釩鐵錠，進(jìn)行清理、包裝。冶煉得到的釩鐵成分為： V75%～ 80%，Al1%～4%，Si1.0%～1.5%，CO.13%～0.2%，S≤0.05%，P≤0.075%。爐渣成分含V2O55%～6%，Al2O3約85%（CaO+MgO）約10%。生產(chǎn)1t80%V的釩鐵消耗：氧化釩熔片（V2O598%）1500～1600kg，鋁（Al98%）810～860kg。釩的冶煉回收率為90%～95%。為了降低爐渣中的釩含量，在反應(yīng)終了后立即通電加熱爐渣，使懸浮在爐渣中的金屬粒下沉，和爐渣中的釩氧化物和殘余鋁繼續(xù)反應(yīng)，提高釩的回收率。
　　（3）電硅熱法
　　用75%硅鐵和鋁作還原劑。在改進(jìn)的三相堿性電弧爐中生產(chǎn)含V40%～60%的釩鐵。電弧爐的變壓器容量為1800kVA，工作電壓為127/220V，額定電流為4750A。石墨電極直徑為200mm。用鎂磚作爐襯。爐蓋用鉻鎂磚砌成。使用的原料有：五氧化二釩熔片（V2O5≥98%，Si≤0.25%，F(xiàn)e≤0.30%，P≤0.05%，S≤0.03%，As≤0.02%，Na2O+K2O≤1.5%，片厚約8.0mm，塊度≤200mm×200mm）；硅鐵（75%硅鐵，塊度≤30mm）；鋁塊（將鋁錠機(jī)械加工成≤20mm）；石灰（CaO≥85%，P≤0.015%，塊度30～50mm）和普碳鋼的廢鋼或鋼屑。硅還原釩氧化物的反應(yīng)見圖3。反應(yīng)產(chǎn)生SiO2。而低價(jià)釩氧化物為堿性化合物，對(duì)釩的還原產(chǎn)生不利的影響。為此需要加入石灰以提高爐渣的堿度，促進(jìn)釩氧化物的還原。
　　冶煉過程分兩步進(jìn)行。第1步為還原期，用硅鐵和鋁還原氧化釩，得到含硅高的釩硅鐵合金；第2步是精煉期，用V2O5高的爐渣精煉釩硅鐵合金，降低硅而得到釩鐵。上一爐出爐后，補(bǔ)爐完畢，即加入按生產(chǎn)釩鐵成分所需要的全部鐵料，通電后將上爐的精煉渣返回爐內(nèi)，并加入第1批還原料（五氧化二釩熔片、石灰和配料的大部分硅鐵）。當(dāng)熔池形成后，全負(fù)荷供電，使?fàn)t料迅速熔化。全熔后適當(dāng)降低供電負(fù)荷，加入剩余的硅鐵后，再加鋁還原渣中的V2O5。充分?jǐn)嚢枞鄢兀?dāng)爐渣中的（V2O5）<0.35%時(shí)則出渣。出渣后，加入第2批還原料（氧化釩熔片和石灰的混合料）。全熔后經(jīng)充分?jǐn)嚢琛Ｏ燃庸梃F，后加鋁塊還原爐渣。當(dāng)渣中（V2O5）<0.35%時(shí)放渣。還原期加料數(shù)量及批數(shù)由生產(chǎn)釩鐵的釩含量（40%～60%）確定。

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