钒渣空白焙烧-碳酸氢钠浸出选择性提钒

针对现有钒渣生产氧化钒工艺熟料浸出选择性差、浸出液杂质浓度高的问题,提出钒渣空白焙烧-碳酸氢钠浸出提钒新工艺,重点研究了焙烧温度、焙烧时间、钒渣粒度、碳酸氢钠浓度、浸出温度、浸出时间、熟料粒度、液固比对钒浸出率的影响规律,采用矿物解离分析仪(MLA)、扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)等表征方法,分析了钒渣焙烧、浸出过程的物相和形貌变化特征。结果表明:钒渣空白焙烧过程中,钒主要与钙、锰结合生成焦钒酸钙锰,呈环状分布在氧化铁、铁板钛矿边缘;在焙烧温度930℃、焙烧时间120 min、碳酸氢钠浓度160 g/L、浸出温度95℃、浸出时间120 min、液固比(mL∶g)2∶1等条件下浸出,钒浸出率为94.03%;浸出液中钒38.83 g/L、硅0.21 g/L、铁0.08 g/L、磷0.08 g/L、钙0.02 g/L,锰、镁、铝、铬均<0.01 g/L,这表明浸出液中杂质浓度低,实现了熟料中钒的选择性浸出。碳酸化浸出液中的钙、锰、镁、铁、铝、磷、铬浓度低且理论上不富集,沉钒后的上层液可直接循环浸出熟料,省去废水处理工艺过程,避免水处理固废产生。

钒渣焙烧过程钒元素价态变化特征探讨

综合利用光电子能谱及矿物分析仪,研究了钒渣及无盐焙烧阶段不同温度节点下的钒渣熟料的矿物组成及钒元素价态组成。结果表明:钒尖晶石、铁橄榄石和钙铁辉石含量随焙烧温度升高而下降,氧化铁、铁板钛矿、钒酸锰等矿物含量随焙烧温度升高而增加;随焙烧温度升高,钒渣逐步由以V^(3+)氧化为V^(4+)为主的边缘氧化向V^(3+)氧化为V^(4+)与V^(4+)氧化为V 5+共存的内部氧化过渡;钒尖晶石中钒的价态为V^(3+),氧化态钒尖晶石中钒的价态为V^(4+);钒渣及熟料矿物分析结果与钒元素价态分析结果之间一致性较好。

熔融钒渣钙化及酸浸过程动力学研究

针对现有转炉钒渣钙化工艺中存在流程长和能耗高的弊端,直接利用转炉中熔融钒渣的热量,在分离出半钢后,向熔融钒渣中加入氧化钙,使含钒物相发生钙化转型生成易溶于酸的钒酸钙。由Factsage8.1软件计算得到熔融钒渣可能发生的化学反应的热力学结果。研究过程中采用XRF、ICP、XRD和SEM/EDS等技术进行表征。XRD结果表明,随着CaO添加量的增加,熔融钒渣中逐渐形成CaV_(2)O_(5)、Ca_(7)V_(4)O_(17)、CaVO_(3)和Ca_(3)V_(2)O_(8)。当CaO添加过多后,也会形成Ca_(2)SiO_(4)和CaTiO_(3),这些物相会包裹部分钒,降低钒的浸出率。而后对钙化钒渣进行了酸浸提钒试验,考察了钒渣粒度、浸出温度、酸浓度和液固比对钒浸出率的影响,动力学计算结果可知,酸浸过程的表观活化能为11.56 kJ/mol,表明钙化钒渣的酸浸反应为内扩散控制。

镁化焙烧钒渣中钒的酸浸动力学研究

为了促进钒渣镁化焙烧−酸浸提钒法的工业应用,研究钒渣镁化焙烧熟料中钒的酸浸出动力学。结合XRD、XPS和SEM,揭示在浸出初期的10 min内,MgSiO_(3)和大部分钒酸盐急剧地消耗酸,形成SiO2和V(V)的氧钒根离子。通过研究钒浸出效率随浸出时间的变化,建立钒浸出的动力学模型。结果表明,浸出过程分为两个不同的阶段,且两个阶段的动力学均遵循收缩核模型。0~10 min的浸出速率由固体产物层扩散和化学反应共同控制,而10~30 min的浸出速率仅由化学反应控制。因此,浸出初始10 min内加速传质很关键,而后续20 min内精确控温至关重要。

熔融钒渣析晶调控高效提钒机理

基于熔融钒渣在不同冷却制度下导致钠化焙烧-水浸工艺提钒率波动大的问题,本文采用光学显微镜(OM)、X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM+EDS)及电子探针(EPMA)等表征方法,研究熔融钒渣中钒的析出及钒尖晶石结晶特征对钒提取率的影响,并深入探讨了析晶调控高效提钒机理。结果表明:熔融钒渣的水淬温度对熔融钒渣中钒的析出率、钒尖晶石结晶粒度及钒渣钠化焙烧-水浸过程钒物相转化率及浸出率影响显著。在熔融钒渣降温过程中,1400~900℃为尖晶石快速成核生长期,900℃水淬后,钒基本完成从液相向尖晶石固相中的迁移,结晶相以钒铁尖晶石为主,其中钒呈均匀分散状态;900℃后,尖晶石生长变缓,并以钛铁尖晶石沿钒尖晶石边缘析出为主,尖晶石内部仍呈现钒的“中心聚集效应”。对1400℃、900℃和400℃水淬钒渣(Water-quenched vanadium slag,WQVS)分别进行钠化焙烧-水浸试验,水淬钒渣粒度小于0.15 mm,m(Na_(2)CO_(3))∶m(NaCl)∶m(WQVS)=10∶3∶100,焙烧温度为780℃,焙烧时间为200 min。将焙烧产物磨细至粒度小于0.18 mm后80℃水浸,浸出时间为45 min,钒浸出率分别为75.15%、95.09%和78.78%。这表明将熔融钒渣缓冷至900℃水淬可有效提高钠化焙烧-水浸工艺的钒提取率,并同时提高生产效率。

两步还原钒渣过程中熔渣的黏度与结构特性

这是一篇冶金工程领域的论文。针对当前钒铁生产面临环境污染严重、流程冗长以及能耗较高等一系列问题,拟利用光伏硅片切割废料和铝灰分别作为预还原和终还原阶段的还原剂,对钒渣进行两步还原直接制备钒铁合金,研究了两步还原反应过程中对应渣系的黏度和熔体结构的演变规律。结果表明,1873 K时,对应预还原过程的FeO-V_2O_3-Cr_2O_3-MnO-SiO_(2)-TiO_(2)-CaO渣系,随着渣中FeO组元含量的减少和SiO_(2)组元含量的增加,铁铬尖晶石逐渐分解,影响熔体结构的主要因素由渣中FeO含量的变化转变为SiO_(2)含量的变化,导致结构复杂度由0.176增至2.517,相应地,渣系黏度由0.092 Pa·s增至0.476 Pa·s;对应终还原过程的FeO-Cr_2O_3-MnO-V_2O_3-Al_2O_3-SiO_(2)-TiO_(2)-CaO渣系,随着渣中FeO、Cr_2O_3、MnO、V_2O_3组元含量的减少和Al_2O_3组元含量的增加,锰铬尖晶石逐渐分解,渣系由固液混合相转变为单一液相,影响熔体结构的主要因素为渣中Al_2O_3含量的变化,渣系由预还原阶段硅酸盐为主的熔体结构转变为终还原阶段铝硅酸盐为主的熔体结构,结构复杂度由0.252增至2.248,相应地,渣系黏度由0.091 Pa·s增至0.372 Pa·s。

钒渣钙化焙烧热分析及物相转变机理分析

针对目前钒渣钙化焙烧尚未有系统热分析的问题,本文在钒渣焙烧过程热力学分析的基础上,对钒渣(掺入CaCO_(3))、钒渣(掺入CaO)焙烧进行了热重分析(TG)和差示扫描量热分析(DSC),并对焙烧过程中可能发生的各种物相转变机理进行了分析,得到以下主要结论。钒渣钙化焙烧过程中,在960℃范围内生成偏钒酸钙、焦钒酸钙和正钒酸钙的反应是可行的;钒渣钙化焙烧过程主要由四个相互衔接或者重叠的反应阶段组成,即金属Fe氧化阶段,铁橄榄石氧化、分解阶段,尖晶石氧化分解和钒酸盐形成阶段,硅钙反应和辉石分解阶段;焙烧过程物相转变的控制温度为:350~700℃范围内金属铁氧化生成,500~750℃范围内铁橄榄石氧化和分解,500~900℃范围内尖晶石氧化分解且生成钒酸盐,硅钙反应和辉石分解温度一般在900℃以上。本研究结果可为生产现场温度控制提供理论支撑。

转炉钒渣综合利用研究进展

转炉钒渣是一种含钒、钛、铬的多金属矿产资源,可利用价值非常高。本文综述了钒渣传统提钒工艺和新工艺的原理、工艺流程和工艺特点,并展望了钒渣综合利用的发展方向。传统钒渣提钒工艺为钠化焙烧-水浸工艺和钙化焙烧-酸浸工艺,后续陆续开发了无盐焙烧-酸浸工艺、镁盐焙烧-酸浸工艺、锰盐焙烧-酸浸工艺等改进工艺。这些传统工艺的特点为:钒渣先经过高温氧化焙烧后,再通过水浸或酸浸提钒。亚熔盐法和硫酸氧压浸出法等新工艺的特点则是钒渣无需氧化焙烧,在一定的氧气压力作用下直接通过酸浸或碱浸提钒。通过构建合理高效的酸浸或碱浸冶金物理化学新体系,采用湿法浸出工艺直接提取钒渣中的钒、钛和铬并综合回收铁、锰等有价元素,将是钒渣综合利用的发展方向。

低硅钛铁水提钒对钒渣质量的影响及对策

铁水中Si、Cr含量对转炉提钒钒渣质量影响较大,铁水Si含量过低会造成钒渣结晶成渣困难、渣量较少、渣的黏度较大,不利于氧化物的扩散。德胜钒钛有限公司目前使用含锰烧结矿进行低硅钛铁水冶炼,使铁水Si+Ti含量下降到0.20%以下、Cr上涨至0.3%左右,钒渣中Cr_(2)O_(3)含量上涨,严重影响钒渣品质。通过提钒过程加入萤石、河沙、钠长石等7种模式进行生产试验对比,最终得出提钒过程配加河沙铁皮球的方式最为经济、有效。

烧成温度对钒渣-白泥材料性能的影响

以钒渣为主要原料,白泥为塑化剂,纳米碳酸钙为烧结助剂,亚硫酸纸浆废液作为结合剂,制备了一种钒渣-白泥材料,对钒渣资源化利用的同时,研究了最高烧成温度对钒渣-白泥材料外观形貌、常温物理性能、力学性能、显微结构、物相组成等的影响。结果表明:最高烧成温度为900℃时,钒渣-白泥材料并未烧透,煅烧后试样结构疏松,矿物相中只存在石英相;采用室温至200℃的升温速度5℃·min^(-1)、200~500℃的升温速度4℃·min^(-1)、500~700℃的升温速度3℃·min^(-1)并保温30 min、700~1100℃的升温速度4℃·min^(-1)并保温120min的烧成制度,制备得到的钒渣-白泥材料性能最好,耐压强度为54.06MPa,体积密度为1.752 g·cm^(-3),显气孔率为14.6%,且矿物相以石英(SiO_(2))和偏硅酸钙(CaSiO_(3))为主;经1100℃煅烧后,通过SEM分析可知,在材料中形成了孤立的、封闭的微孔,这种微孔对材料强度影响不大。

纳米碳酸钙对钒渣基材料性能的影响

以钒渣、白泥作为主要原料,亚硫酸纸浆废液作为结合剂,引入纳米碳酸钙,制备一种钒渣基材料,研究纳米碳酸钙的加入量对钒渣基材料性能、物相组成及显微结构的影响。结果表明:当纳米碳酸钙的加入量为12%时,钒渣基材料的性能达到最好,此时耐压强度为89.78 MPa、体积密度为1.878 g·cm^(-3)、显气孔率为7.35%;通过XRD检测分析发现,当纳米碳酸钙的加入量≤9%时,钒渣基材料中存在的矿物相主要有石英、方石英、铝酸三钙,纳米碳酸钙的加入量增至12%时,铝酸三钙逐渐消失,出现偏硅酸钙相,且随着纳米碳酸钙加入量的增加,偏硅酸钙的峰增强,石英相的峰减弱;借助SEM检测发现,引入纳米碳酸钙的钒渣基材料中形成封闭、孤立的微气孔,且孔与孔之间连接紧密,但当纳米碳酸钙的加入量大于12%,钒渣基材料致密度降低。本研究为综合利用固废钒渣制备一种高强材料提供了一定的理论基础。

利用钒渣制备一种高强材料的性能与显微结构研究

以工业固废钒渣和煤矸石作为原料,以纸浆废液作为结合剂,改变钒渣与煤矸石的加入比列、改变烧成制度,研究钒渣加入量以及不同烧成制度对钒渣基材料的常温物理性能、力学性能、物相组成以及显微结构的影响。结果表明:当烧成制度为1100-0.5H时,试样未完全烧透,出现分层现象;烧成制度为1100-2H时,由于烧结作用明显,使得材料收缩量过大,在材料内部形成微裂纹,材料性能下降;综合分析,烧成制度为1100-1H时,材料的性能最好。在烧成制度为1100-1H下,当钒渣与煤矸石加入比例为85∶15时,此时显气孔率达到最小值16.8%,体积密度和耐压强度达到最大值1.72g·cm^(-3)、54.4MPa,性能最优,同时,SEM结果可知,此时材料内部形成的孔径较小,气孔分布均匀。经高温烧成后,材料内部主要存在石英、硅酸二钙、铝酸三钙以及钾长石相,且随着保温时间延长,石英相的主峰减弱,硅酸二钙峰增强。

钒渣无盐焙烧产物冷却方式对物相转型及钒提取率的影响

钒渣高温焙烧产物的冷却方式与后续钒提取率及实际生产效率密切相关。本文采用XRD、SEM+EDS、XPS、BET等表征方法,对比分析了钒渣无盐焙烧-硫酸浸出提钒工艺中空气缓慢冷却及水淬冷却焙砂在物相及钒价态转化、微观形貌、比表面积等方面的差异,并对比分析钒的硫酸浸出效率。结果表明:焙烧温度是影响钒渣物相转化及新物相结晶分异的关键因素,当焙烧温度为900℃时、保温2 h后,钒渣原料中钒尖晶石、橄榄石及玻璃相完成物相转化,生成赤铁矿(Fe_(2)O_(3))、铁板钛矿(Fe_(2)TiO_(5))、二氧化钒(VO_(2))、钒酸盐相(Ca_(2)V_(2)O_(7)、Mn_(2)V_(2)O_(7)、Mg_(2)V_(2)O_(7))和二氧化硅(SiO_(2)),并充分结晶分异。在700~850℃焙烧阶段,缓慢冷却有利于物相进一步转化及钒酸盐的迁移和聚集,缓慢冷却焙砂的钒浸出率较水淬冷却焙砂的高3%~4%。在900℃以上高温焙烧阶段,冷却方式对钒物相转型及钒浸出率影响很小,钒浸出率分别为93.15%、92.89%。在该温度下水淬冷却可在保证钒浸出率的前提下提高生产效率。

钒渣焙烧提钒工艺的研究进展

钒是一种具有优异物理化学性能的稀有金属元素,在航空航天、钢铁冶金、化工以及新能源等方面都有着重要的应用。伴随着现代工业的迅速发展,各种领域对钒的需求量不断增长。钒在自然界中的储量较为丰富,但其通常与其他金属矿物共伴生。当前,可用于提钒的原料主要有含钒碳质页岩(石煤或煤矸石)、含钒云母、石油废渣、废催化剂、钒钛磁铁矿、含钒转炉渣等。其中,钒钛磁铁矿经高炉冶炼和转炉冶炼后产出的含钒转炉渣是目前提钒工业中采用的主要原料。基于此,结合国内外钒渣焙烧提钒工艺现状,从工艺参数优化和机理研究等方面系统总结了已实现工业化应用的钠化氧化焙烧提钒工艺和钙化氧化焙烧提钒工艺;综述了尚处于实验阶段的无盐焙烧提钒、氯化焙烧提钒、锰盐焙烧提钒以及镁化焙烧提钒等工艺的研究进展。指出了提钒工艺未来应该向高回收率、无污染、低成本的绿色环保冶炼方向发展,并为未来提钒技术的研究提供参考。

从钒渣中提取钒的工艺研究进展

钒渣是钒钛磁铁矿转炉炼钢过程的副产品,是钒的重要二次资源。目前,从钒渣中提钒以钠化焙烧—水浸和钙化焙烧—酸浸工艺为主;此外,还有很多新型提钒工艺,包括低温钠焙烧法、空白焙烧法、复合焙烧法、亚熔盐焙烧法、微波焙烧法、无焙烧加压酸浸法、微生物法、机械活化酸浸法、电场强化酸浸法等。综述了从钒渣中提钒工艺的研究进展,总结了各工艺的优缺点,指出了清洁高效、低成本可循环是未来钒渣提钒工艺的发展方向。

高温反应合成莫来石实现钒渣氯化残渣的无毒高效利用

采用氯化法从钒渣中提取有价元素(Ti、Cr、Fe、Mn和V)后得到的浸出渣主要成分为Al_(2)O_(3)和SiO_(2),还含有少量有害元素Cr和V。为了减少Cr和V对环境的污染,提出一种浸出渣无毒和有效利用的新方法。以浸出渣为原料,加入适量SiO_(2),在1600℃下固相烧结5 h,合成抗压强度为133.345 MPa、密度为3.20 g/cm^(3)的纯莫来石。浸出渣中的微量元素Ti和有害元素V和Cr在高温反应过程中进入莫来石晶格形成固溶体,稳定在莫来石相中。合成的样品采用毒性特性浸出程序(TCLP)和GB5085.3—2007进行检测。结果表明,莫来石符合毒性浸出标准,是一种安全无毒产品。

钒渣空白焙烧过程物相变化特征研究

钒渣空白焙烧工艺属于钒渣提钒领域的新方法,明确物相变化特征对于构建和完善钒渣焙烧过程的物相演变机理具有重要意义。本文从以往钒渣物相研究中易忽略的物相含量、形貌和钒元素赋存状态着手,应用矿物分析仪、X射线衍射分析仪和扫描电镜等设备对空白焙烧阶段钒渣中主要物相的变化特征进行了分析,结果表明:钒尖晶石、铁橄榄石和钙铁辉石随焙烧温度上升而逐渐氧化分解,含量逐步降低,钒酸锰、氧化铁、铁板钛矿等产物含量逐渐增加;随焙烧温度上升,钒尖晶石、铁橄榄石及钙铁辉石由边缘氧化逐渐过渡至内部氧化直至完全分解,其中钒尖晶石的氧化分解产物主要为钒酸锰、氧化铁及铁板钛矿,铁橄榄石、钙铁辉石的氧化分解产物主要为氧化铁和玻璃质;焙烧过程,钒渣中的钒元素主要由钒尖晶石向钒酸锰、氧化铁和铁板钛矿等物相迁移;900℃是钒渣空白焙烧的合适温度。

自还原钒渣压块的直接合金化行为

提出了一种钒渣在线还原直接合金化冶炼含钒钢的工艺,并通过热力学分析及实验研究,阐明了钒渣中氧化物的选择性还原趋势、钒回收率的影响因素以及合金化过程的反应机理.结果表明:在合金化20 min后,钢液中钒的质量分数快速上升至0.56%;随着合金化温度从1520℃升高到1600℃,钒的回收率从70.23%增至84.54%,并且在温度1600℃、压块碱度0.5、合金化时间25 min的最佳实验条件下,钒的回收率最高可达90.04%.此外,为保证钒渣快速合金化和钒的高回收率,可将钒渣与还原剂混合制成较小尺寸的钒渣压块,以实现在工业生产中提高钒回收率的目的.

钒渣常压直接酸溶浸出实验

这是一篇冶金工程领域的论文。以河北承德某钢厂钒渣为研究对象,针对当前钒渣“钠化焙烧-水浸提钒”生产工艺易产生有毒有害气体且钒回收率低、多种有价金属未能综合回收利用的现状,本文在Fe-VH_(2)O系热力学研究基础上,对钒渣常压下直接硫酸溶解浸出过程中磨矿细度、反应温度、酸浓度、液固比、浸出反应时间及搅拌速度等影响因素进行了实验研究。结果表明,浸出反应温度、硫酸浓度及液固比对钒浸出具有显著影响,在粒度D_(95)约16μm,反应温度90℃、液固比8∶1、H_(2)SO_(4)浓度4 mol/L、浸出反应时间8 h、搅拌速度400 r/min的条件下,钒浸出率为86.33%;酸溶过程中产生的无定形SiO_(2)可能覆盖在未溶解完全的矿物颗粒表面而阻碍矿物的进一步酸溶反应。

从含镓浸钒渣中浸出镓的试验研究

本研究作为含镓红热钒渣吹氧氧化后,同时压煮浸出钒和镓的基础研究,采用正交试验设计法,对已提取过钒的浸钒渣中的镓进行了碱浸实验。结果表明,渣中镓可以被浸出,镓浸出率(η_(Ga))主要随浸液碱浓度和浸出温度的变化而改变;浸出液碱(NaOH)水质量比为0.271、浸出温度为457K左右时η_(Ga)最大,为65％左右。为减少浸液中铁和硅的含量,并能够同时浸出钒和镓,应提高碱浓度,控制合适的保温时间,浸出温度以475K为宜。