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。

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。

攀钢钒渣钙化焙烧影响因素研究及过程热分析

对攀钢钒渣进行钙化焙烧试验,通过钒转浸率考察了钒渣粒度、钙钒比、焙烧温度、焙烧时间对焙烧效果的影响,并对焙烧过程进行了热分析。结果表明:在钒渣粒度为-140目、钙钒比为0.62、焙烧温度为900℃、焙烧时间为150 min时,钙化焙烧效果较好,焙烧熟料的钒浸出率可达91%以上;钒渣钙化焙烧是钒渣首先氧化分解,并在680℃与碳酸钙直接作用生成钙的钒酸盐的过程。

高钙高磷钒渣提钒工艺研究进展

为了给解决高钙高磷钒渣难利用问题提供参考,在归纳目前已提出的钠化焙烧—水浸提钒、钙化焙烧—酸浸提钒、钙化焙烧—碳酸钠浸出提钒、含钒溶液溶剂萃取提钒、含钒溶液离子交换提钒等主要的钒渣提钒工艺基础上,着重介绍了其中的钠化焙烧—水浸提钒工艺、钙化焙烧—酸浸提钒工艺、钙化焙烧—碳酸钠浸出提钒工艺以及新提出的钙化焙烧—碳酸铵浸出提钒工艺和钙化焙烧—草酸盐浸出提钒工艺在处理高钙高磷钒渣方面的研究进展,最后针对这些工艺尚存在的缺陷,指出寻找钙化焙烧除磷添加剂、减少碳酸铵浸出时的浸出剂用量、简化草酸盐浸出时的浸出剂种类等应该是高钙高磷钒渣提钒工艺今后的研究方向。

钙化焙烧与湿法酸浸提钒废渣浸出毒性研究

对钙化焙烧和湿法酸浸提钒废渣的化学成分和矿物组成进行分析,主要含SiO2、Al2O3、Fe2O3及少量其他氧化物,矿物组成主要为石英。研究在不同pH值浸提剂作用下两种钒渣的重金属浸出毒性,探讨以超纯水为浸提剂时重金属的浸出规律。利用发光细菌试验和种子发芽试验研究两种钒渣浸出液的生物毒性。结果表明:以pH值为4.0、4.5、5.0、5.5、6.0、6.5、7.0的稀H2SO4溶液和超纯水为浸提剂时,除V与As外,湿法酸浸钒渣的重金属浸出质量浓度均高于钙法钒渣;两种钒渣浸出液的pH值都较稳定。发光细菌试验和种子发芽试验结果均表明,湿法酸浸钒渣浸出毒性比钙法钒渣浸出毒性强。

钙化焙烧提钒废渣浸出毒性试验初步研究

对贵州省某矿业有限公司刚出炉的钙化焙烧提钒废渣进行浸出实验,并利用斑马鱼胚胎染毒实验探讨了钙化焙烧提钒废渣浸出液中重金属的联合毒性效应。实验结果表明:根据《固体废物浸出毒性浸出方法 -水平振荡法》(HJ557-2010)试验规范进行浸出,钙化焙烧提钒废渣浸出液中V浓度符合《钒工业污染物排放标准》(GB26452-2011),其它7种重金属浓度均符合《污水综合排放标准》(GB8978-1996)中的排放限值;染毒后的斑马鱼胚胎没有表现出强烈的感应,孵化出的幼鱼表现正常。由此说明钙化焙烧提钒废渣浸出液毒性较小,不会表现出对环境的强烈污染效应。

不同钙化剂对高钒渣酸浸提钒的影响

针对传统钒渣钠化焙烧-水浸提钒工艺的不足,确定对钒渣钙化焙烧-酸浸提钒进行研究。在理论分析的基础上,本研究以高钒渣为原料,研究了钙化焙烧-酸浸提钒过程中3种钙化剂(CaSO4、CaCO3、CaO)的焙烧机理以及对提钒效果的影响。研究结果表明:钒浸出率随焙烧温度的升高先增大后减小,且在1 450K时达到最大值;钙化剂配比为100%CaSO4时提钒率最大;在目前实验室研究条件下,钒的浸出率最大可达93.53%。

钒渣钙化焙烧相变过程的机理分析

采用X射线衍射、扫描电镜及能谱分析对钒渣钙化焙烧相变机理进行研究。结果表明:钒渣主要物相为不规则多边形铁钒尖晶石和铁橄榄石,660℃时均已开始氧化分解,前者产物为固溶体R2O3和部分铁板钛矿微晶聚体及晶间少量钒酸锰,铁橄榄石740℃时已显著分解、结构破坏。随着温度的提高(660~900℃),氧化产物逐渐增多,微晶粒长大聚合,钒酸盐形态由少量浸染状逐渐向微质点、无定形熔态带状变化,并向渣粒外侧迁移。低于900℃时,钒酸盐中Mn含量较高,Ca含量偏低,实际生成的为钒酸锰盐;900℃以上时,Mn和Ca含量则逆向变化,形成焦钒酸钙;940℃时,渣粒出现液相,使部分焦钒酸钙与R2O3和玻璃相混杂,阻碍氧化反应。

钙化焙烧-微波酸浸对钢渣中钒铁浸出的影响

为研究含钒钢渣钙化焙烧参数对提钒效率的影响,以来自河北承德的含钒钢渣为原料、CaO为焙烧添加剂,利用微波设备加热酸浸,考察了焙烧温度、时间及配钙比对V、Fe元素浸出的影响规律,并揭示了其作用机制。热力学计算表明,在700~1100℃范围内,尖晶石相已经氧化分解。试验结果表明,在不同的焙烧温度下,V元素的浸出率从36.96%提高到40.56%;当延长焙烧时间至5 h后,浸出率反而下降,这是因为随着长时间的氧化焙烧,生成了难溶解的硅酸盐相;当焙烧温度为1000℃、时间为3 h、配钙比为8%时,V元素的浸出率最高可达50.06%,同条件下Fe元素的溶出率为19.89%。试验不仅有效回收了钒资源,而且抑制了杂质元素的溶出。

高钙高磷钒渣焙烧浸出的研究

以攀钢集团所产高钙高磷钒渣为原料,针对高钙高磷钒渣不能直接采用现有产业化提钒工艺进行生产的现状,采用"钙化焙烧-碳酸钠浸出"工艺进行了高钙高磷钒渣提钒试验研究。考察了焙烧温度、焙烧时间、浸出温度、浸出时间、浸出剂浓度、液固比对钒转浸率的影响,并进行了稳定试验。通过试验获得的最佳工艺参数:焙烧温度为860℃,焙烧时间为80~120 min,碳酸钠溶液浓度为10%,浸出温度为95℃,浸出时间为100~120 min,液固比为4∶1 ml·g^(-1)。结果表明:通过钙化焙烧-碳酸钠浸出能够使高钙高磷钒渣中钒的转浸率达到约90.69%,浸出液中的P,Cr等杂质含量符合在碱性条件下沉偏钒酸铵的要求。相比钠化焙烧-水浸提钒工艺,"氧化焙烧-碳酸钠浸出"工艺能够保证高钙高磷钒渣有较高的钒浸出率,消除了焙烧过程中Ca O对钒转化率的影响,减少了由于除P造成的钒损失,对高钙高磷钒渣的产业化提钒具有重要意义。

熔融态钒渣氧化钙化后酸浸研究

把钒渣加热到熔融态直接加入CaO并吹氧,将渣中钒氧化为四价或五价与CaO形成钒酸钙,然后酸浸其中的钒,研究了钙钒比、硫酸浓度和固液比对浸出率的影响。结果表明:生成以CaV2O5为主的钒酸钙盐,在70%钒渣粒度小于0.074 mm、钙钒比0.5~0.9、浸出温度90℃、反应时间120 min、固液比1∶5、硫酸浓度20%的条件下,钒浸出率可以达到88%以上。

碳酸氢钠浸出钙化熟料制备V_2O_5的试验研究

以钒渣钙化焙烧熟料为原料,采用碳酸氢钠浸出—碳酸（氢）铵沉钒工艺进行了制备V2O5的试验。重点研究了浸出温度、浸出时间、浸出剂浓度、液固比对浸出效果的影响和浸出液净化、沉钒的工艺条件。研究结果表明,钙化熟料在浸出温度95℃、浸出时间120 min、碳酸氢钠浓度15.8%、液固比3∶1-4∶1的工艺条件下浸出,获得的钒转浸率≥92%;浸出液按wAl/wSi=0.6-0.8加入偏铝酸钠除硅和碳酸（氢）铵沉淀偏钒酸铵,煅烧获得的五氧化二钒纯度为99.87%,其它各项指标均满足YB/T 5304-2011标准要求。

钒渣钙化焙烧-酸浸提钒试验研究

针对钒渣钙化焙烧一酸浸提钒工艺在工业试验过程中暴露出来的问题，以攀钢钒渣为原料，对影响提钒效果的关键工艺参数进行了研究。主要考察了混合料CaO／V2O5、熟料粒度、熟料金属铁、酸浸浆料终点pH值对钒转浸率的影响，焙烧气氛氧化性对最佳焙烧温度、浸出液P浓度对沉钒效果的影响。研究结果表明，在混合料CaO／V2050．54～0．70、熟料粒度为-0．096mm、熟料金属铁≤2％和浆料终点pH≤4．1时可获得较好的钒转浸率；当焙烧进气氧含量为15％（相应尾气氧含量-12．5％）时，最佳焙烧温度为850～870℃，相应的钒转浸率为88．29％～88．66％；酸性浸出液TV32g／L左右时，P浓度应控制在0．06g／L以下。

钙化提钒焙浸工艺中含钒物相结构及其演变规律研究

钙化焙烧和酸浸工艺中物相转变差异会对总钒转化率产生比较大的影响。通过对钒渣、熟料和残渣中含钒物相微观结构、形貌以及钒元素走向进行分析,结果表明:钙化焙烧过程中钒尖晶石由初始光滑致密的多边形逐渐氧化成多孔状态,直至最后生成凹凸不平的"圆粒状"氧化铁和"短柱状"铁板钛矿,钒元素也由最初富集在钒尖晶石中逐渐向钒酸钙、氧化铁、铁板钛矿和硅酸盐中转移;酸浸过程中最明显的变化为由熟料中凹凸不平的含钒氧化物(氧化铁、铁板钛矿和钒酸钙)逐渐开始变为"镂空状"的铁板钛矿相,大部分钒元素已被硫酸浸出,残留的钒元素主要赋存在氧化铁、铁板钛矿和硅酸钙中。

磁性钒渣分离及钙化提钒工艺研究

利用MLA矿物物相分析仪和光学显微镜,研究了不同粒度磁性钒渣的组成、渣铁分布、以及金属铁对焙烧—酸浸的影响。结果表明,磁性钒渣由金属铁相和高铁钒渣组成,分别占35.36%、64.64%,而金属铁含量>2%时会明显降低提钒收率,提出了磁性钒渣碾磨—筛分—分离金属铁用于钒铁冶炼原料,高铁钒渣钙化焙烧—酸浸提钒的工艺技术方案,钒的焙烧—酸浸转化率>86.16%,实现了钒、铁资源分类利用。

钒渣钙化焙烧烧结现象研究

钒渣钙化焙烧物料烧结,造成钒渣转浸率低,严重时将阻碍生产顺行。对钒渣钙化焙烧过程中物料烧结的原因及影响因素进行了研究。结果表明:当焙烧温度超过焙烧产物熔点时,低熔点物质由固相向液相转化,随着回转窑转动发生剧烈翻滚,形成直径较大的球状烧结料;焙烧温度和混合料中磁性物是影响物料烧结的主要因素;焙烧温度高于900℃,烧成带距离延长,低熔点物质拥有足够的时间形成较多的液相,发生烧结;混合料磁性物含量高,焙烧过程中氧化放热所升高的温度与焙烧温度发生叠加,局部温度可达1 000℃,使物料烧结严重。

钙化焙烧含钒熟料硫酸浸出工艺研究

针对钒渣钙化焙烧硫酸浸出工业化生产中存在的钒浸出率低的问题,对熟料粒度、磁性物,以及浸出温度对钒浸出率的影响进行了研究。结果表明:+178μm熟料比例达到20%、熟料中磁性物含量达到2%、低温浸出是影响钒浸出率的主要原因;优化后参数为:熟料粒度-178μm比例≥98%、熟料中磁性物含量小于0.2%、浸出终了温度高于50℃,钒浸出率可达92.46%以上。