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2022
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釩鐵的生產工藝
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(僅秘魯的米納拉格拉為單礦床。已采完。),都是與別的礦共生。用作生產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,生產氧化鋁的殘渣等。這些原料含釩低,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釩的主要原料,世界釩產量的90%是用這種原料生產的。
?。?)釩鈦磁鐵礦生產五氧化二釩
釩鈦磁鐵礦的化學成分為:V0.3%~1.4%,Fe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爐(或搖包)用氧氣吹煉得到的釩渣,含V10%~15%,FeO25%~45%,SiO213%~20%,TiO2約10%,Cr2O31%~5.0%。渣中夾雜著金屬鐵(半鋼)。經破碎、球磨至粒度<0. 1mm,用風選機或磁選機選出金屬鐵后,用作生產五氧化二釩的原料。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為:
4FeO·V2O3+4Na2CO3+5O2 ?8NaVO3+2Fe2O3+4CO2↑
(2)鋁熱法
最早生產釩鐵的方法且至今仍在使用。鋁是最強的還原劑。用鋁還原五氧化二釩產生的熱量相當大(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溫度;加入石灰、鎂砂、螢石降低爐渣粘度;調整鋁粒與五氧化二釩熔片粒度來降低反應速度,減少噴濺損失,提高釩的收得率。冶煉用鎂質爐襯,或用釩鐵爐渣打結的圓形反應爐筒。采用下部點火法冶煉。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<15mm。冶煉反應完成后,自然冷卻16~24h。拔去爐筒,取出釩鐵錠,進行清理、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反應,提高釩的回收率。
(3)電硅熱法
用75%硅鐵和鋁作還原劑。在改進的三相堿性電弧爐中生產含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%,Fe≤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見圖3。反應產生SiO2。而低價釩氧化物為堿性化合物,對釩的還原產生不利的影響。為此需要加入石灰以提高爐渣的堿度,促進釩氧化物的還原。
冶煉過程分兩步進行。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,補爐完畢,即加入按生產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,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)。當熔池形成后,全負荷供電,使爐料迅速熔化。全熔后適當降低供電負荷,加入剩余的硅鐵后,再加鋁還原渣中的V2O5。充分攪拌熔池,當爐渣中的(V2O5)<0.35%時則出渣。出渣后,加入第2批還原料(氧化釩熔片和石灰的混合料)。全熔后經充分攪拌。先加硅鐵,后加鋁塊還原爐渣。當渣中(V2O5)<0.35%時放渣。還原期加料數量及批數由生產釩鐵的釩含量(40%~60%)確定。
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