用碳热还原法从含钒钢渣回收含钒生铁

四川冶金第２７卷

与含Ｖ２０５０．８～１．２％的石煤相比，含钒钢渣中的钒含量还是相当高的，将其作为二次资源回收其中的钒将会有很大的意义。攀钢为回收这部分钢渣中的钒作了许多工作，例如将钢渣返回烧结。但含钒钢渣作为烧结料返回高炉，在高炉铁水中进一步富集的同时，磷也被富集于铁水中。转炉渣中ＣａＯ含量较高，如果直接用酸浸的方法提钒，酸的耗量过大，成本过高，因此开发新的方法从转炉渣中回收钒是非常有必要的。

为了研究从钢渣中提取钒的新方法，本工作对钒在钢渣中的分布、含量、冷却条件及含钒矿相的生长做了研究，尝试用碳热还原方法回收渣中的钒，将钒富集于碳饱和的生铁中。

２实验

２．１含钒钢渣中钒的分布

实验用攀钢转炉渣，成分如表１所示。

表１攀钢转炉渣成分

盛坌旦垒璺塑！：壁塑叟曼！垒塑塑！含量（％）２．６５５３．３１５．２５７．６６８．５４２．０４０．３５

称取２０ｇ渣与一定量的ｖ２０３和添加剂均匀混合，添加剂主要为ｓｉ０２和ＣａＦ２，目的是为了降低渣的碱度和粘度，１４４０℃条件下在钼坩埚内熔化，恒温１小时后以１或２℃／ｍｉｎ的冷却速度降温，由可编程控温仪控温（ＳｈｉｍａｄｅｎＳＲ一５３）。渣样在１０００℃时用氩气保护水淬。淬冷渣用电子显微镜、化学分析、ＳＥＭ、ＥＤＸ和ＸＲＤ分析钒在渣中的分布和存在形式。

２．２钢渣中含钒矿相的生长

实验用马钢转炉渣，成分如表２所示。

表２马钢转炉渣平均成分

盛坌兰垒曼塑！：壁坚受曼！垡坚塑！堕含量（％）５．７５３５．０２２．３２６．０８．５１．２１．３

称取２０ｇ渣与Ｓｉ０２均匀混合，将其碱度分别调为１．６和１．９，在１５００℃条件下用氩气保护在钼坩埚内熔化，恒温２小时后分别以５、３、１℃／ｍｉｎ的降温速度冷却至５００℃，切断炉子电源，在炉中冷却至室温，用与２．１相同的方法分析，含钒相晶粒大小及体积分数通过图像软件分析确定。

２．３碳热还原钢渣

将表３所示成分的渣研磨成粉末与石墨和Ｓｉ０２粉末均匀混合，取１５ｇ均匀混合渣装入石墨坩埚，放人密封石英玻璃管中，用感应圈加热。混合粉末在１５００～１６００℃熔化，４０ｍｉｎ后，冷却，磁选分离，对得到的铁合金粒进行化学分析，用ＸＲＤ分析磁选后的渣。

表３原始攀钢转炉渣成分

３结果与讨论

３．１钒在攀钢缓冷转炉渣中的分布

利用ＳＥＭ、ＥＤＸ、和ＸＲＤ分析原始含钒钢渣和

处理后的渣，ＳＥＭ照片和相关的ＥＤＸ结果如图１（ａ

至ｃ）所示。

分析结果表明钒氧化物在原始含钒转炉渣中主

要存在于石灰固溶体相和Ｃａ３Ｓｉ０５相中；对于含３．４

％Ｖ２０５的合成渣，钒氧化物主要存在于Ｃａ３Ｓｉ０５相

中；含６．０％ｖ２０５的合成渣，钒氧化物主要存在于

ＣａＶ２０６一ＣａｚＰ２０７固溶体相中，其中Ｖ２０５含量高

达３０％；但含Ｖ２０５高于６％的渣就可以采用隋智通提出的“选择性析出”的理论进行富集回收。（ａ）未经处理含２．６５％Ｖ２０５的转炉ＳＥＭ照片１：磁铁矿相２：方镁石３：ＲＯ相（含１．３％ｖ２０ｓ）

４：Ｃａ３Ｓｉ０５（含３．Ｏ％ｖ２０５）

第５期ＳｉｃｈｕａｎＭｅｔａｌｌｕｒｇｙ

（ｂ）合成渣（３．４％Ｖ２０５，Ｒ＝２，冷却速度：２ｔ２／ｍｉｎ）

１：方镁石２：Ｃａ３Ｓｉ０５（含１１％７２０５）

３：ＣａｚＳｉ０４（ｖ２０５含量很少）

（ｃ）合成渣（６．０％ｖｚ０５，Ｒ＝２，冷却速度：２℃／ｍｉｎ）

１：ＦｅＯ２：ＣａＶｚ０６一ＣａｚＰｚＯｒ固溶体（含ＶｚＯｓ３０．５％）

３：ＣａＣｈＳｉ０４（含ｖ２０５１．１％）

图１渣样ｓＥＭ照片

３．２马钢含钒钢渣熔化缓冷后钒的分布及晶粒生长

ＥＤＸ分析表明含６．９１％ｖ２０３的转炉渣中，钒分布在四个相中，但主要分布在Ｃａ３Ｓｉ０５和钙钛钒氧化物相中，Ｃａ３Ｓｉ０５相中含有３．０９％的ｖ２０５，钙钛钒氧化物相中含有６．７１％的Ｖ２０５。将含４．７１％Ｖ２毡原始渣的碱度调节为１．９，经处理以５℃／ｍｉｎ的降温速度冷却后，用ＸＲＤ和ＥＤＸ分析表明，钒分布在Ｆｅ—Ｍｎ—Ｖ—Ｏ固溶体、Ｔｉ—ｓｉ＿Ｏ固溶体、３ＣａＯ·Ｓｉ０２、ＦｅＶ０４和ＣａＴｉ０３五个相中，钒在其中的含量如表４所示。

表４ｖ２０５在经处理钢渣各相中的含量

矿相Ｆｅ．Ｍｎ－Ｖ－ＯＴｉ—Ｓｉ．Ｏ２ＣａＯ·ｓｉ０２ＦｅＶＯａＣａＴｉ０３ｖ２０５（％）１４．０１１．２１ｔｒａｃｅ２８．１９１１．４２

ＳＥＭ分析表明ＦｅＶ０４、ＣａＴｉ０３两相嵌于Ｆｅ—Ｍｎ．Ｖ－Ｏ相中，Ｔｉ．Ｓｉ．ｏ相嵌于Ｃａ２Ｓｉ０４，但Ｔｉ－Ｓｉ一０相的面积百分比较小，因此大部分钒可以被富集于Ｆｅ—Ｍｎ—Ｖ—Ｏ相中。

对渣的碱度、冷却速度和添加剂对Ｆｅ—Ｍｎ—Ｖ—Ｏ相晶粒长大的影响进行了研究，渣在１５００ｔ【２熔化，恒温２小时后，以１℃／ｍｉｎ的降温速度冷却至１０００℃，切断电源让其在炉中冷却至室温，表５列出了碱度对Ｆｅ—Ｍｎ—Ｖ—Ｏ矿相晶粒长大及所占体积分数的影响。

表５碱度对Ｆｅ—Ｍｎ～Ｖ一０矿相晶粒长大及所占体积分数的影响

从表５可以看出，低碱度有利于Ｆｅ—Ｍｎ—Ｖ—Ｏ晶粒长大和体积分数的增大。原因是，当碱度较低时熔渣的粘度较低，使得含钒离子容易扩散富集，另一个原因是碱度较低时，渣的熔化温度较低，在凝固前各种离子有足够的时间聚集使晶体长大。

ＣａＦ２对Ｆｅ—Ｍｎ—Ｖ—Ｏ晶粒长大的影响如表６所示。将碱度调节为１．６添加２％的ＣａＦ２和未加ＣａＦ２的钢渣经处理后以３℃／ｍｉｎ降温。

表６ＣａＦ２添加剂对Ｆｅ—Ｍｎ—Ｖ—Ｏ晶粒长大的影响

从表６可以看出，ＣａＦ２有利于Ｆｅ—Ｍｎ—Ｖ—Ｏ晶粒的长大，原因是ＣａＦ２可以切断Ｓｉ—Ｏ键，降低了渣的熔化温度和粘度。

表７总结了冷却速度对Ｆｅ—Ｍｎ—Ｖ—Ｏ晶粒长大及所占体积比例的影响，原始渣ｖ２０５的含量为５．６５％，被处理渣的碱度为１．６，将该渣在１５００１２条件下熔化２小时，分别以１、３、５℃／ｍｉｎ的速度冷却至１０００℃。

表７冷却速度对Ｆｅ…ＭｎＶ０晶粒及所占体积比

例的影晌