提高钒渣一次渣焙烧转化率工艺研究

提高钒渣一次渣焙烧转化率工艺研究

卢明亮1，2，王岭1，田文祥2

(1．河北联合大学化学工程学院，河北唐山063009；2．河北钢铁集团承钢公司钒制品厂，

河北承德067002)

摘要：承钢钒制品厂新建回转窑比原回转窑大，原有的焙烧经验和热工制度不能满足该回转窑生产的需要。生产初期，新建回转窑的一次渣转化率仅为76．91%，比原回转窑低3%。通过调整氧化气氛、苏打比、入窑温度、焙烧时间及焙烧温度等参数，熟料出窑后急冷，一次渣转化率可达83%。

关键词：钒渣；一次渣；焙烧转化率；工艺；研究

1 前言

V2O5生产主要以提钒炼钢钒渣为原料，生产工艺有钙化焙烧和氧化钠化焙烧2种。承钢钒制品厂以钒渣为原料，采用氧化钠化焙烧工艺生产V2O5。该工艺包括钒渣破碎、除铁、球磨、混配料、焙烧、浸出、除杂、沉淀、熔化分解、废水处理等工序，焙烧钒渣大多应用回转窑和多堂炉2种设备，承钢钒制品厂使用回转窑焙烧钒渣。

一次渣焙烧转化率(以下简称“转化率”)是钒产品生产中最重要的技术指标，决定着稀有钒资源的转化率、回收率和钒产品的生产成本。承钢钒制品厂新建回转窑比原回转窑的直径和长度均有增大。随着新建设备的投产，原有的焙烧经验和热工制度不能满足实际生产需要，原回转窑采用一次渣与盐碱混合焙烧，年平均转化率为79．5%。考虑环保要求，新建回转窑取消了氯化钠，单独采用纯碱与一次渣进行焙烧。由于下料量增加，回转窑的长度和内径增大，生产初期平均转化率仅为76．91%，比原回转窑降低2%～3%。

2 影响回转窑焙烧转化率的因素

影响回转窑焙烧转化率的因素有：钒渣质量及物相结构、焙烧工艺、焙烧设备。

2．1 钒渣结构

从承钢钒渣(表1)的化学成分看，该渣属于硅、钙偏高的低品位渣。可根据钒渣中钒尖晶石颗粒大小，调节精渣粒度及附加剂配比提高转化率。

由表1可知，承钢的钒渣钒含量低，钙、硅、铁含量高。在焙烧过程中，钒渣中的SiO2与附加剂中的Na2O生成低熔点玻璃质，炉料过早出现液相，炉料发粘、结块，大窑结圈，阻碍了钒的氧化和可溶性钒酸盐的生成。

2．2 精渣含铁

钒渣中的低价铁在低温区氧化放热使物料粒度变大，转化率降低。严重时回转窑局部过热结圈，甚至发生生产工艺事故。在实验室内焙烧确定精渣含铁对一次渣转化率的影响，结果见图1。

由图1可见，精渣含铁量越高转化率越低。含铁＜10%的精渣转化率相对比较稳。虽然减少精渣中铁的含量可提高转化率，但是转化率提高并不明显，而且生产选铁难度增加，影响产能；含铁＞10%的精渣对转化率影响较大。通过实验数据分析，生产精渣含铁＜10%时转化率较好，生产更加稳定。

2．3 精渣粒度对渣转化率的影响

精渣粒度太大，钒渣中钒尖晶石的氧化不充分；粒度过细钒渣焙烧熟料容易出现一定程度的烧结现象，转化率反而降低。根据承钢钒渣钒尖晶石颗粒的大小，精渣中［－120目］≥80%时，有利于钒渣钒尖晶石的氧化。

针对这种情况，结合生产实践得到如下结论：

(1)必须加大除铁力度，将入窑精渣含铁降到合理范围(精渣含铁≤10%)。

(2)必须在焙烧阶段减少窑尾外部介质对回转窑温度的影响，提高并保持窑尾温度，使金属铁充分氧化。同时，尽量减少回转窑的温度波动，防止因温度骤然升高产生炉料液相化。

(3)可以合理地延长烧成带的长度(延长反应时间)，并保持中低限的焙烧温度(加强温度波动抵抗能力)，尽量减少硅含量高对炉料焙烧转化率的影响，提高窑况的稳定水平。

3 试验方案

3．1 焙烧工艺条件

为了确定最佳工艺条件，使生产和转化率指标尽快达到要求，选择焙烧温度、苏打比和烧成带焙烧时间3个因素在实验室内进行了焙烧L9(34)正交试验，结果见表2。

表2的最后一行中，焙烧温度、盐碱配比、焙烧时间3个因素的极差分别为0．70、7．88、4．86，由极差大小顺序排出由主到次因素依次为苏打比、焙烧时间、焙烧温度。由此排序结果可以看出，苏打比最重要，其次是焙烧时间和焙烧温度，因此生产中要特别控制苏打比及焙烧温度。据此，可初步确定此批次承钢钒渣的焙烧条件是：焙烧温度850℃、苏打比1．4、烧成带焙烧时间3．5h。

为了进一步确定最佳焙烧条件，在此正交试验的基础上，扩大条件范围进行了焙烧单因素试验。

3．2 苏打比对焙烧转化率的影响

一次渣与纯碱混合焙烧，固定焙烧温度850℃、焙烧时间3．5h，改变苏打比对转化率的影响见图2。

从图2可以看出，当苏打比＜1．4时，转化率随苏打比的提高而升高，当苏打比为1．7时，转化率趋于稳定。从生产成本及后续浸出考虑，苏打比应控制在1．4为宜。

3．3 焙烧时间对转化率的影响

一次渣与纯碱混合焙烧，固定焙烧温度850℃、苏打比1．4，改变焙烧时间对转化率的影响见图3。

由图3可见，焙烧时间由2．0h增加到3．5h时，转化率逐渐增加；焙烧时间到3．5h 后，随着焙烧时间的增加，转化率趋于稳定。为保证焙烧效果及生产成本，将焙烧时间定为3．5h。

3．4 氧化气氛对转化率的影响

控制向马弗炉内通入的氧气量，其对转化率的影响见图4。

由图4可见，氧化气氛由6%增加到10%时，转化率逐渐升高；氧化气氛增加到12%时，转化率略有上升；当氧化气氛继续增加到15%时，转化率变化不大。为保证焙烧效果，最佳氧化气氛确定为12%左右。

4 生产实践

承钢钒渣在新建回转窑内焙烧，控制精渣中［－120目］≥80%，与纯碱混合后300℃入窑。生产前期由于回转窑长度加长，烧嘴喷出的火焰发散，致使回转窑前端温度偏高，窑尾预热带达不到适宜温度，物料发粗，转化率偏低，第一个月平均转化率仅为70．61%。通过对烧嘴进行改造，并调节鼓、引风配比及回转窑转速，经过一段时间的调试，转化率逐渐升高。在生产过程中，发现苏打比、焙烧时间等因素对转化率的影响与实验室结果基本一致，转化率随苏打比增加而升高。但当苏打比过高时，物料发粘易出现烧结现象；而且纯碱配入过多，浸出钒液杂质含量升高，富集料发粘不易过滤；在一定时间内，焙烧时间延长转化率升高。按前期试验确定的工艺条件焙烧转化率达到83%。

5 结语

通过实验室试验，确定新建回转窑焙烧的工艺条件。应用于实际生产中，通过改造烧嘴、调节引风等，最终确定新建回转窑的最佳焙烧工艺为：物料300℃入窑、苏打比1．4、氧化气氛12%、烧成带最高温度不超过850℃，熟料出窑后急冷，一次渣转化率可达到83%。