三步法熔化和反射爐熔化對(duì)比

霍振軍 楊雪峰 曾江

摘要：在水法提釩生產(chǎn)過(guò)程中，熔化是生產(chǎn)成品五氧化二釩的工序，主要目的是將多釩酸銨中的水、氨脫除后，進(jìn)行氧化熔化，經(jīng)過(guò)冷卻制片產(chǎn)生片狀五氧化二釩;目前國(guó)內(nèi)熔化生產(chǎn)主要為反射爐，生產(chǎn)中存在熱效率低、釩損失大等缺點(diǎn)，內(nèi)江市興威釩業(yè)有限公司從2019年建設(shè)三步法熔化爐并投入運(yùn)行，通過(guò)一年的生產(chǎn)，釩收得率相比反射爐提高了4個(gè)點(diǎn)，本文主要對(duì)三步法熔化和反射爐熔化進(jìn)行對(duì)比，從而總結(jié)經(jīng)驗(yàn)。

Abstract： In the process of extracting vanadium from water， melting is the process of producing finished divanadium pentaoxide. The main purpose is to remove the water and ammonia from ammonium polyvanadate， and then to melt and oxidize it， and then to produce flaky divanadium pentaoxide after cooling. At present， the domestic melting production is mainly a reverberatory furnace， and there are some shortcomings in the production such as low heat efficiency and large vanadium loss. Neijiang Xingwei Vanadium Industry Co.， Ltd. has built a three-step melting furnace from 2019 and put it into operation. Through one year's production， the recovery of vanadium is 4 points higher than that of reverberatory furnace. In this paper， three-step melting and reverberatory furnace melting are compared.

關(guān)鍵詞：水法提釩;多釩酸銨;釩收得率;反射爐

Key words： extraction of vanadium from water;ammonium polyvanadate;yield of vanadium;reverberatory furnace

中圖分類號(hào)：TF841.3? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1006-4311（2020）11-0235-02

0? 引言

五氧化二釩是釩的基本產(chǎn)品之一，它是將含釩原料（如釩渣等）經(jīng)過(guò)原料制備、氧化鈉化焙燒、浸出、沉淀等工序后得到多釩酸銨（APV），再將APV熔化、鑄片得到片狀五氧化二釩產(chǎn)品。熔化工序是五氧化二釩生產(chǎn)工藝中的末端工序，也是非常重要的環(huán)節(jié)，熔化時(shí)的操作水平及設(shè)備狀況將直接影響到釩的回收率。

興威釩業(yè)原生產(chǎn)片狀五氧化二釩采用的是爐床面積為10m2的室式反射爐熔化工藝，燃料為混合煤氣及天然氣，該工序的釩回收率起伏較大，平均為94%左右，釩的回收率偏低，對(duì)降成本工作影響很大。因此，通過(guò)對(duì)APV 的物料性質(zhì)、熔化特點(diǎn)、熔化過(guò)程溫度及操作制度等進(jìn)行分析研究，摸清熔化過(guò)程中釩的損失方式并采取相應(yīng)的對(duì)策，以減少釩的損失，提高釩的回收率，具有十分重要的意義。

而三步法熔化爐就很有效的避免了反射爐的各項(xiàng)缺點(diǎn)，生產(chǎn)釩回收率達(dá)到98%以上。本文將興威釩業(yè)三步法熔化和反射爐熔化進(jìn)行對(duì)比分析，從而總結(jié)和改進(jìn)。

1? 多釩酸銨熔化的基本過(guò)程及分析

APV 在加熱過(guò)程中主要進(jìn)行如下反應(yīng)[3]：

當(dāng)溫度<670℃時(shí)：

①（NH4）2V12O31·XH2O（S）=6V2O5+2NH3（g）+（X+1）H2Og

②（NH4）2V6O16·YH2O（S）=3V2O5+2NH3（g）+（Y+1）H2Og

當(dāng)溫度>670 ℃時(shí)：

③3V2（S·L）+2NH3（g）=3V2O4（S）+3H2O（g）+N2（g）

④V2O4（S）+1/2O2=V2O5（L）

APV在熔化過(guò)程中首先是要脫水、分解脫氨，其次是APV分解的氨氣將部份五氧化二釩還原為低價(jià)釩氧化物，最后被還原的低價(jià)釩氧化物與爐氣中的氧結(jié)合轉(zhuǎn)化為五氧化二釩。釩的氧化物的主要物化性質(zhì)（見(jiàn)表1）。

表1可知，價(jià)態(tài)越低，其氧化物的熔點(diǎn)越高。五氧化二釩的熔點(diǎn)是670℃，而四氧化二釩的熔點(diǎn)卻高達(dá)1545℃。五氧化二釩熔化后，隨溫度升高其蒸汽壓也呈直線上升，溫度大于1000℃時(shí)更為明顯，因此五氧化二釩的揮發(fā)損失是熔化過(guò)程中釩損失的主要方式之一。APV在脫水后變?yōu)榉蹱預(yù)PV，脫氨后在670℃以前為粉狀五氧化二釩，因粉狀物相對(duì)密度較低（V2O5，22.6℃時(shí)為3.352g/cm3），在反射爐內(nèi)易被爐氣抽走，這也是熔化過(guò)程中釩損失的另一主要方式。

2? 熔化釩損失的原因及反射爐和三步法熔化的對(duì)比

2.1 熔化過(guò)程釩的蒸發(fā)損失及對(duì)比

反射爐現(xiàn)場(chǎng)對(duì)熔化過(guò)程溫度的監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)，實(shí)際操作中有時(shí)溫度高達(dá)930～1045℃，平均達(dá)987℃。從前述分析可知，溫度越高，越易產(chǎn)生高熔點(diǎn)的低價(jià)釩氧化物，增加了熔化溫度及熔化時(shí)間;會(huì)導(dǎo)致V2O5（L）的大量揮發(fā)損失。熔化溫度過(guò)高是造成釩回收率低的重要原因。而三步法熔化爐在脫水、脫氨、熔化三個(gè)階段都是恒溫過(guò)程，其中熔化段的溫度在780～850℃左右，由于三步法熔化溫度相比反射爐溫度低200℃左右，因此三步法熔化的釩的蒸發(fā)損失比反射爐要小很多（表2）。

2.2 爐內(nèi)氣氛造成的釩損失及對(duì)比

濕APV進(jìn)入反射爐后，首先是脫水、脫氨。該過(guò)程得到的三種產(chǎn)物為水、氨氣和五氧化二釩，如果氨氣不能及時(shí)排出，氨氣會(huì)將五氧化二釩還原成低價(jià)釩，造成熔化溫度與熔化周期延長(zhǎng)，導(dǎo)致粉狀物損失增大;而三步法熔化爐脫水、脫氨、熔化均為不同的區(qū)間，各段的作用為單一的脫水、脫氨、熔化，因此，三步法熔化杜絕了像反射爐一樣脫水、脫氨、熔化反復(fù)反應(yīng)在一起，同時(shí)避免了還原、氧化循環(huán)反應(yīng)的過(guò)程，減少了粉狀物的損失。

2.3 設(shè)備造成的釩損失及對(duì)比

興威釩業(yè)原有的反射爐有5個(gè)進(jìn)氣孔，便于提高爐內(nèi)氧化氣氛，同時(shí)爐后為水除塵，抽出的釩粉塵進(jìn)入水體，從而造成熔化釩損失增大;而三步法熔化為全密封設(shè)備，系統(tǒng)熟料輸送為風(fēng)送，抽風(fēng)效果比反射爐好很多，在閃蒸和煅燒都配套有布袋除塵系統(tǒng)，系統(tǒng)的釩粉塵會(huì)進(jìn)行回收進(jìn)入系統(tǒng)，不會(huì)外冒，因此，三步法熔化爐由于其密閉性和良好的除塵功能，釩損失比反射爐有明顯減少。

綜上，三步法熔化爐釩收得率較反射爐釩收得率明顯提高，從三步法熔化爐生產(chǎn)數(shù)據(jù)即可看出（表3）。

從表3可以看出，三步法熔化爐生產(chǎn)的收得率要比反射爐收得率提高4%左右的收得率。按照年產(chǎn)1.5萬(wàn)噸釩計(jì)算，三步法每年可以增加產(chǎn)量600噸，降成本可達(dá)5400萬(wàn)元。

2.4 三步法熔化爐和反射爐產(chǎn)量對(duì)比

興威釩業(yè)10m3反射爐為間歇式作業(yè)，按照8小時(shí)進(jìn)行循環(huán)，作業(yè)過(guò)程為鋪料→點(diǎn)火升溫→脫水脫氨熔化→引流冷卻制片，下個(gè)班繼續(xù)循環(huán)，每8小時(shí)產(chǎn)片釩為2噸/爐，日產(chǎn)量為6噸/爐;三步法熔化爐為連續(xù)式作業(yè)，作業(yè)過(guò)程為雙螺旋進(jìn)料→閃蒸脫水→煅燒脫氨→熔化制片，興威釩業(yè)10.5m3三步法熔化爐日產(chǎn)量可以到24噸/天，（表4）綜上可以看出，一座三步法熔化爐產(chǎn)量約等于4爐反射爐的產(chǎn)量，因此產(chǎn)量可以大幅度提高。

2.5 三步法熔化爐和反射爐勞動(dòng)強(qiáng)度及現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境對(duì)比

由于反射爐生產(chǎn)時(shí)需要鋪料，過(guò)程中員工要使用工具對(duì)APV進(jìn)行處理，形成坡?tīng)罾跔t內(nèi)反應(yīng)，直面高溫的時(shí)間較長(zhǎng)，體力勞動(dòng)較大，而且反射爐輸氣空較多，現(xiàn)場(chǎng)的粉塵含量大，對(duì)人的職業(yè)健康影響較大;三步法熔化爐為全密閉設(shè)備，APV進(jìn)料為螺旋輸送，中間物料為風(fēng)送，從進(jìn)到出各個(gè)環(huán)節(jié)均為機(jī)械化作業(yè)，沒(méi)有較大的體力勞動(dòng)作業(yè)點(diǎn)，同時(shí)三步法熔化爐除塵系統(tǒng)良好，全系統(tǒng)為負(fù)壓，粉塵均在爐內(nèi)循環(huán)，對(duì)外界的環(huán)境影響較小。因此，三步法熔化爐相比反射爐，可以減輕員工勞動(dòng)強(qiáng)度，減少作業(yè)環(huán)境粉塵。

3? 對(duì)比總結(jié)

從以上分析，可以得出三步法熔化爐相對(duì)反射爐優(yōu)點(diǎn)如下：

①釩收得率較高。三步法熔化爐釩收得率可以達(dá)到98%以上，對(duì)比反射爐有明顯的優(yōu)勢(shì);

②產(chǎn)量大幅度提升。同樣大小的熔化爐，三步法日產(chǎn)量可以達(dá)到24噸，而反射爐只有6噸，因此三步法熔化爐可以提高五氧化二釩的產(chǎn)量;

③勞動(dòng)強(qiáng)度降低，環(huán)境改善。三步法熔化爐為全機(jī)械化作業(yè)，員工多以巡檢為主，因此可以減輕員工的勞動(dòng)強(qiáng)度，并且三步法熔化爐全系統(tǒng)為密閉式負(fù)壓結(jié)構(gòu)，有很好的除塵系統(tǒng)，粉塵無(wú)法外冒，因此作業(yè)環(huán)境有很大改善。

4? 結(jié)語(yǔ)

興威釩業(yè)從2008年開(kāi)始涉足五氧化二釩生產(chǎn)，2018年開(kāi)始建設(shè)三步法熔化爐，2019年投入生產(chǎn)使用，如今，三步法熔化爐生產(chǎn)已經(jīng)能夠穩(wěn)定運(yùn)行，同時(shí)，對(duì)生產(chǎn)各個(gè)環(huán)節(jié)的參數(shù)及控制要點(diǎn)均有了統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，并形成了規(guī)程，通過(guò)三步法熔化爐的全面運(yùn)行，興威釩業(yè)的各項(xiàng)指標(biāo)得到明顯提升，98%的熔化爐收得率為同行業(yè)前茅，并幫助企業(yè)在2019年完成了1.45萬(wàn)噸片釩的產(chǎn)量。

參考文獻(xiàn)：

[1]王鐵漢.國(guó)外釩鈦.1982（1）：40-43.

[2]蔡垂信，等.多釩酸銨的沉淀[J].鐵合金，1980-12.

[3]楊守志.釩冶金[M].冶金工業(yè)出版社，2010-1.