轉爐釩渣鈉化焙燒分解機理的研究

秦明曉

轉爐釩渣鈉化焙燒分解機理的研究

秦明曉

（中國恩菲工程技術有限公司，北京 100038）

工業上主要采用鈉鹽添加劑與釩渣進行高溫焙燒，以期使得轉爐釩渣中的含釩物相轉化，獲得易于浸出的含釩鈉鹽，但是轉爐釩渣鈉化焙燒過程的物相轉化機制并不明確，導致后續釩的分離工作存在困難。以碳酸鈉為添加劑，考察了釩渣鈉化焙燒過程轉化機理。結果表明：隨著碳酸鈉由5%添加到20%的過程中，釩渣中原有的釩鐵尖晶石逐漸消失，最終熟料中僅存在Fe2O3、Fe2TiO5、NaFeO2、SiO2以及NaVO3。過量的碳酸鈉添加不會使得鈉化焙燒熟料發生進一步變化，15%的碳酸鈉添加量即可。

釩渣；鈉化焙燒；添加劑；釩鐵尖晶石

我國的釩鈦磁鐵礦資源儲備非常豐富，集中分布在四川省攀枝花市、西昌市以及河北省承德市，可探測的總儲量超過98億t[1-3]。轉爐釩渣是釩鈦磁鐵礦冶煉過程中重要的二次資源，是我國制備五氧化二釩產品重要原料之一[4-5]。近年來，隨著礦產資源保護意識的增強以及后端釩產品的價格增長，越來越多的科研工作者開始對轉爐釩渣的高效利用進行探索研究[6-8]。

轉爐釩渣的物相組成較為復雜，常規的冶煉方式不能夠使得釩高效分離[9-11]。目前，工業生產中主要采用鈉鹽添加劑與釩渣進行高溫焙燒，以期使得轉爐釩渣中的含釩物相轉化，獲得易于浸出的含釩鈉鹽，但是轉爐釩渣鈉化焙燒過程的物相轉化機制并不明確，導致后續釩的分離工作存在困難[12-14]。

本文考察了不同鈉鹽添加劑比例對轉爐釩渣焙燒過程的影響，對轉爐釩渣鈉化焙燒轉化機理進行了初步探索，旨在對轉爐釩渣鈉化焙燒的生產工藝進行指導。

1 實驗原料及研究方法

1.1 實驗原料

本文采用攀西地區某釩廠提供的轉爐釩渣為原料，轉爐釩渣的化學成分如表1所示。

表1 釩渣的化學成分 質量分數/%

由XRD物相分析可知，轉爐釩渣原料樣品中的主要物相為(Mn, Fe)(V, Cr)2O4、Fe2TiO4以及Fe2SiO4。

1.2 實驗研究方法

轉爐釩渣鈉化焙燒實驗中，取一定量的釩渣分別與5%、10%、15%、20%的碳酸鈉固體混合，放入不同的陶瓷坩堝中，裝入型號為KSL1200X的馬弗爐，選定焙燒溫度為850 ℃，焙燒時間150 min，進行焙燒。焙燒結束后隨爐冷卻至室溫，取樣分析。

2 結果與討論

2.1 5%碳酸鈉添加過程

當釩渣中添加5%的碳酸鈉進行混料焙燒時，由其焙燒渣的XRD分析可知，轉爐釩渣的物相變化明顯，焙燒熟料中存在Fe2O3、Fe2TiO4、FeV2O4、NaFe2O3、NaVO3、Fe2SiO4以及SiO2。熟料中存在NaFe2O3和NaVO3，表示碳酸鈉和釩鐵尖晶石發生了轉化反應，鈉化焙燒能夠破壞釩鐵尖晶石的晶格結構。雖然原有的釩鐵尖晶石相、橄欖石相已經開始發生轉化分解，但是分解不完全，這表明焙燒過程中碳酸鈉的添加量不足。

2.2 10%碳酸鈉添加過程

當釩渣中添加10%的碳酸鈉進行混料焙燒時，由其焙燒渣的XRD分析可知，焙燒渣中的主要物相為Fe2O3、FeTiO3、V2O3、VO2、NaFeO2、Na4V2O7、Fe2SiO4以及SiO2。此時，釩渣中原有的釩鐵尖晶石已經完全轉化分解，其生成了V2O3、VO2以及Na4V2O7。此時雖然含釩相已經部分轉化為了含釩鈉鹽，但是仍存在三價或四價的釩氧化物，這表明此時碳酸鈉的添加量仍然不足，釩鐵尖晶石反應不完全。

2.3 15%碳酸鈉添加量

當釩渣中添加15%的碳酸鈉進行混料焙燒時，由其焙燒渣的XRD分析可知，焙燒渣中的主要物相為Fe2O3、Fe2TiO5、NaFeO2、SiO2以及NaVO3。相比較低碳酸鈉添加量的焙燒熟料物相，15%的碳酸鈉添加后焙燒渣中已經不存在單獨的釩氧化物相，且均轉化為了NaVO3。這表明15%的碳酸鈉的添加量能夠使得釩渣中釩鐵尖晶石分解完全且轉化為含釩鈉鹽。

2.4 20%碳酸鈉添加量

當釩渣中添加20%的碳酸鈉進行混料焙燒時，由其焙燒渣的XRD分析可知，焙燒渣中的主要物相為Fe2O3、Fe2TiO5、NaFeO2、SiO2以及NaVO3，與15%碳酸鈉添加的焙燒熟料物相基本一致，并無明顯變化，這說明20%的碳酸鈉添加已經過量。

3 結 論

1） 轉爐釩渣鈉化焙燒過程添加碳酸鈉能夠使得釩渣中釩鐵尖晶石發生轉變，增加碳酸鈉的添加量有助于釩酸鈉的生成。

2）當碳酸鈉添加量為15%時，釩渣焙燒渣熟料中主要存在的物相為Fe2O3、Fe2TiO5、NaFeO2、SiO2以及NaVO3，此時釩鐵尖晶石相已經完全轉化生成了釩酸鈉。

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Study on Decomposition Mechanism of Vanadium Slag by Na2CO3Roasting

（China ENFI Engineering Co., Ltd., Beijing 100038, China）

In order to extract vanadium from vanadium slag in the industry, the sodium salt additive is used for high-temperature roasting to obtain the vanadium-containing sodium salt. However the phase transformation mechanism of the converter vanadium slag during the sodium roasting process is not clear. Thus, there is difficulty in the separation of subsequent vanadium. In this paper, sodium carbonate was used as additive to investigate the conversion mechanism of vanadium slag in the process of sodium roasting. The results showed that, when the addition of sodium carbonate increased from 5% to 20%, the original vanadium iron spinel in the vanadium slag gradually disappeared. Only Fe2O3, Fe2TiO5, NaFeO2, SiO2and NaVO3were present in the clinker. Excess sodium carbonate addition did not cause further changes in the sodium roasting clinker, and 15% sodium carbonate was suitable.

Vanadium slag; Sodium roasting; Additive; Vanadium iron spinel

2020-07-16

秦明曉（1987-），男，山東省煙臺市人，工程師，碩士， 2012年畢業于東北大學學校冶金工程專業，研究方向：有色冶金工程咨詢及設計。

TF841.3

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1004-0935（2021）01-0015-02