轉爐釩渣冷卻方式對釩渣鈉化焙燒釩轉化率的影響.doc

釩渣冷卻方式對釩尖晶石顆粒大小及鈉化焙燒效果的影響摘 要:對三種不同冷卻方式得到的水冷釩渣、風冷釩渣和緩冷釩渣的物相結構、釩尖晶石顆粒大小進行了分析，考察了氮氣氣氛下1000保溫時間對釩尖晶石顆粒大小的影響，并對水冷釩渣、風冷釩渣和緩冷釩渣在相同條件下的鈉化焙燒效果進行了比較。研究結果表明，緩冷和1000 保溫有利于釩尖晶石顆粒長大；-0.125 mm釩渣在不添加提釩尾渣焙燒時，不同粒度范圍的水冷釩渣焙燒釩轉化率比同粒度范圍的緩冷釩渣低12個百分點；-0.125 mm釩渣添加提釩尾渣焙燒時，水冷釩渣焙燒釩轉化率比緩冷釩渣低0.56個百分點。關鍵詞:釩渣；冷卻方式；釩尖晶石；粒徑；釩轉化率0 引言攀鋼回收釩鈦磁鐵礦中的釩采取的工藝主要是高爐煉鐵轉爐提釩釩渣鈉化焙燒提釩工藝。在此過程中，轉爐釩渣的結構對焙燒效果有影響，即焙燒釩轉化率的高低與釩尖晶石顆粒大小和硅酸鹽粘結相的多少有關，而釩尖晶石顆粒大小又與轉爐釩渣冷卻速度有關1。攀鋼轉爐釩渣目前采取的冷卻方式是釩渣裝在渣罐中隨罐自然冷卻1525 h后進行破碎處理，對轉爐提釩獲得的釩渣直接噴水等急冷方式未進行過嘗試，釩渣急冷對鈉化提釩的影響程度尚不清楚。張國平2曾以馬鋼釩渣（釩尖晶石含量35%40%，釩尖晶石顆粒為0.0150.020 mm，V2O5 35%40%）和攀鋼釩渣（釩尖晶石含量55%60%，釩尖晶石顆粒為0.0450.090 mm，V2O5 16%20%）為原料，進行了釩渣鈉化焙燒效果試驗。試驗結果表明，添加劑加入量20%（添加劑按Na2CO3:NaCl=2:1配制），釩渣粒度-0.125 mm，焙燒時間1 h，焙燒溫度800 和850 時，攀鋼釩渣釩轉化率為94.22%94.92%，比馬鋼高23個百分點，釩尖晶石顆粒大小不同是引起釩渣焙燒效果差異的主要原因。為了考察釩渣冷卻方式對釩尖晶石顆粒大小和鈉化焙燒效果的影響，對水冷、風冷和緩冷三種不同冷卻方式所獲得的釩渣釩尖晶石顆粒大小進行了比較，并進行了鈉化焙燒效果對比試驗。1 試驗原料及方法1.1 試驗原料1) 釩渣：分別為攀鋼釩煉鋼廠取得的水冷釩渣、風冷釩渣和攀鋼釩釩制品廠取得的緩冷釩渣。其中，水冷釩渣是轉爐提釩爐前取約5 kg樣品后直接放進裝有約20 L水的水桶中急冷所得；風冷釩渣是轉爐提釩爐前取約5 kg樣品后放在耐火磚上自然冷卻所得；緩冷釩渣是轉爐釩渣隨渣罐冷卻約20 h后破碎所得。2) 尾渣：取自于攀鋼釩釩制品廠氧化釩生產現(xiàn)場。3) 碳酸鈉：分析純。1.2 試驗設備主要設備包括顎式破碎機、制樣粉碎機、振動篩、箱式電爐和管式豎爐。1.3 試驗方法1.3.1 保溫時間對釩渣中釩尖晶石顆粒大小的影響將在煉鋼廠取得的風冷釩渣破碎成小塊，在氮氣氣氛下將該釩渣升溫到1000后分別保溫5 h和10 h，然后隨爐冷卻至常溫后取出，送樣檢測釩尖晶石顆粒大小的變化情況。1.3.2 釩渣不同冷卻方式對焙燒效果的影響1)將水冷釩渣、風冷釩渣和緩冷釩渣分別破碎后篩分，獲得0.1250.178 mm、0.0960.125 mm、0.0740.096 mm、 -0.074 mm不同粒級的釩渣，然后分別按質量比Na2CO3/V2O5=1.8配堿后進行焙燒，所得熟料送樣化驗TV和SV，計算釩轉化率。2)將水冷釩渣、風冷釩渣和緩冷釩渣分別破碎后篩分，-0.125 mm的釩渣按質量比Na2CO3/V2O5=1.8配堿，按熟料TV5%配入提釩尾渣混勻后進行焙燒，所得熟料送樣化驗TV和SV，計算釩轉化率。2 試驗結果與討論2.1釩渣物相組成及釩尖晶石顆粒大小比較分別對塊狀水冷釩渣、風冷釩渣和緩冷釩渣進行物相組成及體積含量檢測，結果見表1。表明，經不同冷卻方式處理后的釩渣物相組成及體積含量無明顯變化，但三種冷卻方式得到的釩渣顯微結構略有不同，具體為：釩尖晶石多呈八面體和它形粒狀，水冷釩渣和風冷釩渣中釩尖晶石比較均勻分布在基質相（鐵橄欖石和玻璃質）中，而緩冷釩渣卻出現(xiàn)大片基質相聚集區(qū)，基質相聚集狀況比較多。表1 不同冷卻方式釩渣的物相組成及體積含量Table 1 Phase structure and volumecontent of vanadium slag using different cooling ways %樣品編號釩尖晶石橄欖石+玻璃質金屬鐵水冷釩渣485149520.5風冷釩渣495247501.5緩冷釩渣464949521.8Fig.2 The vanadium spinel particle size distribution of vanadium slag（-0.125mm）采用三種不同冷卻方式獲得的塊狀釩渣中，釩尖晶石顆粒大小分布見圖1（圖中橫坐標的數(shù)據(jù)指釩尖晶石顆粒尺寸接近該數(shù)據(jù)）；將三種不同冷卻方式獲得的釩渣破碎并篩分，取-0.125 mm的釩渣進行釩尖晶石顆粒大小分布檢測，結果見圖2。Fig.1 The vanadium spinel particle size distribution of vanadium slag using different cooling ways由圖1可見，三種不同的冷卻方式所得釩渣中，均有90%以上的釩尖晶石顆粒尺寸分布在1535 m；釩尖晶石顆粒尺寸分布隨冷卻方式的改變有明顯的變化，大顆粒的釩尖晶石所占比例由高到低依次為緩冷釩渣風冷釩渣水冷釩渣，緩冷釩渣中釩尖晶石顆粒尺寸35m左右的占38%，而水冷釩渣、風冷釩渣分別僅占18%和15%；水冷釩渣和風冷釩渣在釩尖晶石顆粒尺寸1525 m 所占比例相當，但風冷釩渣在25 m左右的尺寸所占比例明顯高于水冷釩渣。轉爐釩渣冷卻方式對釩尖晶石顆粒大小的影響與釩尖晶石的形成過程有關，含釩鐵水轉爐提釩后釩渣中即存在大量釩尖晶石晶核，以彌散狀態(tài)分布于硅酸鹽基質中，此時釩尖晶石顆粒粒徑較小；在高溫狀態(tài)下，隨著時間延長，釩尖晶石晶核逐漸長大，但是由于熔渣處于非均質狀態(tài)，熔渣中各部分釩濃度不同，最終形成的釩尖晶石顆粒大小也不同；一段時間后，釩尖晶石生長緩慢，顆粒較大的釩尖晶石開始吞并顆粒較小的釩尖晶石，導致較小顆粒的釩尖晶石逐漸消失，最終形成顆粒較大的釩尖晶石顆粒3。對轉爐釩渣采取水冷、風冷等急冷措施處理后，釩尖晶石還未充分長大時硅酸鹽相就已凝固，抑制了釩尖晶石的進一步長大，因此，水冷釩渣和風冷釩渣釩尖晶石顆粒比緩冷釩渣小，緩冷有利于釩尖晶石顆粒的長大。比較圖1和圖2可見，三種不同冷卻方式所得-0.125 mm釩渣中，25 m和35 m左右的釩尖晶石所占比例明顯減少，15 m左右的釩尖晶石所占比例增多。由此可見，在釩渣破碎過程中，釩尖晶石顆粒也受到一定程度的破碎而變小。圖3為水冷釩渣、風冷釩渣和緩冷釩渣破碎所得-0.125 mm粒級釩渣的掃描電鏡照片。從圖3可以看出，三種冷卻方式所得釩渣經破碎處理后，釩尖晶石（亮白部分）均暴露得比較充分，水冷釩渣中釩尖晶石顆粒顯得略微小一些。Fig.3 SEM photograph of vanadium slag(-0.125mm)c 緩冷釩渣a 水冷釩渣b 風冷釩渣圖3 -0.125 mm釩渣的掃描電鏡照片F(xiàn)ig.3 SEM photograph of vanadium slag(-0.125mm)2.2 保溫時間對釩尖晶石顆粒大小的影響將塊狀風冷釩渣在氮氣保護氣氛下升溫到1 000 后分別保溫5 h和10 h，考察保溫時間對釩尖晶石顆粒大小的影響。焙燒樣品釩尖晶石顆粒大小檢測結果見圖4。Fig.4 The vanadium spinel particle size distribution of different holding time從圖4可以看出，釩渣通過在氮氣氣氛下1 000 保溫5 h和10 h，釩尖晶石中25 m左右的顆粒所占比例從51%下降至23%25%，35 m左右的顆粒由15%上升至35%37%；但釩渣保溫5 h和保溫10 h時，釩尖晶石顆粒大小沒有明顯差異。由此可見，釩渣在1 000 溫度條件下保溫有利于釩尖晶石的長大。2.3 不同粒度釩渣焙燒效果的比較將水冷釩渣、風冷釩渣和緩冷釩渣分別進行破碎并篩分，獲得0.1250.178 mm、 0.0960.125 mm、0.0740.096 mm和-0.074 mm不同粒級的釩渣，然后分別按質量比Na2CO3/V2O5=1.8配堿（不配提釩尾渣）后進行焙燒，釩轉化率結果見圖5。釩渣粒度代號10.1250.178mm20.0960.125mm30.0740.096mm4-0.074mmFig.5 Relationship between vanadium slag particle size and conversion of vanadium using different cooling ways由圖5可見，三種冷卻方式的釩渣中，緩冷釩渣焙燒效果最好，其次是風冷釩渣。粒度在0.1250.178 mm范圍的水冷釩渣焙燒釩轉浸率比緩冷釩渣低7個百分點， 而-0.125 mm的水冷釩渣焙燒釩轉化率比同等粒度條件下的緩冷釩渣僅低12個百分點，這主要是由釩尖晶石顆粒大小差異引起的，因為水冷釩渣中釩尖晶石顆粒比緩冷釩渣小，在0.1250.178 mm釩渣中，釩尖晶石被硅酸鹽包裹的機率比緩冷釩渣大，導致焙燒釩轉化率相差較大；而釩渣破碎到-0.125 mm之后，水冷釩渣和緩冷釩渣中的釩尖晶石顆粒均暴露的比較充分，由釩尖晶石顆粒大小引起的焙燒效果差異變小，因此釩轉浸率差異比0.1250.178 mm的小。2.4 -0.125 mm釩渣添加提釩尾渣焙燒效果比較將水冷釩渣、風冷釩渣和緩冷釩渣分別破碎后篩分，-0.125 mm的釩渣按質量比Na2CO3/V2O5=1.8配堿，按熟料TV5%配入提釩尾渣混勻后進行焙燒，焙燒釩轉化率結果見表2。表2 -0.125 mm釩渣添加提釩尾渣焙燒釩轉化率Table 2 Roasting conversion rate of -0.125 mm vanadium by adding residues %水冷釩渣風冷釩渣緩冷釩渣88.9489.1589.50由表2可以看出，緩冷釩渣焙燒釩轉化率最高，水冷釩渣焙燒釩轉化率最低，其相差0.56個百分點。三種不同冷卻方式的釩渣添加提釩尾渣后焙燒釩轉化率均比未添加提釩尾渣時低，這主要是由焙燒熟料TV含量不同引起的。3 結論1）水冷釩渣、風冷釩渣