轉(zhuǎn)爐釩渣冷卻方式對(duì)釩渣鈉化焙燒釩轉(zhuǎn)化率的影響.doc

釩渣冷卻方式對(duì)釩尖晶石顆粒大小及鈉化焙燒效果的影響摘 要:對(duì)三種不同冷卻方式得到的水冷釩渣、風(fēng)冷釩渣和緩冷釩渣的物相結(jié)構(gòu)、釩尖晶石顆粒大小進(jìn)行了分析，考察了氮?dú)鈿夥障?000保溫時(shí)間對(duì)釩尖晶石顆粒大小的影響，并對(duì)水冷釩渣、風(fēng)冷釩渣和緩冷釩渣在相同條件下的鈉化焙燒效果進(jìn)行了比較。研究結(jié)果表明，緩冷和1000 保溫有利于釩尖晶石顆粒長(zhǎng)大；-0.125 mm釩渣在不添加提釩尾渣焙燒時(shí)，不同粒度范圍的水冷釩渣焙燒釩轉(zhuǎn)化率比同粒度范圍的緩冷釩渣低12個(gè)百分點(diǎn)；-0.125 mm釩渣添加提釩尾渣焙燒時(shí)，水冷釩渣焙燒釩轉(zhuǎn)化率比緩冷釩渣低0.56個(gè)百分點(diǎn)。關(guān)鍵詞:釩渣；冷卻方式；釩尖晶石；粒徑；釩轉(zhuǎn)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(zhuǎn)爐提釩釩渣鈉化焙燒提釩工藝。在此過程中，轉(zhuǎn)爐釩渣的結(jié)構(gòu)對(duì)焙燒效果有影響，即焙燒釩轉(zhuǎn)化率的高低與釩尖晶石顆粒大小和硅酸鹽粘結(jié)相的多少有關(guān)，而釩尖晶石顆粒大小又與轉(zhuǎn)爐釩渣冷卻速度有關(guān)1。攀鋼轉(zhuǎn)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(jìn)行破碎處理，對(duì)轉(zhuǎn)爐提釩獲得的釩渣直接噴水等急冷方式未進(jìn)行過嘗試，釩渣急冷對(duì)鈉化提釩的影響程度尚不清楚。張國(guó)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(jìn)行了釩渣鈉化焙燒效果試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)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(shí)間1 h，焙燒溫度800 和850 時(shí)，攀鋼釩渣釩轉(zhuǎn)化率為94.22%94.92%，比馬鋼高23個(gè)百分點(diǎn)，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(duì)釩尖晶石顆粒大小和鈉化焙燒效果的影響，對(duì)水冷、風(fēng)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(jìn)行了比較，并進(jìn)行了鈉化焙燒效果對(duì)比試驗(yàn)。1 試驗(yàn)原料及方法1.1 試驗(yàn)原料1) 釩渣：分別為攀鋼釩煉鋼廠取得的水冷釩渣、風(fēng)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(zhuǎn)爐提釩爐前取約5 kg樣品后直接放進(jìn)裝有約20 L水的水桶中急冷所得；風(fēng)冷釩渣是轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)。3) 碳酸鈉：分析純。1.2 試驗(yàn)設(shè)備主要設(shè)備包括顎式破碎機(jī)、制樣粉碎機(jī)、振動(dòng)篩、箱式電爐和管式豎爐。1.3 試驗(yàn)方法1.3.1 保溫時(shí)間對(duì)釩渣中釩尖晶石顆粒大小的影響將在煉鋼廠取得的風(fēng)冷釩渣破碎成小塊，在氮?dú)鈿夥障聦⒃撯C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(cè)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(duì)焙燒效果的影響1)將水冷釩渣、風(fēng)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(jí)的釩渣，然后分別按質(zhì)量比Na2CO3/V2O5=1.8配堿后進(jìn)行焙燒，所得熟料送樣化驗(yàn)TV和SV，計(jì)算釩轉(zhuǎn)化率。2)將水冷釩渣、風(fēng)冷釩渣和緩冷釩渣分別破碎后篩分，-0.125 mm的釩渣按質(zhì)量比Na2CO3/V2O5=1.8配堿，按熟料TV5%配入提釩尾渣混勻后進(jìn)行焙燒，所得熟料送樣化驗(yàn)TV和SV，計(jì)算釩轉(zhuǎn)化率。2 試驗(yàn)結(jié)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(duì)塊狀水冷釩渣、風(fēng)冷釩渣和緩冷釩渣進(jìn)行物相組成及體積含量檢測(cè)，結(jié)果見表1。表明，經(jīng)不同冷卻方式處理后的釩渣物相組成及體積含量無(wú)明顯變化，但三種冷卻方式得到的釩渣顯微結(jié)構(gòu)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(fēng)冷釩渣中釩尖晶石比較均勻分布在基質(zhì)相（鐵橄欖石和玻璃質(zhì)）中，而緩冷釩渣卻出現(xiàn)大片基質(zhì)相聚集區(qū)，基質(zhì)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(hào)釩尖晶石橄欖石+玻璃質(zhì)金屬鐵水冷釩渣485149520.5風(fēng)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(biāo)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(jìn)行釩尖晶石顆粒大小分布檢測(cè)，結(jié)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(fēng)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(fēng)冷釩渣分別僅占18%和15%；水冷釩渣和風(fēng)冷釩渣在釩尖晶石顆粒尺寸1525 m 所占比例相當(dāng)，但風(fēng)冷釩渣在25 m左右的尺寸所占比例明顯高于水冷釩渣。轉(zhuǎn)爐釩渣冷卻方式對(duì)釩尖晶石顆粒大小的影響與釩尖晶石的形成過程有關(guān)，含釩鐵水轉(zhuǎn)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(zhì)中，此時(shí)釩尖晶石顆粒粒徑較小；在高溫狀態(tài)下，隨著時(shí)間延長(zhǎng)，釩尖晶石晶核逐漸長(zhǎng)大，但是由于熔渣處于非均質(zhì)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(shí)間后，釩尖晶石生長(zhǎng)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(dǎo)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(duì)轉(zhuǎn)爐釩渣采取水冷、風(fēng)冷等急冷措施處理后，釩尖晶石還未充分長(zhǎng)大時(shí)硅酸鹽相就已凝固，抑制了釩尖晶石的進(jìn)一步長(zhǎng)大，因此，水冷釩渣和風(fēng)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(zhǎng)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(fēng)冷釩渣和緩冷釩渣破碎所得-0.125 mm粒級(jí)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(jīng)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(fēng)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(shí)間對(duì)釩尖晶石顆粒大小的影響將塊狀風(fēng)冷釩渣在氮?dú)獗Ｗo(hù)氣氛下升溫到1 000 后分別保溫5 h和10 h，考察保溫時(shí)間對(duì)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(cè)結(jié)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?dú)鈿夥障? 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(shí)，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(zhǎng)大。2.3 不同粒度釩渣焙燒效果的比較將水冷釩渣、風(fēng)冷釩渣和緩冷釩渣分別進(jìn)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(jí)的釩渣，然后分別按質(zhì)量比Na2CO3/V2O5=1.8配堿（不配提釩尾渣）后進(jìn)行焙燒，釩轉(zhuǎn)化率結(jié)果見圖5。釩渣粒度代號(hào)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(fēng)冷釩渣。粒度在0.1250.178 mm范圍的水冷釩渣焙燒釩轉(zhuǎn)浸率比緩冷釩渣低7個(gè)百分點(diǎn)， 而-0.125 mm的水冷釩渣焙燒釩轉(zhuǎn)化率比同等粒度條件下的緩冷釩渣僅低12個(gè)百分點(diǎn)，這主要是由釩尖晶石顆粒大小差異引起的，因?yàn)樗溻C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(jī)率比緩冷釩渣大，導(dǎo)致焙燒釩轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(fēng)冷釩渣和緩冷釩渣分別破碎后篩分，-0.125 mm的釩渣按質(zhì)量比Na2CO3/V2O5=1.8配堿，按熟料TV5%配入提釩尾渣混勻后進(jìn)行焙燒，焙燒釩轉(zhuǎn)化率結(jié)果見表2。表2 -0.125 mm釩渣添加提釩尾渣焙燒釩轉(zhuǎn)化率Table 2 Roasting conversion rate of -0.125 mm vanadium by adding residues %水冷釩渣風(fēng)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(zhuǎn)化率最高，水冷釩渣焙燒釩轉(zhuǎn)化率最低，其相差0.56個(gè)百分點(diǎn)。三種不同冷卻方式的釩渣添加提釩尾渣后焙燒釩轉(zhuǎn)化率均比未添加提釩尾渣時(shí)低，這主要是由焙燒熟料TV含量不同引起的。3 結(jié)論1）水冷釩渣、風(fēng)冷釩渣