一种提高钒铁合金制备过程中钒收率的方法与流程

1.本发明属于钒清洁生产技术领域，具体涉及一种提高钒铁合金制备过程中钒收率的方法。


背景技术：

2.目前，生产钒合金仍以铝热还原为主要方法，特别是在生产钒铁合金过程中，采用三氧化二钒和铁豆为原料，金属铝为还原剂，氧化钙为造渣剂，使用电极引燃反应，反应后期再次使用电极进行加热，促进反应充分进行。反应后期由于原料三氧化二钒反应放热速率小，形成的炉渣熔点高，后期热量不足以将部分低价钒氧化物充分还原，同时形成的合金也难以充分沉降，造成渣中含钒较高，整体钒收率偏低。因此，为提升系统钒收率，需要给系统补充热量并调整渣系熔点，实现有价钒元素充分沉降至合金中。由于高钒铁合金中对al、c杂质均有严格要求，若提高还原剂金属铝的添加比例将影响合金中杂质al的含量，采用碳质还原剂或延长电极补热时间将影响合金中杂质c的含量。


技术实现要素：

3.为解决上述技术问题，本发明提供一种提高钒铁合金制备过程中钒收率的方法，该方法使用钝化钙、氧化钙颗粒混合形成的高效渣系改善剂，在反应后期加入到冶炼炉内，不仅可以改善反应过程中的热效应，而且还在一定程度上降低了渣的熔点，从而促进还原反应和渣中的合金沉降。
4.为实现上述发明目的，本发明所采取的技术方案是：一种提高钒铁合金制备过程中钒收率的方法，其在铝热还原法制备钒铁合金的反应后期，向反应炉内加入钝化钙颗粒和氧化钙颗粒混合而成的高效渣系改善剂，使反应充分进行；高效渣系改善剂的加入量为反应炉内物料总重量的3～5%。
5.进一步的，所述钝化钙颗粒的粒度为0.5～1.5cm，ca含量≥98.5wt%。
6.进一步的，所述氧化钙颗粒的粒度为1～2cm，其中cao含量≥98.5wt%、fe2o3≤0.2wt%、sio2≤0.25wt%。
7.进一步的，所述高效渣系改善剂中钝化钙颗粒的质量分数为65～75%，氧化钙颗粒的质量分数为25～35%。
8.进一步的，所述高效渣系改善剂中钝化钙颗粒的质量分数为70～75%，氧化钙颗粒的质量分数为25～30%。
9.进一步的，所述钝化钙颗粒的粒度为1～1.5cm，氧化钙颗粒的粒度为1～1.5cm。
10.进一步的，所述方法获得的炉渣中v≤0.35wt%，钒收率≥98.5%。
11.本发明采用高效渣系改善剂对反应后期进行高效补热，还原性强的钝化钙颗粒为高效渣系改善剂中的主要原料，表面钝化后安全性高，同时金属钙具有熔点低，还原性强的特点，可促进还原反应，且还原产物能与氧化铝可形成低熔点炉渣，促进渣系结构优化；采用价格低廉的氧化钙为添加剂，氧化钙可减缓反应的放热速率，与渣形成的铝酸钙体系，可
充分降低渣的熔点和粘度，改善渣的流动性，促进渣中钒及钒合金的沉降分离。本发明所用高效渣系改善剂不会引入新杂质，也不会使钒合金中al、c等杂质含量升高，且高效渣系改善剂的制备工艺简单，操作便捷。本发明成本低廉，能够实现规模化、清洁化生产钒铁合金。
12.本发明高效渣系改善剂适用于在钒铁合金自蔓延冶炼过程中，在铝热自蔓延反应后期加入炉体内，通过高效渣系改善剂调整反应体系温度和渣系结构，最终降低炉渣中钒含量，获得的炉渣中钒含量≤0.35wt%，钒收率≥98.5%，同时得到的钒铁合金产品符合要求。
具体实施方式
13.本发明所用钝化钙颗粒、氧化钙颗粒满足下述要求：钝化钙颗粒中，ca含量≥98.5wt%；氧化钙颗粒中，cao含量≥98.5wt%、fe2o3≤0.2wt%、sio2≤0.25wt%。
实施例1
14.选取粒度为1.0～1.2cm钝化钙颗粒，粒度为1.0～1.2cm氧化钙颗粒，将二者按比例混合得到高效渣系改善剂，其中钝化钙颗粒的质量分数为70%，氧化钙颗粒的质量分数为30%。在铝热还原制备钒铁合金的反应后期（即还原反应开始3～5分钟后，熔池内反应不再剧烈时），按炉内物料总重量的3.3%添加上述高效渣系改善剂，使反应充分进行。
15.反应结束后取样、分析，渣中钒含量为0.32wt%，钒收率为98.6%，钒铁合金产品成分满足客户要求。
16.对比实验：在铝热还原制备钒铁合金的反应后期不添加上述高效渣系改善剂，其他条件与实施例1相同，反应结束后取样、分析，渣中钒含量为0.5wt%，钒收率为98.3%。
17.说明：1、当炉渣中钒含量降至1%以下时，再降低其含量难度十分大，本实施例相对于对比实验，炉渣中钒含量降低了0.18%，折算成五氧化二钒，其含量降低比例高达0.32%，对生产成本影响巨大。2、炉渣中的钒含量减少，可改善炉渣的使用环境，拓宽炉渣的应用领域。
实施例2
18.选取粒度为1.0～1.2cm钝化钙颗粒，粒度为1.0～1.2cm氧化钙颗粒，将二者按比例混合得到高效渣系改善剂，其中钝化钙颗粒的质量分数为72%，氧化钙颗粒的质量分数为28%。在铝热还原制备钒铁合金的反应后期（即还原反应开始3～5分钟后，熔池内反应不再剧烈时），按炉内物料总重量的3%添加上述高效渣系改善剂，使反应充分进行。
19.反应结束后取样、分析，渣中钒含量为0.35wt%，钒收率为98.5%，钒铁合金产品成分满足客户要求。
20.对比实验：在铝热还原制备钒铁合金的反应后期不添加上述高效渣系改善剂，其他条件与实施例2相同，反应结束后取样、分析，渣中钒含量为0.55wt%，钒收率为98.2%。
实施例3
21.选取粒度为1.2～1.5cm钝化钙颗粒，粒度为1.0～1.2cm氧化钙颗粒，将二者按比
例混合得到高效渣系改善剂，其中钝化钙颗粒的质量分数为72%，氧化钙颗粒的质量分数为28%。在铝热还原制备钒铁合金的反应后期（即还原反应开始3～5分钟后，熔池内反应不再剧烈时），按炉内物料总重量的4%添加上述高效渣系改善剂，使反应充分进行。
22.反应结束后取样、分析，渣中钒含量为0.33wt%，钒收率为98.6%，钒铁合金产品成分满足客户要求。
23.对比实验：在铝热还原制备钒铁合金的反应后期不添加上述高效渣系改善剂，其他条件与实施例3相同，反应结束后取样、分析，渣中钒含量为0.6wt%，钒收率为98.0%。
实施例4
24.选取粒度为1.2～1.5cm钝化钙颗粒，粒度为1.5～2.0cm氧化钙颗粒，将二者按比例混合得到高效渣系改善剂，其中钝化钙颗粒的质量分数为75%，氧化钙颗粒的质量分数为25%。在铝热还原制备钒铁合金的反应后期（即还原反应开始3～5分钟后，熔池内反应不再剧烈时），按炉内物料总重量的5%添加上述高效渣系改善剂，使反应充分进行。
25.反应结束后取样、分析，渣中钒含量为0.30wt%，钒收率为98.7%，钒铁合金产品成分满足客户要求。
26.对比实验：在铝热还原制备钒铁合金的反应后期不添加上述高效渣系改善剂，其他条件与实施例4相同，反应结束后取样、分析，渣中钒含量为0.60wt%，钒收率为97.8%。
实施例5
27.选取粒度为1.2～1.5cm钝化钙颗粒，粒度为1.2～1.5cm氧化钙颗粒，将二者按比例混合得到高效渣系改善剂，其中钝化钙颗粒的质量分数为74%，氧化钙颗粒的质量分数为26%。在铝热还原制备钒铁合金的反应后期（即还原反应开始3～5分钟后，熔池内反应不再剧烈时），按炉内物料总重量的4.8%添加上述高效渣系改善剂，使反应充分进行。
28.反应结束后取样、分析，渣中钒含量为0.31wt%，钒收率为98.8%，钒铁合金产品成分满足客户要求。
29.对比实验：在铝热还原制备钒铁合金的反应后期不添加上述高效渣系改善剂，其他条件与实施例5相同，反应结束后取样、分析，渣中钒含量为0.58wt%，钒收率为98.0%。
实施例6
30.选取粒度为0.5～1.0cm钝化钙颗粒，粒度为1.5～2.0cm氧化钙颗粒，将二者按比例混合得到高效渣系改善剂，其中钝化钙颗粒的质量分数为68%，氧化钙颗粒的质量分数为32%。在铝热还原制备钒铁合金的反应后期（即还原反应开始3～5分钟后，熔池内反应不再剧烈时），按炉内物料总重量的3.5%添加上述高效渣系改善剂，使反应充分进行。
31.反应结束后取样、分析，渣中钒含量为0.28wt%，钒收率为98.9%，钒铁合金产品成分满足客户要求。
32.对比实验：在铝热还原制备钒铁合金的反应后期不添加上述高效渣系改善剂，其他条件与实施例6相同，反应结束后取样、分析，渣中钒含量 0.51wt%，钒收率为98.2%。
实施例7
33.选取粒度为1.2～1.5cm钝化钙颗粒，粒度为1.7～2.0cm氧化钙颗粒，将二者按比例混合得到高效渣系改善剂，其中钝化钙颗粒的质量分数为65%，氧化钙颗粒的质量分数为35%。在铝热还原制备钒铁合金的反应后期（即还原反应开始3～5分钟后，熔池内反应不再剧烈时），按炉内物料总重量的4.5%添加上述高效渣系改善剂，使反应充分进行。
34.反应结束后取样、分析，渣中钒含量为0.3wt%，钒收率为98.8%，钒铁合金产品成分满足客户要求。
35.对比实验：在铝热还原制备钒铁合金的反应后期不添加上述高效渣系改善剂，其他条件与实施例7相同，反应结束后取样、分析，渣中钒含量0.57wt%，钒收率为98.1%。

技术特征：
1.一种提高钒铁合金制备过程中钒收率的方法，其特征在于，具体操作为：在铝热还原法制备钒铁合金的反应后期，向反应炉内加入钝化钙颗粒和氧化钙颗粒混合而成的高效渣系改善剂，使反应充分进行；高效渣系改善剂的加入量为反应炉内物料总重量的3～5%。2.根据权利要求1所述的提高钒铁合金制备过程中钒收率的方法，其特征在于：所述钝化钙颗粒的粒度为0.5～1.5cm，ca含量≥98.5wt%。3.根据权利要求2所述的提高钒铁合金制备过程中钒收率的方法，其特征在于：所述氧化钙颗粒的粒度为1～2cm，其中cao含量≥98.5wt%、fe2o3≤0.2wt%、sio2≤0.25wt%。4.根据权利要求3所述的提高钒铁合金制备过程中钒收率的方法，其特征在于：所述高效渣系改善剂中钝化钙颗粒的质量分数为65～75%，氧化钙颗粒的质量分数为25～35%。5.根据权利要求4所述的提高钒铁合金制备过程中钒收率的方法，其特征在于：所述高效渣系改善剂中钝化钙颗粒的质量分数为70～75%，氧化钙颗粒的质量分数为25～30%。6.根据权利要求5所述的提高钒铁合金制备过程中钒收率的方法，其特征在于：所述钝化钙颗粒的粒度为1～1.5cm，氧化钙颗粒的粒度为1～1.5cm。7.根据权利要求1-6任一项所述的提高钒铁合金制备过程中钒收率的方法，其特征在于：所述方法获得的炉渣中v≤0.35wt%，钒收率≥98.5%。

技术总结
本发明属于钒清洁生产技术领域，涉及一种提高钒铁合金制备过程中钒收率的方法，其在铝热还原法制备钒铁合金的反应后期，向反应炉内加入钝化钙颗粒和氧化钙颗粒混合而成的高效渣系改善剂，使反应充分进行。本发明利用钝化钙颗粒作为高效还原剂，氧化钙作为渣系调节剂，可促进还原反应，同时生成的氧化钙和加入的氧化钙一同与氧化铝反应，改善渣系，实现钒的充分还原并沉降至合金中，实现渣金充分分离，钒的回收率高达98.5%以上。钒的回收率高达98.5%以上。


技术研发人员：李兰杰 李毅仁 张彩东 万贺利 高明磊 庞浩
受保护的技术使用者：河钢集团有限公司 河钢股份有限公司
技术研发日：2023.06.15
技术公布日：2023/10/8