提釩尾渣資源化利用應(yīng)用基礎(chǔ)研究.pdf

1、提釩尾渣是鋼鐵企業(yè)采用釩渣高溫鈉化焙燒工藝提釩后產(chǎn)生的尾渣，每年產(chǎn)生量近百萬(wàn)噸，其中富含釩、鉻、硅、鐵、鈉等有價(jià)組分。國(guó)內(nèi)外針對(duì)提釩尾渣利用的已有研究主要集中在鈉化焙燒再提釩、還原提鐵以及建筑材料應(yīng)用等三個(gè)方面，但存在僅針對(duì)單一組分回收、有價(jià)組分回收率低、尾渣利用不經(jīng)濟(jì)等問(wèn)題，目前大量堆存，不僅造成尾渣有價(jià)資源浪費(fèi)，而且尾渣中的高堿、重金屬會(huì)對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重影響。
　　為實(shí)現(xiàn)提釩尾渣有價(jià)組分的綜合利用，本文基于尾渣中硅釩相互包裹的相

2、結(jié)構(gòu)特征，采用堿法破壞硅釩包裹相，實(shí)現(xiàn)硅釩鉻組分的高效溶出，并基于相平衡規(guī)律實(shí)現(xiàn)了釩鉻硅的分離;釩鉻硅溶出后的尾渣富含鐵，可經(jīng)脫鈉后返回鋼鐵冶煉流程，也可經(jīng)流態(tài)化還原制成黑瓷原料?；谏鲜鲅芯克悸罚疚闹攸c(diǎn)研究了提釩尾渣的物相結(jié)構(gòu)特征、提釩尾渣在堿介質(zhì)中的分解熱力學(xué)、宏觀動(dòng)力學(xué)及微觀機(jī)理，查明了提釩尾渣在堿介質(zhì)中的分解規(guī)律，結(jié)合硅釩鉻清潔分離相平衡以及富鐵尾渣的資源化利用方法的研究，建立了基于NaOH分解的提釩尾渣資源化利用新工藝。論文

3、取得了如下創(chuàng)新性進(jìn)展:
　　(1)查明了提釩尾渣中的主要元素分布規(guī)律。釩、鉻集中存在于含鐵相中，含鐵相彌散分布在錐輝石相(NaFeSiO4)中，釩、鉻、鐵被錐輝石相包裹。錐輝石在高溫焙燒及酸浸條件下難以分解，但可以被堿介質(zhì)高效分解;提釩尾渣中超過(guò)92％的釩是以高價(jià)態(tài)、堿溶性氧化物存在，堿介質(zhì)在分解錐輝石相結(jié)構(gòu)的同時(shí)可使尾渣中的釩高效浸出。熱力學(xué)計(jì)算表明，提釩尾渣中硅、釩、鉻等主要組分在NaOH-O2-H2O體系中發(fā)生反應(yīng)的熱力學(xué)趨

4、勢(shì)很大，且均為放熱反應(yīng)。
　　(2)研究了提釩尾渣中釩、鉻、硅等主要組分在氫氧化鈉溶液中的轉(zhuǎn)化規(guī)律。釩、硅組分在NaOH-H2O體系中的浸出過(guò)程符合未反應(yīng)核收縮模型，其控制步驟為通過(guò)產(chǎn)物層的擴(kuò)散控制，釩、硅浸出過(guò)程活化能分別為41.29 kJ/mol、59.35kJ/mol，其浸出動(dòng)力學(xué)方程分別為:1+2(1-X)-3(1-X)2/3=6.0×102e41290/RT·t和1+2(1-X)-3(1-X)1/3=7.045×104e

5、59350/RT·t，可以通過(guò)降低粒徑、增強(qiáng)攪拌強(qiáng)度來(lái)強(qiáng)化釩、硅的溶出。鉻在NaOH-O2-H2O體系中的浸出過(guò)程符合未反應(yīng)核收縮模型，其控制步驟為界面化學(xué)反應(yīng)控制，鉻浸出過(guò)程活化能為41.73kJ/mol，浸出動(dòng)力學(xué)方程為:1-(1-X)1/3=50.34e-41730/RT·t，決定鉻溶出的關(guān)鍵因素是NaOH濃度、O2分壓及反應(yīng)溫度。
　　(3)研究了堿性溶液中硅酸鹽、釩酸鹽分別與氧化鈣作用的相平衡規(guī)律，查明了堿介質(zhì)中加鈣選擇

6、性高效脫硅的調(diào)控規(guī)律。研究表明，控制溶液堿濃度200～350g/L，反應(yīng)溫度80℃以上，Ca(OH)2添加量為液相中SiO2摩爾量的1.5倍以上，可使溶液中SiO2濃度降低到6g/L以下，且不會(huì)生成釩酸鈣;脫硅產(chǎn)物經(jīng)進(jìn)一步水熱合成得到硬硅鈣石6CaO·6SiO2·H2O，可用作保溫材料。
　　(4)研究了脫硅后液經(jīng)冷卻結(jié)晶所得釩酸鈉中間產(chǎn)品的鈣化轉(zhuǎn)化規(guī)律，通過(guò)測(cè)定NaOH-Na3VO4-Ca(OH)2-H2O體系相圖可知，在NaO

7、H濃度150g/L以下可實(shí)現(xiàn)釩的高效鈣化沉淀，鈣化效率達(dá)98％以上，得到均一棒狀的Ca10V6O25固相，可用作冶煉釩鐵的初級(jí)原料。
　　(5)研究了富鐵尾渣中鋁硅酸鈉相脫鈉轉(zhuǎn)化調(diào)控機(jī)理，獲得了富鐵尾渣資源化利用方法，最終富鐵尾渣中的Na2O含量低于1％，可用于配礦煉鐵，或經(jīng)500～600℃流化床還原用作黑瓷原料。
　　(6)建立了基于NaOH分解提釩尾渣的三套工藝，并通過(guò)METSIM軟件進(jìn)行了流程模擬及工藝比較。其中，亞熔

8、鹽單提釩工藝的優(yōu)化條件為反應(yīng)溫度170℃、反應(yīng)時(shí)間3h、堿濃度80％，釩浸出率為93％;水熱單提釩工藝條件為反應(yīng)溫度270℃、反應(yīng)時(shí)間3h、堿濃度30％，釩浸出率在87％左右;亞熔鹽釩鉻共提工藝條件為反應(yīng)溫度250℃、堿濃度50％、反應(yīng)時(shí)間3h、氧分壓1MPa，釩、鉻浸出率分別為97％、89％。亞熔鹽單提釩、水熱單提釩及釩鉻共提的工藝能耗分別為1326093kcal/h、655770kcal/h及793715kcal/h。經(jīng)綜合比較，提