1.本發(fā)明涉及釩渣資源化利用技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種釩渣直接冶煉釩鐵的方法及應用。

背景技術(shù)：

2.我國釩鈦磁鐵礦資源豐富，其中含有的釩占全國釩資源的53％。釩鈦磁鐵礦中以鐵為主，伴生鈦、釩等元素。釩是低合金高強度鋼、釩電池、航天材料、催化劑等重要產(chǎn)業(yè)的原料，戰(zhàn)略地位突出。

3.其中，“高爐法”冶煉釩鈦磁鐵礦過程中經(jīng)轉(zhuǎn)爐吹氧提釩得到的“釩渣”，是冶煉和制取釩合金及金屬釩的原料。

4.釩渣的主要回收方式為濕法回收和火法回收，其中濕法回收通過“焙燒

→

浸出

→

分離”獲得較高純度v2o5，但工藝流程長、鈉化焙燒成本高，回收過程產(chǎn)生的廢水、廢渣不易處理。火法回收因釩渣釩低鐵高，難以制備符合要求的釩鐵合金；而且爐渣熔點較高，使得冶煉溫度在1650℃以上，爐襯侵蝕嚴重，能耗高。

5.有鑒于此，特提出本發(fā)明。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

6.本發(fā)明的目的之一在于提供一種釩渣直接冶煉釩鐵的方法，解決了現(xiàn)有技術(shù)中濕法工藝流程長、鈉化焙燒成本高，回收過程產(chǎn)生的廢水、廢渣不易處理以及火法難以制備符合要求的釩鐵合金、能耗高的技術(shù)問題。

7.本發(fā)明的目的之二在于提供一種釩渣直接冶煉釩鐵的方法在回收釩資源中的應用，提高回收率，降低回收成本。

8.為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明特采用如下技術(shù)方案：

9.本發(fā)明的第一方面提供了一種釩渣直接冶煉釩鐵的方法，將釩渣、氧化釩和還原劑混合熔煉得到釩鐵合金。

10.進一步地，所述氧化釩的質(zhì)量為所述釩渣質(zhì)量的20-60％。

11.進一步地，所述還原劑的質(zhì)量為所述釩渣質(zhì)量的10-40％。

12.優(yōu)選地，所述還原劑的質(zhì)量為所述釩渣質(zhì)量的12-20％。

13.進一步地，所述熔煉的溫度為1450-1650℃。

14.優(yōu)選地，所述熔煉的溫度為1500-1600℃。

15.進一步地，所述熔煉的時間為30-120min。

16.優(yōu)選地，所述熔煉的時間為30-60min。

17.進一步地，所述釩渣的粒度＜10cm。

18.優(yōu)選地，所述釩渣中v2o3的含量為8-25wt.％。

19.優(yōu)選地，所述釩渣中t.fe的含量為25-40wt.％。

20.優(yōu)選地，所述釩渣中s的含量＜1wt.％。

21.進一步地，所述氧化釩為v2o3和/或v2o5。

22.優(yōu)選地，所述氧化釩的純度≥98％。

23.進一步地，所述還原劑包括鋁質(zhì)還原劑、硅質(zhì)還原劑和碳質(zhì)還原劑中的至少一種。

24.優(yōu)選地，所述鋁質(zhì)還原劑中鋁含量≥99％。

25.優(yōu)選地，所述硅質(zhì)還原劑中硅含量≥75％。

26.優(yōu)選地，所述碳質(zhì)還原劑中碳含量≥85％。

27.優(yōu)選地，所述還原劑為碳質(zhì)還原劑和鋁質(zhì)還原劑，所述碳質(zhì)還原劑占所述還原劑質(zhì)量的40-75％。

28.優(yōu)選地，所述還原劑為碳質(zhì)還原劑和硅質(zhì)還原劑，所述碳質(zhì)還原劑占所述還原劑質(zhì)量的40-75％。

29.進一步地，混合原料還包括造渣劑。

30.優(yōu)選地，所述造渣劑的質(zhì)量為所述釩渣質(zhì)量的20-40％。

31.優(yōu)選地，所述造渣劑包括石灰、石灰石和白云石中的至少一種。

32.進一步地，所述石灰中cao含量≥90％。

33.優(yōu)選地，所述石灰石中caco3含量≥95％。

34.優(yōu)選地，所述白云石中mgo含量≥19％，cao含量≥30％。

35.進一步地，所述釩鐵為fev50-c和fev60-c。

36.優(yōu)選地，所述釩鐵為fev50-b和fev60-b。

37.優(yōu)選地，所述釩鐵為fev50-a和fev60-a。

38.本發(fā)明的第二方面提供了第一方面所述的釩渣直接冶煉釩鐵的方法在回收釩資源中的應用。

39.本發(fā)明至少具有如下有益效果：

40.本發(fā)明提供的釩渣直接冶煉釩鐵的方法，該方法操作簡單，工藝流程短，生產(chǎn)過程無尾液，環(huán)境污染小，回收率高，合金產(chǎn)品符合國標產(chǎn)品要求，降低了回收成本。

41.本發(fā)明提供的釩渣直接冶煉釩鐵的方法在回收釩資源中的應用，解決了含釩固廢的堆存問題，又充分利用了有價組分，避免了資源的浪費。

具體實施方式

42.為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實施例，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例。本發(fā)明實施例的組件可以以各種不同的配制來布置和設(shè)計。

43.本發(fā)明的第一方面提供了一種釩渣直接冶煉釩鐵的方法，將釩渣、氧化釩和還原劑混合熔煉得到釩鐵合金。

44.本發(fā)明提供的釩渣直接冶煉釩鐵的方法，解決了現(xiàn)有技術(shù)中濕法工藝流程長、鈉化焙燒成本高，回收過程產(chǎn)生的廢水、廢渣不易處理以及火法難以制備符合要求的釩鐵合金、能耗高的技術(shù)問題。該方法操作簡單，工藝流程短，生產(chǎn)過程無尾液，環(huán)境污染小，釩渣中釩和鐵均得到有效回收，合金產(chǎn)品符合國標產(chǎn)品要求，降低了傳統(tǒng)回收釩資源的生產(chǎn)成本。

45.進一步地，所述氧化釩的質(zhì)量為所述釩渣質(zhì)量的20-60％。

46.當氧化釩的比例低于20％時，冶煉得到的釩鐵合金中釩含量不足，無法得到符合要求的釩鐵合金。當氧化釩的比例高于60％時，還原反應無法充分進行，造成原料中釩資源的浪費。

47.需要說明的是，這里說的氧化釩的比例指的是氧化釩的質(zhì)量與釩渣質(zhì)量之間的比例。

48.在本發(fā)明的一些實施方式中，氧化釩的質(zhì)量典型但非限制性的為所述釩渣質(zhì)量的20％、25％、30％、35％、40％、45％、50％、55％或60％。

49.進一步地，所述氧化釩為v2o3和/或v2o5。

50.釩渣中的釩低鐵高，需要配入氧化釩熔煉，以獲得滿足釩鐵合金釩含量的要求。

51.優(yōu)選地，所述氧化釩的純度≥98％。

52.進一步地，所述還原劑的質(zhì)量為所述釩渣質(zhì)量的10-40％。

53.當還原劑的比例低于10％時，釩渣和氧化釩中的釩和鐵不能完全轉(zhuǎn)還原，造成釩鐵資源的浪費；當還原劑的比例高于40％時，未參與反應的還原劑較多，造成還原劑的浪費。

54.需要說明的是，這里說的還原劑的比例指的是還原劑的質(zhì)量與釩渣質(zhì)量之間的比例。

55.在本發(fā)明的一些實施方式中，還原劑的質(zhì)量典型但非限制性的為所述釩渣質(zhì)量的10％、15％、20％、25％、30％、35％或40％。

56.優(yōu)選地，所述還原劑的質(zhì)量為所述釩渣質(zhì)量的12-20％。

57.在本發(fā)明的一些優(yōu)選實施方式中，還原劑的質(zhì)量典型但非限制性的為所述釩渣質(zhì)量的12％、13％、16％、17％、18％、19％或20％。

58.進一步地，所述還原劑包括鋁質(zhì)還原劑、硅質(zhì)還原劑和碳質(zhì)還原劑中的至少一種。

59.優(yōu)選地，所述鋁質(zhì)還原劑中鋁含量≥99％。

60.優(yōu)選地，所述硅質(zhì)還原劑中硅含量≥75％。

61.優(yōu)選地，所述碳質(zhì)還原劑中碳含量≥85％。

62.在本發(fā)明的一些實施方式中，鋁質(zhì)還原劑典型但非限制性的為鋁粉。

63.在本發(fā)明的一些實施方式中，碳質(zhì)還原劑典型但非限制性的為煤粉或炭粉。

64.在本發(fā)明的一些實施方式中，硅質(zhì)還原劑典型但非限制性的為硅鐵合金。

65.需要說明的是，所述硅鐵合金中硅含量≥65％。

66.鋁質(zhì)還原劑與釩渣和氧化釩發(fā)生還原反應放熱，放出的熱量有利于釩鐵合金的形成；碳質(zhì)還原劑有利于控制反應限度。

67.優(yōu)選地，所述還原劑為碳質(zhì)還原劑和鋁質(zhì)還原劑，所述碳質(zhì)還原劑占所述還原劑質(zhì)量的40-75％。

68.在本發(fā)明的一些實施方式中，所述還原劑為碳質(zhì)還原劑和鋁質(zhì)還原劑，所述碳質(zhì)還原劑典型但非限制性的占所述還原劑質(zhì)量的40％、45％、50％、55％、60％、65％、70％或75％。

69.優(yōu)選地，所述還原劑為碳質(zhì)還原劑和硅質(zhì)還原劑，所述碳質(zhì)還原劑占所述還原劑質(zhì)量的40-75％。

70.在本發(fā)明的一些實施方式中，所述還原劑為碳質(zhì)還原劑和硅質(zhì)還原劑，所述碳質(zhì)

還原劑典型但非限制性的占所述還原劑質(zhì)量的40％、45％、50％、55％、60％、65％、70％或75％。

71.在本發(fā)明的一些實施方式中，各種還原劑可混合后一次加入，也可單獨分批加入。

72.在本發(fā)明的一種優(yōu)選實施方式中，先加入鋁質(zhì)或硅質(zhì)還原劑，放出大量熱，還原部分釩和鐵；之后加入碳質(zhì)還原劑，利用鋁熱或硅熱反應余熱，生成氣體調(diào)節(jié)氣相分壓，抑制還原反應的進行，控制反應限度，滿足釩鐵合金牌號要求。

73.進一步地，所述熔煉的溫度為1450-1650℃。

74.當熔煉的溫度低于1450℃時，釩和鐵不能充分熔化，原料中的釩和鐵不能充分熔入金屬液中，生成的釩鐵合金不能滿足要求；當熔煉的溫度高于1650℃時，爐襯侵蝕嚴重，熔煉爐壽命下降；同時，溫度過高，熔煉能耗較大。

75.在本發(fā)明的一些實施方式中，熔煉的溫度典型但非限制性的為1450℃、1470℃、1490℃、1510℃、1530℃、1550℃、1570℃、1590℃、1610℃、1630℃或1650℃。

76.優(yōu)選地，所述熔煉的溫度為1500-1600℃。

77.在本發(fā)明的一些優(yōu)選實施方式中，熔煉的溫度典型但非限制性的為1500℃、1530℃、1560℃、1590℃或1600℃。

78.進一步地，所述熔煉的時間為30-120min。

79.當熔煉的時間低于30min時，釩、鐵還原未完全，影響釩鐵合金質(zhì)量和產(chǎn)量；當熔煉的時間高于120min時，釩鐵合金反而開始氧化，釩鐵合金質(zhì)量和產(chǎn)量下降，同時，熔煉時間過長，能耗大。

80.在本發(fā)明的一些實施方式中，熔煉的時間典型但非限制性的為30min、40min、50min、60min、70min、80min、90min、100min、110min或120min。

81.優(yōu)選地，所述熔煉的時間為30-60min。

82.在本發(fā)明的一些優(yōu)選實施方式中，熔煉的時間典型但非限制性的為30min、40min、45min、50min、55min或60min。

83.進一步地，所述釩渣的粒度＜10cm。

84.當釩渣的粒度大于等于10cm時，釩渣與還原劑和氧化釩的接觸面積小，不利于反應，可以通過破碎、粉碎的方式進行加工，使其粒度符合要求。

85.進一步地，所述釩渣中v2o3的含量為8-25wt.％。

86.在本發(fā)明的一些實施方式中，釩渣中v2o3的含量典型但非限制性的為8wt.％、9wt.％、10wt.％、11wt.％、12wt.％、13wt.％、14wt.％、15wt.％、16wt.％、17wt.％、18wt.％、19wt.％、20wt.％、21wt.％、22wt.％、23wt.％、24wt.％或25wt.％。

87.優(yōu)選地，所述釩渣中t.fe的含量為25-40wt.％。

88.在本發(fā)明的一些實施方式中，釩渣中t.fe的含量典型但非限制性的為25wt.％、26wt.％、27wt.％、28wt.％、29wt.％、30wt.％、31wt.％、32wt.％、33wt.％、34wt.％、35wt.％、36wt.％、37wt.％、38wt.％、39wt.％或40wt.％。

89.優(yōu)選地，所述釩渣中s的含量＜1wt.％。

90.在本發(fā)明的一些實施方式中，釩渣中s的含量典型但非限制性的為0wt.％、0.1wt.％、0.2wt.％、0.3wt.％、0.4wt.％、0.5wt.％、0.6wt.％、0.7wt.％、0.8wt.％或0.9wt.％。

91.在本發(fā)明使用的釩渣中，還存在其他雜質(zhì)如cao、sio2、al2o3、mgo、tio2、mno等。

92.進一步地，混合原料還包括造渣劑。

93.造渣劑主要用于熔煉過程中形成較低熔點爐渣，使金屬液與熔渣分離，充分回收有價有效金屬，提高產(chǎn)品利用率，降低成本。優(yōu)選地，所述造渣劑的質(zhì)量為所述釩渣質(zhì)量的20-40％。

94.當造渣劑的比例低于20％時，金屬與氧化物分離效果不好；當造渣劑的比例高于40％時，爐渣性質(zhì)變差，熔點升高，粘度增大，導致爐渣夾帶釩鐵降低回收率。

95.需要說明的是，這里說的造渣劑的比例指的是造渣劑的質(zhì)量與釩渣質(zhì)量之間的比例。

96.在本發(fā)明的一些實施方式中，造渣劑的質(zhì)量典型但非限制性的為所述釩渣質(zhì)量的20％、25％、30％、35％或40％。

97.優(yōu)選地，所述造渣劑包括石灰、石灰石和白云石中的至少一種。

98.在本發(fā)明的一些實施方式中，造渣劑典型但非限制性的為石灰、石灰石、白云石。

99.進一步地，所述石灰中cao含量≥90％。

100.優(yōu)選地，所述石灰石中caco3含量≥95％。

101.優(yōu)選地，所述白云石中mgo含量≥19％，cao含量≥30％。

102.在熔煉過程中，主要發(fā)生如下反應：

103.10al+3v2o5＝6v+5al2o3；

104.2al+v2o3＝2v+al2o3；

105.2al+3feo＝3fe+al2o3；

106.5si+2v2o5＝4v+5sio2；

107.3si+2v2o3＝4v+3sio2；

108.si+2feo＝2fe+sio2；

109.5c+v2o5＝2v+5co；

110.3c+v2o3＝2v+3co；

111.c+feo＝fe+co；

112.5co+v2o5＝2v+5co2；

113.3co+v2o3＝2v+3co2；

114.co+feo＝fe+co2。

115.進一步地，所述釩鐵為fev50-c和fev60-c。

116.優(yōu)選地，所述釩鐵為fev50-b和fev60-b。

117.優(yōu)選地，所述釩鐵為fev50-a和fev60-a。

118.本發(fā)明的第二方面提供了第一方面所述的釩渣直接冶煉釩鐵的方法在回收釩資源中的應用。

119.本發(fā)明提供的釩渣直接冶煉釩鐵的方法在回收釩資源中的應用，解決了含釩固廢的堆存問題，又充分利用了有價組分，避免了資源的浪費。

120.下面結(jié)合實施例和對比例對本發(fā)明做進一步詳細的說明。

121.實施例1

122.本實施例提供一種釩渣直接冶煉釩鐵的方法，取國內(nèi)某廠釩渣(v2o3含量12wt.％，

粉末，20g cao粉末，5g鋁粒及10g碳粉裝入氧化鎂坩堝后置于1650℃的高溫馬弗爐中恒溫熔煉120min。其余原料和步驟均與實施例1相同，在此不再贅述。

137.實施例9

138.本實施例提供一種釩渣直接冶煉釩鐵的方法，與實施例3不同的是，配入15g v2o3粉末，15g cao粉末，12g鋁粒，充分混勻壓實后，裝入氧化鎂坩堝后置于1650℃的高溫馬弗爐中恒溫熔煉60min。其余原料和步驟均與實施例3相同，在此不再贅述。

139.實施例10

140.本實施例提供一種釩渣直接冶煉釩鐵的方法，與實施例2不同的是，配入600g v2o3釩片，400g石灰粉，120g硅鐵顆粒(si》65％)及150g碳質(zhì)還原劑，充分混勻，裝入5kg電弧爐內(nèi)進行高溫熔煉。設(shè)置電弧爐溫度為1550℃，恒溫30min。其余原料和步驟均與實施例2相同，在此不再贅述。

141.試驗例

142.對實施例1-10得到的釩鐵合金進行成分檢測，得到成分結(jié)果如表1所示。

143.表1釩鐵合金成分數(shù)據(jù)表

[0144][0145]

從表1可以看出，本發(fā)明提供的方法得到的釩鐵合金符合gb/t 4139-2012中釩鐵的標準，不同于現(xiàn)有技術(shù)中先將釩渣處理得到不同單質(zhì)金屬，再進行釩鐵合成，解決了含釩固廢的堆存問題，又充分利用了有價組分，避免了資源的浪費。

[0146]

最后應說明的是：以上各實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對其限制；盡管參照前述各實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應當理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術(shù)方案進行修改，或者對其中部分或者全部技術(shù)特征進行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實施例技術(shù)方案的范圍。技術(shù)特征：

1.一種釩渣直接冶煉釩鐵的方法，其特征在于，將釩渣、氧化釩和還原劑混合熔煉得到釩鐵合金。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的釩渣直接冶煉釩鐵的方法，其特征在于，所述氧化釩的質(zhì)量為所述釩渣質(zhì)量的20-60％；優(yōu)選地，所述還原劑的質(zhì)量為所述釩渣質(zhì)量的10-40％；優(yōu)選地，所述還原劑的質(zhì)量為所述釩渣質(zhì)量的12-20％。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的釩渣直接冶煉釩鐵的方法，其特征在于，所述熔煉的溫度為1450-1650℃；優(yōu)選地，所述熔煉的時間為30-120min；優(yōu)選地，所述熔煉的溫度為1500-1600℃；優(yōu)選地，所述熔煉的時間為30-60min。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的釩渣直接冶煉釩鐵的方法，其特征在于，所述釩渣的粒度＜10cm；優(yōu)選地，所述釩渣中v2o3的含量為8-25wt.％；優(yōu)選地，t.fe的含量為25-40wt.％；優(yōu)選地，所述釩渣中s的含量＜1wt.％。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的釩渣直接冶煉釩鐵的方法，其特征在于，所述氧化釩為v2o3和/或v2o5；優(yōu)選地，所述氧化釩的純度≥98％。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的釩渣直接冶煉釩鐵的方法，其特征在于，所述還原劑包括鋁質(zhì)還原劑、硅質(zhì)還原劑和碳質(zhì)還原劑中的至少一種；優(yōu)選地，所述鋁質(zhì)還原劑中鋁含量≥99％；優(yōu)選地，所述硅質(zhì)還原劑中硅含量≥75％；優(yōu)選地，所述碳質(zhì)還原劑中碳含量≥85％；優(yōu)選地，所述還原劑為碳質(zhì)還原劑和鋁質(zhì)還原劑，所述碳質(zhì)還原劑占所述還原劑質(zhì)量的40-75％；優(yōu)選地，所述還原劑為碳質(zhì)還原劑和硅質(zhì)還原劑，所述碳質(zhì)還原劑占所述還原劑質(zhì)量的40-75％。7.根據(jù)權(quán)利要求1-6任一項所述的釩渣直接冶煉釩鐵的方法，其特征在于，混合原料還包括造渣劑；優(yōu)選地，所述造渣劑的質(zhì)量為所述釩渣質(zhì)量的20-40％；優(yōu)選地，所述造渣劑包括石灰、石灰石和白云石中的至少一種。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的釩渣直接冶煉釩鐵的方法，其特征在于，所述石灰中cao含量≥90％；優(yōu)選地，所述石灰石中caco3含量≥95％；優(yōu)選地，所述白云石中mgo含量≥19％，cao含量≥30％。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的釩渣直接冶煉釩鐵的方法，其特征在于，所述釩鐵為fev50-c和fev60-c；優(yōu)選地，所述釩鐵為fev50-b和fev60-b；

優(yōu)選地，所述釩鐵為fev50-a和fev60-a。10.根據(jù)權(quán)利要求1-9任一項所述的釩渣直接冶煉釩鐵的方法在回收釩資源中的應用。

技術(shù)總結(jié)

本發(fā)明提供一種釩渣直接冶煉釩鐵的方法及應用，具體涉及釩渣資源化利用技術(shù)領(lǐng)域。該方法將釩渣、氧化釩、還原劑和造渣劑混合熔煉得到符合GB/T 4139-2012要求的釩鐵，其中，氧化釩的質(zhì)量為釩渣質(zhì)量的20-60％；還原劑的質(zhì)量為釩渣質(zhì)量的10-40％；造渣劑的質(zhì)量為釩渣質(zhì)量的20-40％；熔煉的溫度為1450-1650℃，熔煉的時間為30-120min。本發(fā)明提供的釩渣直接冶煉釩鐵的方法，該方法操作簡單，工藝流程短，生產(chǎn)過程無尾液，環(huán)境污染小，回收率高，合金產(chǎn)品符合國標產(chǎn)品要求，降低了回收成本。降低了回收成本。

技術(shù)研發(fā)人員：王海北 楊必文 周起帆 王玉芳 秦樹辰 鄭朝振 劉三平 張學東 李強

受保護的技術(shù)使用者：礦冶科技集團有限公司

技術(shù)研發(fā)日：2021.10.21

技術(shù)公布日：2022/1/21