秦明晓

转炉钒渣钠化焙烧分解机理的研究

秦明晓

（中国恩菲工程技术有限公司，北京 100038）

工业上主要采用钠盐添加剂与钒渣进行高温焙烧，以期使得转炉钒渣中的含钒物相转化，获得易于浸出的含钒钠盐，但是转炉钒渣钠化焙烧过程的物相转化机制并不明确，导致后续钒的分离工作存在困难。以碳酸钠为添加剂，考察了钒渣钠化焙烧过程转化机理。结果表明：随着碳酸钠由5%添加到20%的过程中，钒渣中原有的钒铁尖晶石逐渐消失，最终熟料中仅存在Fe2O3、Fe2TiO5、NaFeO2、SiO2以及NaVO3。过量的碳酸钠添加不会使得钠化焙烧熟料发生进一步变化，15%的碳酸钠添加量即可。

钒渣；钠化焙烧；添加剂；钒铁尖晶石

我国的钒钛磁铁矿资源储备非常丰富，集中分布在四川省攀枝花市、西昌市以及河北省承德市，可探测的总储量超过98亿t[1-3]。转炉钒渣是钒钛磁铁矿冶炼过程中重要的二次资源，是我国制备五氧化二钒产品重要原料之一[4-5]。近年来，随着矿产资源保护意识的增强以及后端钒产品的价格增长，越来越多的科研工作者开始对转炉钒渣的高效利用进行探索研究[6-8]。

转炉钒渣的物相组成较为复杂，常规的冶炼方式不能够使得钒高效分离[9-11]。目前，工业生产中主要采用钠盐添加剂与钒渣进行高温焙烧，以期使得转炉钒渣中的含钒物相转化，获得易于浸出的含钒钠盐，但是转炉钒渣钠化焙烧过程的物相转化机制并不明确，导致后续钒的分离工作存在困难[12-14]。

本文考察了不同钠盐添加剂比例对转炉钒渣焙烧过程的影响，对转炉钒渣钠化焙烧转化机理进行了初步探索，旨在对转炉钒渣钠化焙烧的生产工艺进行指导。

1 实验原料及研究方法

1.1 实验原料

本文采用攀西地区某钒厂提供的转炉钒渣为原料，转炉钒渣的化学成分如表1所示。

表1 钒渣的化学成分 质量分数/%

由XRD物相分析可知，转炉钒渣原料样品中的主要物相为(Mn, Fe)(V, Cr)2O4、Fe2TiO4以及Fe2SiO4。

1.2 实验研究方法

转炉钒渣钠化焙烧实验中，取一定量的钒渣分别与5%、10%、15%、20%的碳酸钠固体混合，放入不同的陶瓷坩埚中，装入型号为KSL1200X的马弗炉，选定焙烧温度为850 ℃，焙烧时间150 min，进行焙烧。焙烧结束后随炉冷却至室温，取样分析。

2 结果与讨论

2.1 5%碳酸钠添加过程

当钒渣中添加5%的碳酸钠进行混料焙烧时，由其焙烧渣的XRD分析可知，转炉钒渣的物相变化明显，焙烧熟料中存在Fe2O3、Fe2TiO4、FeV2O4、NaFe2O3、NaVO3、Fe2SiO4以及SiO2。熟料中存在NaFe2O3和NaVO3，表示碳酸钠和钒铁尖晶石发生了转化反应，钠化焙烧能够破坏钒铁尖晶石的晶格结构。虽然原有的钒铁尖晶石相、橄榄石相已经开始发生转化分解，但是分解不完全，这表明焙烧过程中碳酸钠的添加量不足。

2.2 10%碳酸钠添加过程

当钒渣中添加10%的碳酸钠进行混料焙烧时，由其焙烧渣的XRD分析可知，焙烧渣中的主要物相为Fe2O3、FeTiO3、V2O3、VO2、NaFeO2、Na4V2O7、Fe2SiO4以及SiO2。此时，钒渣中原有的钒铁尖晶石已经完全转化分解，其生成了V2O3、VO2以及Na4V2O7。此时虽然含钒相已经部分转化为了含钒钠盐，但是仍存在三价或四价的钒氧化物，这表明此时碳酸钠的添加量仍然不足，钒铁尖晶石反应不完全。

2.3 15%碳酸钠添加量

当钒渣中添加15%的碳酸钠进行混料焙烧时，由其焙烧渣的XRD分析可知，焙烧渣中的主要物相为Fe2O3、Fe2TiO5、NaFeO2、SiO2以及NaVO3。相比较低碳酸钠添加量的焙烧熟料物相，15%的碳酸钠添加后焙烧渣中已经不存在单独的钒氧化物相，且均转化为了NaVO3。这表明15%的碳酸钠的添加量能够使得钒渣中钒铁尖晶石分解完全且转化为含钒钠盐。

2.4 20%碳酸钠添加量

当钒渣中添加20%的碳酸钠进行混料焙烧时，由其焙烧渣的XRD分析可知，焙烧渣中的主要物相为Fe2O3、Fe2TiO5、NaFeO2、SiO2以及NaVO3，与15%碳酸钠添加的焙烧熟料物相基本一致，并无明显变化，这说明20%的碳酸钠添加已经过量。

3 结 论

1） 转炉钒渣钠化焙烧过程添加碳酸钠能够使得钒渣中钒铁尖晶石发生转变，增加碳酸钠的添加量有助于钒酸钠的生成。

2）当碳酸钠添加量为15%时，钒渣焙烧渣熟料中主要存在的物相为Fe2O3、Fe2TiO5、NaFeO2、SiO2以及NaVO3，此时钒铁尖晶石相已经完全转化生成了钒酸钠。

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Study on Decomposition Mechanism of Vanadium Slag by Na2CO3Roasting

（China ENFI Engineering Co., Ltd., Beijing 100038, China）

In order to extract vanadium from vanadium slag in the industry, the sodium salt additive is used for high-temperature roasting to obtain the vanadium-containing sodium salt. However the phase transformation mechanism of the converter vanadium slag during the sodium roasting process is not clear. Thus, there is difficulty in the separation of subsequent vanadium. In this paper, sodium carbonate was used as additive to investigate the conversion mechanism of vanadium slag in the process of sodium roasting. The results showed that, when the addition of sodium carbonate increased from 5% to 20%, the original vanadium iron spinel in the vanadium slag gradually disappeared. Only Fe2O3, Fe2TiO5, NaFeO2, SiO2and NaVO3were present in the clinker. Excess sodium carbonate addition did not cause further changes in the sodium roasting clinker, and 15% sodium carbonate was suitable.

Vanadium slag; Sodium roasting; Additive; Vanadium iron spinel

2020-07-16

秦明晓（1987-），男，山东省烟台市人，工程师，硕士， 2012年毕业于东北大学学校冶金工程专业，研究方向：有色冶金工程咨询及设计。

TF841.3

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1004-0935（2021）01-0015-02