高钙高磷钒渣尖晶石结晶动力学及钒、磷选择性分离的研究

发布时间：2020-07-16 05:50

【摘要】：钒及其产品具有良好的物理、化学性质,被广泛应用于航空航天、冶金、化工等领域。目前,含钒铁水转炉吹炼为主要的提钒工艺,然而该提钒工艺仍存在后续半钢炼钢脱磷负荷大、冶炼低磷及超低磷钢困难等问题。有效的解决方法则是在转炉提钒过程通过加入石灰造渣脱磷,由此所获得的钒渣具有高CaO和P_2O_5含量的特点。本文以含钒铁水提钒脱磷渣为研究对象,从碱性钒渣物相组成、含钒尖晶石结晶动力学和高钙高磷钒渣选择性提钒工艺路线三方面进行研究,为转炉提钒过程同时脱磷工艺提供理论支撑。采用热力学分析、XRD和SEM/EDS对高钙钒渣的矿相组成、微观形貌及尖晶石内部的元素分布进行了深入的研究,结果表明:随着渣中CaO含量增加,V始终富集于尖晶石相,而钛的富集物相逐渐从钛铁尖晶石(Fe_2TiO_4)转变为钙钛矿(CaTiO3);高钙钒渣中磷主要以磷酸三钙(C_3P)形式富集于硅酸二钙(C_2S)中,并以硅酸二钙-磷酸三钙(C_2S-C_3P)固溶体形式存在。通过建立数学模型,研究了碱度和P_2O_5含量对高钙钒渣中尖晶石结晶行为的影响,然后采用高温淬火-图像分析法结合CSD理论对高钙钒渣试样中尖晶石在1723-1523 K降温过程的非等温结晶动力学进行了描述,结果表明:高的碱度和低的P_2O_5含量有利于尖晶石生长;适合高钙钒渣中尖晶石结晶的温度区间为1200-1523 K;当T1673 K时,尖晶石生长受形核控制;当1523≤T≤1673 K时,冷速为5 K/min和15 K/min,尖晶石生长分别受界面控制和扩散控制。为达到和实现高钙钒渣中钒磷在浸出过程的选择性分离,得到高品质的钒制品,本文研究了两种有效的焙烧-浸出工艺,即钠化焙烧-水浸工艺、预处理脱磷-钠化焙烧-水浸工艺,并探讨了选择性分离的机理。研究发现,采用钒钠摩尔比0.2、焙烧温度800℃的钠化焙烧-水浸工艺,高钙钒渣中的V、P浸出率分别为90.82%、5.64%;采用弱酸性缓冲液对高钙钒渣进行预处理,脱磷率可达86.37%,预处理后钒渣再采用钠化焙烧-水浸工艺提钒,V浸出率可达92.93%,相较未经预处理的钒渣,浸出液中V/P(质量比)可从134.51增加到203.70。实验条件下的钒渣钠化焙烧过程主要生成了Na_2Ca(VO_3)_4、NaCaVO_4、NaV_3O_8和NaVO_3四种可溶于水的含钒物相,未形成难溶性钒酸钙。因此,两种工艺路线皆可以实现钒磷分离的目的,钒渣脱磷预处理-焙烧-水浸则可以得到更高纯净度的浸出液及高品位的钒制品。
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TF841.3
【图文】：

地理分布图,地理分布,储量

图 1.1 主要钒储量的地理分布[6]Fig. 1.1 Geographical distribution of vanadium reserves有高硬度、高强度及优良的抗疲劳效应，钒的合金被广泛地应空等领域[7-8]。用于钢铁冶金领域的主要钒产品有 FeV 和 VN，加入钢中，形成 VC 和 VN，起到细化晶粒、抑制贝氏体和珠光氏体强度的作用，从而有效提高钢的强度、硬度、韧性和抗磨色合金方面，主要是以 Ti-V-Al 系合金为代表的结构材料，如具的航空结构材料 Ti-6Al-4V、Ti-8Al-1V-Mo 和 Ti-6Al-6V-2Sn 等钒的产品主要包括 V2O5(98%-99%)、NH4VO3、KVO3、V2O3及品主要用作催化剂、着色剂、显影剂以及电极材料等。钒的氧化，其工业用量也最大。主要的应用前景包括制造 (红外) 辐射测离子吸收基质材料(V2O5·nH2O)、抗静电涂层、湿敏材料、透明器、线性或非线性电阻材料、高温液态二极管及滤色镜等。另备超级电容器等储能装置，其优点包括充电迅速、比能量高、

微观形貌,钒渣,含钒钢,低钙

重庆大学硕士学位论文表 1.1 钒渣主要生产企业的钒渣成分比较 (wt%)[11-13]Table 1.1 Chemical compositions of vanadium slag in major producers in the world (wt%)企业 V2O5SiO2CaO P MgO MnO Cr2O3TiO2TFe海威尔德公司 25 16 3 - 3 4 5 - 26-32新西兰钢铁 18-22 20-22 1.0-1.5 0.02-0.05 - - - - 25.54下塔吉尔公司 15-22 17-18 1.2-1.5 0.03-0.04 - 9-20 2-4 7.0 26-32丘索夫冶金厂 14-17 18-20 0.7-1.5 0.04 6-10 5-9 20-25 6.4 -承钢 10-12 16-18 0.7-0.8 0.03-0.07 1.10 2.64 6-8 6.9 32-36攀钢转炉钒渣 16-18 15-17 1.5-2.5 0.07-0.12 3-5 8-10 1-1.5 8-14 32-40攀钢含钒钢渣 1-5 11-15 40-47 0.59-1.4 -8 4.0 - 0.5-5 15-20

晶体形核,长大速率,速率

图 1.4 晶体形核速率和长大速率的关系[17]The relationship between the nucleation rate and growth rate of论是属于液体凝固过程，由于熔渣属于复杂的氧化物定、氧化物组元数较多且相互作用形成复杂的氧化竞争性生长等现象。因此，目前熔渣的结晶理论是。核理论质形核理论假设过冷液相中由于存在结构起伏从而形成的原子簇尺寸很小且并不稳定，因此导致实验有通过建立理论模型并结合实验才能详细地描述晶知过冷度为形核的驱动力，当熔体温度 T<Tm时，由能差 ΔGV=GS-GL<0，从而使得液相凝固，然而的表面自由能变。因此，形核的临界条件可由表面

【参考文献】