1.本发明涉及钒渣资源化利用技术领域，尤其是涉及一种钒渣直接冶炼钒铁的方法及应用。
背景技术：
2.我国
钒钛磁铁矿资源丰富，其中含有的钒占全国钒资源的53％。钒钛磁铁矿中以铁为主，伴生钛、钒等元素。钒是低合金高强度钢、钒电池、航天材料、催化剂等重要产业的原料，战略地位突出。
3.其中，“高炉法”冶炼钒钛磁铁矿过程中经转炉吹氧提钒得到的“钒渣”，是冶炼和制取钒合金及金属钒的原料。
4.钒渣的主要回收方式为湿法回收和火法回收，其中湿法回收通过“焙烧
→
浸出
→
分离”获得较高纯度v2o5，但工艺流程长、钠化焙烧成本高，回收过程产生的废水、废渣不易处理。火法回收因钒渣钒低铁高，难以制备符合要求的钒铁合金；而且炉渣熔点较高，使得冶炼温度在1650℃以上，炉衬侵蚀严重，能耗高。
5.有鉴于此，特提出本发明。
技术实现要素：
6.本发明的目的之一在于提供一种钒渣直接冶炼钒铁的方法，解决了现有技术中湿法工艺流程长、钠化焙烧成本高，回收过程产生的废水、废渣不易处理以及火法难以制备符合要求的钒铁合金、能耗高的技术问题。
7.本发明的目的之二在于提供一种钒渣直接冶炼钒铁的方法在回收钒资源中的应用，提高回收率，降低回收成本。
8.为解决上述技术问题，本发明特采用如下技术方案：
9.本发明的第一方面提供了一种钒渣直接冶炼钒铁的方法，将钒渣、氧化钒和还原剂混合熔炼得到钒铁合金。
10.进一步地，所述氧化钒的质量为所述钒渣质量的20-60％。
11.进一步地，所述还原剂的质量为所述钒渣质量的10-40％。
12.优选地，所述还原剂的质量为所述钒渣质量的12-20％。
13.进一步地，所述熔炼的温度为1450-1650℃。
14.优选地，所述熔炼的温度为1500-1600℃。
15.进一步地，所述熔炼的时间为30-120min。
16.优选地，所述熔炼的时间为30-60min。
17.进一步地，所述钒渣的粒度＜10cm。
18.优选地，所述钒渣中v2o3的含量为8-25wt.％。
19.优选地，所述钒渣中t.fe的含量为25-40wt.％。
20.优选地，所述钒渣中s的含量＜1wt.％。
21.进一步地，所述氧化钒为v2o3和/或v2o5。
22.优选地，所述氧化钒的纯度≥98％。
23.进一步地，所述还原剂包括铝质还原剂、硅质还原剂和碳质还原剂中的至少一种。
24.优选地，所述铝质还原剂中铝含量≥99％。
25.优选地，所述硅质还原剂中硅含量≥75％。
26.优选地，所述碳质还原剂中碳含量≥85％。
27.优选地，所述还原剂为碳质还原剂和铝质还原剂，所述碳质还原剂占所述还原剂质量的40-75％。
28.优选地，所述还原剂为碳质还原剂和硅质还原剂，所述碳质还原剂占所述还原剂质量的40-75％。
29.进一步地，混合原料还包括造渣剂。
30.优选地，所述造渣剂的质量为所述钒渣质量的20-40％。
31.优选地，所述造渣剂包括石灰、石灰石和白云石中的至少一种。
32.进一步地，所述石灰中cao含量≥90％。
33.优选地，所述石灰石中caco3含量≥95％。
34.优选地，所述白云石中mgo含量≥19％，cao含量≥30％。
35.进一步地，所述钒铁为fev50-c和fev60-c。
36.优选地，所述钒铁为fev50-b和fev60-b。
37.优选地，所述钒铁为fev50-a和fev60-a。
38.本发明的第二方面提供了第一方面所述的钒渣直接冶炼钒铁的方法在回收钒资源中的应用。
39.本发明至少具有如下有益效果：
40.本发明提供的钒渣直接冶炼钒铁的方法，该方法操作简单，工艺流程短，生产过程无尾液，环境污染小，回收率高，合金产品符合国标产品要求，降低了回收成本。
41.本发明提供的钒渣直接冶炼钒铁的方法在回收钒资源中的应用，解决了含钒
固废的堆存问题，又充分利用了有价组分，避免了资源的浪费。
具体实施方式
42.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。本发明实施例的组件可以以各种不同的配制来布置和设计。
43.本发明的第一方面提供了一种钒渣直接冶炼钒铁的方法，将钒渣、氧化钒和还原剂混合熔炼得到钒铁合金。
44.本发明提供的钒渣直接冶炼钒铁的方法，解决了现有技术中湿法工艺流程长、钠化焙烧成本高，回收过程产生的废水、废渣不易处理以及火法难以制备符合要求的钒铁合金、能耗高的技术问题。该方法操作简单，工艺流程短，生产过程无尾液，环境污染小，钒渣中钒和铁均得到有效回收，合金产品符合国标产品要求，降低了传统回收钒资源的生产成本。
45.进一步地，所述氧化钒的质量为所述钒渣质量的20-60％。
46.当氧化钒的比例低于20％时，冶炼得到的钒铁合金中钒含量不足，无法得到符合要求的钒铁合金。当氧化钒的比例高于60％时，还原反应无法充分进行，造成原料中钒资源的浪费。
47.需要说明的是，这里说的氧化钒的比例指的是氧化钒的质量与钒渣质量之间的比例。
48.在本发明的一些实施方式中，氧化钒的质量典型但非限制性的为所述钒渣质量的20％、25％、30％、35％、40％、45％、50％、55％或60％。
49.进一步地，所述氧化钒为v2o3和/或v2o5。
50.钒渣中的钒低铁高，需要配入氧化钒熔炼，以获得满足钒铁合金钒含量的要求。
51.优选地，所述氧化钒的纯度≥98％。
52.进一步地，所述还原剂的质量为所述钒渣质量的10-40％。
53.当还原剂的比例低于10％时，钒渣和氧化钒中的钒和铁不能完全转还原，造成钒铁资源的浪费；当还原剂的比例高于40％时，未参与反应的还原剂较多，造成还原剂的浪费。
54.需要说明的是，这里说的还原剂的比例指的是还原剂的质量与钒渣质量之间的比例。
55.在本发明的一些实施方式中，还原剂的质量典型但非限制性的为所述钒渣质量的10％、15％、20％、25％、30％、35％或40％。
56.优选地，所述还原剂的质量为所述钒渣质量的12-20％。
57.在本发明的一些优选实施方式中，还原剂的质量典型但非限制性的为所述钒渣质量的12％、13％、16％、17％、18％、19％或20％。
58.进一步地，所述还原剂包括铝质还原剂、硅质还原剂和碳质还原剂中的至少一种。
59.优选地，所述铝质还原剂中铝含量≥99％。
60.优选地，所述硅质还原剂中硅含量≥75％。
61.优选地，所述碳质还原剂中碳含量≥85％。
62.在本发明的一些实施方式中，铝质还原剂典型但非限制性的为铝粉。
63.在本发明的一些实施方式中，碳质还原剂典型但非限制性的为煤粉或炭粉。
64.在本发明的一些实施方式中，硅质还原剂典型但非限制性的为硅铁合金。
65.需要说明的是，所述硅铁合金中硅含量≥65％。
66.铝质还原剂与钒渣和氧化钒发生还原反应放热，放出的热量有利于钒铁合金的形成；碳质还原剂有利于控制反应限度。
67.优选地，所述还原剂为碳质还原剂和铝质还原剂，所述碳质还原剂占所述还原剂质量的40-75％。
68.在本发明的一些实施方式中，所述还原剂为碳质还原剂和铝质还原剂，所述碳质还原剂典型但非限制性的占所述还原剂质量的40％、45％、50％、55％、60％、65％、70％或75％。
69.优选地，所述还原剂为碳质还原剂和硅质还原剂，所述碳质还原剂占所述还原剂质量的40-75％。
70.在本发明的一些实施方式中，所述还原剂为碳质还原剂和硅质还原剂，所述碳质
还原剂典型但非限制性的占所述还原剂质量的40％、45％、50％、55％、60％、65％、70％或75％。
71.在本发明的一些实施方式中，各种还原剂可混合后一次加入，也可单独分批加入。
72.在本发明的一种优选实施方式中，先加入铝质或硅质还原剂，放出大量热，还原部分钒和铁；之后加入碳质还原剂，利用铝热或硅热反应余热，生成气体调节气相分压，抑制还原反应的进行，控制反应限度，满足钒铁合金牌号要求。
73.进一步地，所述熔炼的温度为1450-1650℃。
74.当熔炼的温度低于1450℃时，钒和铁不能充分熔化，原料中的钒和铁不能充分熔入金属液中，生成的钒铁合金不能满足要求；当熔炼的温度高于1650℃时，炉衬侵蚀严重，熔炼炉寿命下降；同时，温度过高，熔炼能耗较大。
75.在本发明的一些实施方式中，熔炼的温度典型但非限制性的为1450℃、1470℃、1490℃、1510℃、1530℃、1550℃、1570℃、1590℃、1610℃、1630℃或1650℃。
76.优选地，所述熔炼的温度为1500-1600℃。
77.在本发明的一些优选实施方式中，熔炼的温度典型但非限制性的为1500℃、1530℃、1560℃、1590℃或1600℃。
78.进一步地，所述熔炼的时间为30-120min。
79.当熔炼的时间低于30min时，钒、铁还原未完全，影响钒铁合金质量和产量；当熔炼的时间高于120min时，钒铁合金反而开始氧化，钒铁合金质量和产量下降，同时，熔炼时间过长，能耗大。
80.在本发明的一些实施方式中，熔炼的时间典型但非限制性的为30min、40min、50min、60min、70min、80min、90min、100min、110min或120min。
81.优选地，所述熔炼的时间为30-60min。
82.在本发明的一些优选实施方式中，熔炼的时间典型但非限制性的为30min、40min、45min、50min、55min或60min。
83.进一步地，所述钒渣的粒度＜10cm。
84.当钒渣的粒度大于等于10cm时，钒渣与还原剂和氧化钒的接触面积小，不利于反应，可以通过破碎、粉碎的方式进行加工，使其粒度符合要求。
85.进一步地，所述钒渣中v2o3的含量为8-25wt.％。
86.在本发明的一些实施方式中，钒渣中v2o3的含量典型但非限制性的为8wt.％、9wt.％、10wt.％、11wt.％、12wt.％、13wt.％、14wt.％、15wt.％、16wt.％、17wt.％、18wt.％、19wt.％、20wt.％、21wt.％、22wt.％、23wt.％、24wt.％或25wt.％。
87.优选地，所述钒渣中t.fe的含量为25-40wt.％。
88.在本发明的一些实施方式中，钒渣中t.fe的含量典型但非限制性的为25wt.％、26wt.％、27wt.％、28wt.％、29wt.％、30wt.％、31wt.％、32wt.％、33wt.％、34wt.％、35wt.％、36wt.％、37wt.％、38wt.％、39wt.％或40wt.％。
89.优选地，所述钒渣中s的含量＜1wt.％。
90.在本发明的一些实施方式中，钒渣中s的含量典型但非限制性的为0wt.％、0.1wt.％、0.2wt.％、0.3wt.％、0.4wt.％、0.5wt.％、0.6wt.％、0.7wt.％、0.8wt.％或0.9wt.％。
91.在本发明使用的钒渣中，还存在其他杂质如cao、sio2、al2o3、mgo、tio2、mno等。
92.进一步地，混合原料还包括造渣剂。
93.造渣剂主要用于熔炼过程中形成较低熔点炉渣，使金属液与熔渣分离，充分回收有价有效金属，提高产品利用率，降低成本。优选地，所述造渣剂的质量为所述钒渣质量的20-40％。
94.当造渣剂的比例低于20％时，金属与氧化物分离效果不好；当造渣剂的比例高于40％时，炉渣性质变差，熔点升高，粘度增大，导致炉渣夹带钒铁降低回收率。
95.需要说明的是，这里说的造渣剂的比例指的是造渣剂的质量与钒渣质量之间的比例。
96.在本发明的一些实施方式中，造渣剂的质量典型但非限制性的为所述钒渣质量的20％、25％、30％、35％或40％。
97.优选地，所述造渣剂包括石灰、石灰石和白云石中的至少一种。
98.在本发明的一些实施方式中，造渣剂典型但非限制性的为石灰、石灰石、白云石。
99.进一步地，所述石灰中cao含量≥90％。
100.优选地，所述石灰石中caco3含量≥95％。
101.优选地，所述白云石中mgo含量≥19％，cao含量≥30％。
102.在熔炼过程中，主要发生如下反应：
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.进一步地，所述钒铁为fev50-c和fev60-c。
116.优选地，所述钒铁为fev50-b和fev60-b。
117.优选地，所述钒铁为fev50-a和fev60-a。
118.本发明的第二方面提供了第一方面所述的钒渣直接冶炼钒铁的方法在回收钒资源中的应用。
119.本发明提供的钒渣直接冶炼钒铁的方法在回收钒资源中的应用，解决了含钒固废的堆存问题，又充分利用了有价组分，避免了资源的浪费。
120.下面结合实施例和对比例对本发明做进一步详细的说明。
121.实施例1
122.本实施例提供一种钒渣直接冶炼钒铁的方法，取国内某厂钒渣(v2o3含量12wt.％，
粉末，20g cao粉末，5g铝粒及10g碳粉装入氧化镁坩埚后置于1650℃的高温马弗炉中恒温熔炼120min。其余原料和步骤均与实施例1相同，在此不再赘述。
137.实施例9
138.本实施例提供一种钒渣直接冶炼钒铁的方法，与实施例3不同的是，配入15g v2o3粉末，15g cao粉末，12g铝粒，充分混匀压实后，装入氧化镁坩埚后置于1650℃的高温马弗炉中恒温熔炼60min。其余原料和步骤均与实施例3相同，在此不再赘述。
139.实施例10
140.本实施例提供一种钒渣直接冶炼钒铁的方法，与实施例2不同的是，配入600g v2o3钒片，400g石灰粉，120g硅铁颗粒(si》65％)及150g碳质还原剂，充分混匀，装入5kg电弧炉内进行高温熔炼。设置电弧炉温度为1550℃，恒温30min。其余原料和步骤均与实施例2相同，在此不再赘述。
141.试验例
142.对实施例1-10得到的钒铁合金进行成分检测，得到成分结果如表1所示。
143.表1钒铁合金成分数据表
[0144][0145]
从表1可以看出，本发明提供的方法得到的钒铁合金符合gb/t 4139-2012中钒铁的标准，不同于现有技术中先将钒渣处理得到不同单质金属，再进行钒铁合成，解决了含钒固废的堆存问题，又充分利用了有价组分，避免了资源的浪费。
[0146]
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。技术特征：
1.一种钒渣直接冶炼钒铁的方法，其特征在于，将钒渣、氧化钒和还原剂混合熔炼得到钒铁合金。2.根据权利要求1所述的钒渣直接冶炼钒铁的方法，其特征在于，所述氧化钒的质量为所述钒渣质量的20-60％；优选地，所述还原剂的质量为所述钒渣质量的10-40％；优选地，所述还原剂的质量为所述钒渣质量的12-20％。3.根据权利要求1所述的钒渣直接冶炼钒铁的方法，其特征在于，所述熔炼的温度为1450-1650℃；优选地，所述熔炼的时间为30-120min；优选地，所述熔炼的温度为1500-1600℃；优选地，所述熔炼的时间为30-60min。4.根据权利要求1所述的钒渣直接冶炼钒铁的方法，其特征在于，所述钒渣的粒度＜10cm；优选地，所述钒渣中v2o3的含量为8-25wt.％；优选地，t.fe的含量为25-40wt.％；优选地，所述钒渣中s的含量＜1wt.％。5.根据权利要求1所述的钒渣直接冶炼钒铁的方法，其特征在于，所述氧化钒为v2o3和/或v2o5；优选地，所述氧化钒的纯度≥98％。6.根据权利要求1所述的钒渣直接冶炼钒铁的方法，其特征在于，所述还原剂包括铝质还原剂、硅质还原剂和碳质还原剂中的至少一种；优选地，所述铝质还原剂中铝含量≥99％；优选地，所述硅质还原剂中硅含量≥75％；优选地，所述碳质还原剂中碳含量≥85％；优选地，所述还原剂为碳质还原剂和铝质还原剂，所述碳质还原剂占所述还原剂质量的40-75％；优选地，所述还原剂为碳质还原剂和硅质还原剂，所述碳质还原剂占所述还原剂质量的40-75％。7.根据权利要求1-6任一项所述的钒渣直接冶炼钒铁的方法，其特征在于，混合原料还包括造渣剂；优选地，所述造渣剂的质量为所述钒渣质量的20-40％；优选地，所述造渣剂包括石灰、石灰石和白云石中的至少一种。8.根据权利要求7所述的钒渣直接冶炼钒铁的方法，其特征在于，所述石灰中cao含量≥90％；优选地，所述石灰石中caco3含量≥95％；优选地，所述白云石中mgo含量≥19％，cao含量≥30％。9.根据权利要求1所述的钒渣直接冶炼钒铁的方法，其特征在于，所述钒铁为fev50-c和fev60-c；优选地，所述钒铁为fev50-b和fev60-b；
优选地，所述钒铁为fev50-a和fev60-a。10.根据权利要求1-9任一项所述的钒渣直接冶炼钒铁的方法在回收钒资源中的应用。
技术总结
本发明提供一种钒渣直接冶炼钒铁的方法及应用，具体涉及钒渣资源化利用技术领域。该方法将钒渣、氧化钒、还原剂和造渣剂混合熔炼得到符合GB/T 4139-2012要求的钒铁，其中，氧化钒的质量为钒渣质量的20-60％；还原剂的质量为钒渣质量的10-40％；造渣剂的质量为钒渣质量的20-40％；熔炼的温度为1450-1650℃，熔炼的时间为30-120min。本发明提供的钒渣直接冶炼钒铁的方法，该方法操作简单，工艺流程短，生产过程无尾液，环境污染小，回收率高，合金产品符合国标产品要求，降低了回收成本。降低了回收成本。
技术研发人员：王海北 杨必文 周起帆 王玉芳 秦树辰 郑朝振 刘三平 张学东 李强
受保护的技术使用者：矿冶科技集团有限公司
技术研发日：2021.10.21
技术公布日：2022/1/21
声明：
“钒渣直接冶炼钒铁的方法及应用与流程” 该技术专利(论文)所有权利归属于技术(论文)所有人。仅供学习研究，如用于商业用途，请联系该技术所有人。
我是此专利(论文)的发明人(作者)
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编辑：中冶有色技术网
来源：矿冶科技集团有限公司
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2024年05月24日 ~ 26日 
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