[发明专利]一种复吹转炉提钒的方法

说明书

技术领域

本发明涉及钢铁冶炼领域，具体地，涉及一种复吹转炉提钒的方法。

背景技术

钒(V)是一种过渡族金属元素，金属钒常温下化学性质较稳定，高温下较活泼。钒原子的价电子结构为3d³4s²，是典型的变价元素，五个价电子都可以参与成键，具有+2、+3、+4和+5价态。在不同的氧分压和温度下，钒的稳定化合物也不同，其中，通过降低氧分压提高温度有利于三价钒氧化物的稳定存在。除此之外，钒还有多种非化学计量氧化物，可用通式V_nO_2n-1(3≤n≤9)表示的同族氧化物。在V₂O₄和V₂O₅之间，已知有V₃O₅、V₃O₇、V₄O₇、V₄O₉、V₅O₉、V₆O₁₁、V₆O₁₃等氧化物。工业上钒氧化物主要是V₂O₃、VO₂和V₂O₅，其中V₂O₅尤为重要。

钒因其具有优良的强度、硬度及抗疲劳效应，而被广泛地应用于钢铁、化工、航空等领域。大约84％的钒在钢铁中作为合金元素溶解到钢中形成VC和VN，以起到细化晶粒，抑制贝氏体和珠光体的发育增加马氏体强度的作用，从而提高钢的硬度、强度、韧性和抗磨损性能。含钒的产品以钒铁和VN为主化晶粒。钒用于有色合金主要是以V-Al系合金为代表的结构材料，如优良的高温航空结构材料Ti-6Al-4V、Ti-8Al-1V-Mo和Ti-6Al-6V-2Sn等合金。用于化工领域的钒产品主要有V₂O₅、NH₄VO₃、V₂O₃、VOCl₃及VCl₄等，用作催化剂、着色剂、大容量电池用的电极材料。值得一提的是由于钒的多价态，钒用作锂电池正极材料或开发成超级电容器等储能装置，具有充电迅速、比能量高、价格低廉等优点，颇具应用前景。此外，约2％的钒产品还应用于医药、防护材料及薄膜材料等领域。现有研究表明钒化合物具有类胰岛素的作用，能促进肝糖原和肌糖原的合成，抑制肝糖原分解为葡萄糖，促进脂肪的合成并抑制脂肪的分解。总而言之，钒及钒产品主要作为添加剂广泛地用于提高材料性能或加速化学反应进程。

钒资源作为一种世界上重要的稀缺资源，无单独可采的钒矿物，其在自然界中的分布很分散，主要伴生于硫钒矿VS₂或V₂S₅、铅钒矿(或称褐铅矿)Pb₅(VO₄)₃C、钒云石KV₂(AlSi₂O₁₀)(OH)₂、钒酸钾铀矿K₂(UO₂)(VO₄)₂·3H₂O以及钒钛磁铁矿等矿物中。全球钒的总储量为6300万吨，可开采储量为1020万吨。用于提钒的原料种类很多，世界上88％的钒是从钒钛磁铁矿中获得，其余提钒原料有石煤、废催化剂、石油灰渣、碳质页岩等。因钒原料种类、矿物特征及其中钒含量差异较大，从含钒物料中提取钒的工艺和方法也多种多样，主要有火法冶炼、湿法浸出和火法-湿法联合提取工艺。

①火法冶炼

通常以钒钛磁铁矿为主要原料，通过高炉或其它炼铁流程得到含钒铁水，再在转炉中吹入氧气使金属中的钒氧化富集到渣中。采用双联转炉吹炼时得到含V₂O₅8～20％的钒渣和含C约3.6％的半钢，采用单个转炉造渣吹炼时得到含V₂O₅0～5％的含钒钢渣和钢水。得到的钒渣或含钒钢渣经过焙烧-浸出或直接浸出的方式进行后续提取。随着炼钢和提钒工艺的发展要求，也出现了直接在转炉内加入碳酸钠进行吹炼，得到钠化钒渣和半钢，同时达到脱除铁水中磷和硫的目的。

②湿法浸出