книги / Технологии извлечения ванадия из конверторных ванадиевых шлаков

Министерство общего и профессионального образования Российской Федерации

Пермский государственный технический университет

Для служебного пользования

С.А. АМИРОВА

ТЕХНОЛОГИИ ИЗВЛЕЧЕНИЯ

ВАНАДИЯ ИЗ КОНВЕРТОРНЫХ

ВАНАДИЕВЫХ ШЛАКОВ

Учебное пособие

Пермь 1997

ОГЛАВЛЕНИЕ

2.2.Извлечение ванадия из конверторных шлаков окисли­ тельным обжигом.......

3

п р ш с л о ш е

При промышленной переработке уральских титаномагнетитов по пирогидрометаллургяческому способу путем доменного и конверторно­ го переделов получают конверторные ванадиевые шлаки. Из этих шла­ ков в течение ряда лет извлекают на ОАО "Чусовской металлургичес­ кий завод" и ОАО "Ванадий-Тулачермет" только ванадий. Некомплекс­ ное использование указанного сырья и наличие отходов привели к загрязнению воздушного, водного бассейнов и литосферы Чусового и Тулы вредными для здоровья населения, животного и растительного мира химическими веществами.

Недостаточно удовлетворительные техноэкономические показате­ ли можно объяснить неполнотой, малой интенсивностью основных ста­ дий в силу их природы или неудачным аппаратурным оформлением, час­ то - не совсем качественным химическим и петрографическим соста­ вом шлаков, а также многостадийностью всего процесса переработки ванадиевых концентратов. Поэтому НИИ, лаборатории вузов и Академии наук проводили большие теоретические и технологические исследова­ ния по созданию более эффективных и экологически чистых техноло­ гий переработки ванадиевых шлаков.

Вданной книге приводятся принципиальные основы действующих

вРоссии или разработанных, но не проверенных в промышленных ус­

ловиях технологий. Рассмотрены возможные пути разработки более перспективных процессов с применением ряда физико-химических, энергетических воздействий для увеличения свободной энергии, сни­ жения энергии активации и изменения физических свойств систем.

Автор выражает благодарность спонсору - генеральному директо­ ру ОАО "Чусовской металлургический завод” А.А.Каменских.

За все замечания и дополнения автор заранее признателен.

4

Глава I. ОБЦИЕ СВЕДЕНИЯ О ПРОМЫШЛЕННЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЯХ И СПОСОБАХ ИЗВЛЕЧЕНИЯ ВАНАДИЯ. ХАРАКТЕРИСТИКА

КОНВЕРТОРНЫХ ВАНАДИЕВЫХ ШЛАКОВ

I.I. Некоторые сведения о п р о м н ш ш н н т д с месторождениях и способах извлечения ванадия

Ванадий - довольно распространенный в природе элемент, но об­

Обладая переменной валентностью и являясь типичным представи­ телем переходных металлов семейства железа, он сопутствует им при формировании горных пород. Поэтому большинство промышленных мес­ торождений ванадия - это комплексные железотитансодержащие руды, и ванадий целесообразно извлекать из них попутно с главными полез­

Vz 05 - 1,4-1,7 %•

В настоящее время на территории бывшего СССР открыты новые

Запасы крупнейших на Урале 1усевогорского и Качканарского мес­ торождений железотитансодержащих руд превышают 12 млрд.т. Эти руды содержат 14-38 % железа, легко обогатимы и залегают вблизи поверх­

стве. Подавляющая часть технической пятиокиси ванадия перерабатыва­ ется на феррованадий, используемый в качестве добавок для получения специальных ванадиевых сталей. Пятиокись ванадия применяется в ка­ честве катализатора в производстве серной кислоты, в органическом

5

синтезе. В связи с возникновением отрасли производства искусст­ венного каучука возрос спрос на хлориды ванадия, а также на пя­ тиокись ванадия высокой чистоты.

Зарождается новая область применения ванадия в виде ковкого

как приборостроение, атомно-энергетическая промышленность, ракет­ ная техника, военно-промышленный комплекс.

Производство пятиокиси ванадия за последние тридцать лет за рубежом увеличилось более чем в четыре раза, 80% которого сосре­

доточено в ЮАР и в США.

Существует два основных способа переработки ванадийсодержа­ щих титаномагнетитов: гидрометаллургический и пирометаллургический в зависимости от химического состава и структурно-минералоги­

водой, а окатыши затем реализуют в качестве агломерационного сырья. Пятиокись ванадия осаждают из растворов методом гидролиза.

В США разработаны способы прямого извлечения ванадия из руд и концентратов с небольшим содержанием ванадия /26/. При этом прово­

6

В ЮАР /27/ пятиокись ванадия получают, перерабатывая по гид­ рометаллургической схеме богатые титаномагнетитовые руды с содер­

В СССР также проведены исследования по разработке гидрометал­ лургического метода извлечения ванадия из различных титаномагнетитовых руд /23,24/. Была установлена возможность прямого извлечения

V2.0f , увеличения расхода реагентов и значительного роста капита­

ловложений и эксплуатационных затрат, гидрометаллургический метод недостаточно эффективен /4,23,24/. Кроме того, попадание в домен­ ные печи больших количеств окислов щелочных металлов, остающихся в концентрате, отрицательно влияет на стойкость футеровки печи.

На практике для извлечения ванадия из титаномагнетитов чаще используют пирометаллургический, точнее пирогидрометаллургический способ. При этом при доменном и конверторном переделах концентра­

уменьшает масштабы предприятия по извлечению ванадия.

1 .2. Характеристика конверторных ванадиевых ишаков

За рубежом наиболее крупным производителем ванадиевого шлака является ЮАР, где после восстановления окислов железа измельченных титаномагнетитов во вращающихся печах, плавки шихты в электропечах получают ванадиевый чугун с содержанием 1 ,2-1,3 % М , из которого

шпак выплавляют в виброковшах с обдувкой поверхности чугуна кисло­ родом в течение 55-59 минут. Ванадиевый шлак получается с концент­

7

гическом комбинате (ОАО Н Т Ж ) и Чусовском металлургическом заво­ де (ОАО ЧусМЗ )• На НТМК для выплавки ванадиевого чугуна исполь­ зуют качканарский агломерат и окатыши. Там действуют современные конверторы с верхней подачей кислорода. Для регулирования темпера­ туры и увеличения полноты деванадации чугуна на его поверхность перед началом кислородной продувки присаживают прокатную окалину.

На ОАО ЧусМЗ в шихту домекншс печей вводят вместе с качка­ нарским сырьем первоуральскую доменную руду и ванадийсодержащий

торном отделении дуплекс-цеха в конверторах с донной подачей обо­ гащенного кислородом воздушного дутья. В качестве окислителя-охла­ дителя применяют бессемеровский агломерат, получаемый из окалины и химических отходов производства пятиокиси ванадия.

Примерное содержание основных компонентов в ванадиевых шлаках

8

Из таблицы видно, что в шлаке ЧусМЗ содержится меньше вана­ дия и кальция, но больше кремния, хрома, железа.

Химический и петрографический анализы шлака зависят от соста­ ва исходного чугуна, присадок, технического и гидродинамического режимов работы конвертора, способа подачи и состава дутья (донная или верхняя подача; кислород или обогащенный воздух), способов ведения процесса и выгрузки ишака и т.д.

Повышенное содержание металлических включений в шлаке авторы работы /4/ объясняют резкой закалкой срываемых газовым потоком с поверхности металла дисперсных частиц в период повалки конвертора и предполагают, что перевод на донное кислородное дутье должен уменьшить„заметалливание”шлака.

Петрографические исследования показали наличие в шлаках туго­ плавких хромванадиевых шпинелидов, концентрирующих в себе основное количество ванадия, и силикатной связки, представленной оливинами, пироксенами и стеклом. Выявлена неоднородность шпинелидных кристал­ лов: окислы хрома и ванадия скапливаются в центре, а окислы титана и железа - по периферии зерен.

Тугоплавкость и малая растворимость ванадийсодержащих шпинели­ дов в силикатах способствуют весьма полному процессу деванадации чугуна.

Однако повышенная вязкость ванадиевого ишака ведет к запутыва­ нию в нем металлических корольков да и мелкой россыпи шпинелида

Дальнейшее уменьшение содержания кремния в чугунах до 0,15-0,20%

привело к увеличению количества шпинелидной фазы в ванадиевом шла­ ке до 50-60 % при одновременном измельчении шпинелидных кристаллов.

Таким образом, фазовый состав охлажденного шлака весьма сло­ жен, что обусловлено многокомпонентностью всего шлака и отдельных фаз, причем особенностью шпинелидных кристаллов является резко вы­ раженная зональность по содержанию отдельных элементов. Последнее

9

указывает на то, что для полноты извлечения ванадия из зерен шлинелида при последующей переработке шлака реагентам необходимо преодолеть большие диффузионные сопротивления, чтобы проникнуть в глубь зерна шпинелида.

Большое значение для реакционной способности последующей пе­ реработки шлаков имеет крупность зерен шпинелида и четкое отделе­

величиной энергии кристаллической решетки, кристаллизовался рань­ ше фаялита и находится в виде включений в ортосиликате и стекле. Распределение его неравномерное. На одних участках содержание шпи­ нелида достигает 60 %, на других лишь 30 %*

Кристаллохимическая формула шпинелида в соответствии с хими­ ческим составом шлака:

Шпинелид представляет собой изоморфную смесь (твердый раствор

10