- •Глава 10. Электрометаллургия феррованадия
- •10.1. Свойства ванадия и его соединений
- •10.2. Минералы, руды и концентраты ванадия
- •10.3. Технология металлургического передела ванадийсодержащих концентратов
- •10.4. Технология химического передела ванадийсодержащих шлаков
- •10.5. Термодинамика реакций восстановления ванадия из оксидов
- •10.6. Технология получения феррованадия силико-алюминотермическим способом
- •10.7. Технология получения феррованадия алюминотермическим способом
- •10.8. Технология получения ферросиликованадия
- •10.9. Технология получения азотированного феррованадия
10.2. Минералы, руды и концентраты ванадия
Промышленное значение имеют минералы, содержащие
ванадий: титаномагнетит (Fe,V,Ti)3O4, кульсонит (Fe, V)3O4, роскоэлит K(V,Al,Mg)3(AlSi3)O10∙(OH)2, карнотит K2(UO2)2(VO4)∙3H2O.
Промышленные руды классифицируют на следующие группы (в квадратных скобках – подгруппа): 1) собственно ванадиевые руды, >3% V2O5 [роскоэлитовые руды]; 2) комплексные ванадиевые руды цветных и редких металлов, 1% V2O5 [карнотитовые, ванадинитовые бокситы]; 3) черных металлов, 1% V2O5 [магнетиты, титаномагнетиты, оолитовые бурые железняки]; 4) горючие и другие ископаемые, 1% V2O5 [асфальтиты, битумы, сланцы, угли, фосфориты].
Среди перспективных месторождений титаномагнетитов, подготавливаемых к эксплуатации, является Чинейский рудный комплекс (Россия), расположенный в Забайкалье на севере Читинской области в зоне Байкало-Амурской магистрали. По разведанным запасам ванадия (более 50 млн.т) это месторождение является уникальным и не имеет себе равных в мире. Рядовая руда содержит 25-35% Fe; 4–7% ТiO2; 0,35–0,55% V2O5. В качестве попутных элементов в этих рудах присутствуют медь 0,01-0,4%, кобальт, платина, палладий.
На территории Украины имеется Керченское месторождение железных руд, содержащих 0,13–0,15% V2O5, но эти руды высокофосфористые 1,0% и высокосернистые 0,2% S.
10.3. Технология металлургического передела ванадийсодержащих концентратов
Основным источником ванадия являются титаномагнетитовые руды, обогащением которых получают концентраты (табл. 10.1) для металлургического передела с целью получения V2O5 и феррованадия.
Таблица 10.1 Химический состав, %, ванадийсодержащих руд и концентратов
Месторождение |
Fe2O3 |
FeO |
V2O5 |
TiO2 |
SiO2 |
Cr2O3 |
Al2O3 |
MnO |
CaO |
MgO |
P |
S |
Руды | ||||||||||||
Куксинское |
34–38 |
28–31 |
0,63–0,68 |
13–14 |
4–10 |
0,5–0,7 |
4–8 |
0,2–0,3 |
2–3 |
4–5 |
0,01–0,02 |
0,01 |
Первоуральское |
32–36 |
21–23 |
0,50–0,60 |
4,0 |
12–16 |
0,1–0,2 |
10–12 |
0,2–0,3 |
5–7 |
6–8 |
0,01–0,02 |
0,06 |
Керченское |
54,3 |
– |
0,13–0,15 |
– |
19,4 |
– |
8 |
5 |
1,9 |
0,4 |
1,0 |
0,2 |
Концентраты | ||||||||||||
Лисаковское |
60,5 |
– |
0,12 |
– |
7,5 |
– |
6,94 |
0,39 |
1,36 |
0,90 |
0,83 |
– |
Аятское |
55,0 |
– |
8,14 |
– |
11,0 |
– |
7,11 |
0,2 |
1,69 |
1,78 |
0,4 |
– |
Пудожгорское |
52,0 |
– |
1,03 |
15,0 |
6,5 |
– |
– |
0,4 |
– |
– |
0,010 |
– |
Качканарское |
53,3 |
26,7 |
0,55 |
2,7 |
6,6 |
0,1 |
2,66 |
0,37 |
3,1 |
3,0 |
0,01 |
0,04 |
Промышленная технология извлечения ванадия из титаномагнетита основана на многостадийном металлургическом (рис. 10.8) и химическом переделах с получением товарного пентаоксида ванадия (V2O5).
Рис. 10.8. Принципиальная схема обогащения качканарских руд
Металлургический передел. Основные стадии передела железованадиевого концентрата с получением богатого ванадиевого передельного шлака и полупродукта для выплавки ванадийсодержащих сталей приведены на рис. 10.9.
Технологическая схема включает основные стадии: 1) подготовку ванадийсодержащих руд к плавке методом агломерации или окомкования; 2) доменную плавку; 3) деванадацию чугуна; 4) химическое извлечение ванадия из шлаков и т.д.
Рис. 10.9. Технологическая схема металлургического передела
ванадийсодержащих титаномагнетитов
Качканарарского месторождения
Доменный процесс имеет некоторые особенности по сравнению с обычной выплавкой чугуна. Для более полного перехода ванадия в чугун процесс ведут при 1300–1350оС и основности шлака 0,8–0,9. В результате получают чугун, содержащий 0,45% V, 0,1-0,35% Si, 0,25% Ti. Чугун, в который переходит 81–83% V, направляют на деванадацию в кислородные конвертеры. Полученный конвертерный шлак, содержащий 12–24% V2O5 идет на химический передел для производства оксида V2O5 или непосредственно для выплавки сплавов с ванадием.
Ниже приведен химический состав, %, шлаков при деванадации жидкого чугуна в конвертере продувкой кислородом сверху и воздухом при нижней продувке:
Продувка чугуна |
V2O5 |
SiO2 |
FeO |
MnO |
CaO |
MgO |
TiO2 |
Cr2O3 |
Кислоро-дом сверху |
14,02 |
22,5 |
44,5 |
5,6 |
1,2 |
- |
7,0 |
2,0 |
Нижняя продувка воздухом |
13,51 |
20,4 |
34,3 |
5,5 |
0,7 |
1,1 |
6,4 |
1,6 |
Шлаки содержат V3+ в ванадиевом шпинелиде (Fe, Mn, Mg)O∙(V, Fe, Al, Cr)2O3.