专利名称：一种含钒转炉钢渣的处理方法
技术领域：
本发明属于转炉渣资源化的处理方法。尤其涉及一种从含钒转炉钢渣中富集钒并获得CaO-SiO2基硅酸盐的方法。
背景技术：
转炉钢渣是钢铁工业“三废”之一。各国对钢渣的处理和综合利用都很重视。日本转炉钢渣利用率为90％，我国转炉钢渣利用率仅36％。普通钢渣经处理可作冶金原料、建筑材料和磷肥。我国攀钢(文永才等，钒钛转炉钢渣熔化特性研究，《钢铁钒钛》，Vol.22，No.3，(2001)，pp.32-36.)现在用转炉从含钒铁水得到含12～21％V2O5的钒渣和半钢，其后的吹炼过程产生的转炉钢渣中产生含V2O51～3％的转炉钢渣。马钢(陈林焌，含钒钢渣的全分解和综合利用，《马钢科研》，1990，No.2，pp.36-38。)的转炉钢渣中含2-4％的V2O5。
含钒的转炉钢渣比含钒煤矸石中的钒含量(V2O51％左右)高得多，是很有利用价值的我国特有的重要的冶金二次资源。攀钢的转炉钢渣已积累了约800万吨。曾经(倪宝中，含钒钢渣返回28m3高炉冶炼高钒生铁，《钢铁钒钛》，1983，No.2，pp.45-49)将少部分转炉钢渣返回烧结，制成烧结矿，经高炉冶炼后使钒富集到铁水中。但有害元素磷在该流程中的富集问题无法解决，采用普通钢渣的利用方法是对资源的浪费。目前正在研究的含钒钢渣处理和利用方法主要有四种(陈林焌，含钒钢渣的全分解和综合利用，《马钢科研》，1990，No.2，pp.36-38)。(1)钢渣返回法将含钒钢渣配入烧结矿原料烧结、富集，最后制得含钒较高的钒渣。虽利用现有生产设备回收钒，钢渣处理量也较大。但磷同时富集，造成炼钢的困难；钢渣含铁量低，影响烧结矿品位，故不宜大量配入。另外，在富集钒的各工艺过程中钒损失不少，故钒的总回收率很低；(2)钠化焙烧，碱浸出法含钒钢渣配碱焙烧，再用碱浸出制取五氧化二钒。虽工艺较简单，但碱耗大，转化率很难超过50％；(3)酸浸碱溶法含钒钢渣经酸浸、中和沉淀、碱浸制得粗钒，再经碱溶精制得到合格产品。虽钒浸出率高，能耗低，投资小，但钒、铁、钙分离较困难，工艺步骤多，总回收率不高。(4)酸浸萃取法含钒钢渣经酸浸出钒，用萃取法分别萃取铁、钒，虽可制得多种产品，但同样是要用大量的酸去中和转炉钢渣中高达50％以上的CaO。
上述各种方法都是直接从钢渣中提取钒，由于目前的钢渣中的V2O5含量降低到1～3％。钢渣中没有钒酸钙、钒钛钙氧化物等含钒较高的物相，因此给选矿分离提取V2O5带来一定的难度。而且转炉钢渣中含有高达50％的CaO，不宜用传统的钠化焙烧法处理。酸浸法要消耗大量的酸，大量的浸后残渣很难处理，钢渣中的主要物相硅酸钙的有效利用也受到限制。
发明内容
本发明的目的是提供一种可充分利用含铁量低的二次资源、能有效地把含钒转炉钢渣中有价值的Fe、V、Mn、P以含碳铁合金的形式分离出来、使经济价值高的V得以富集，同时使含钒转炉钢渣中其它成分如Ca2SiO4等由于除去了Fe、V、Mn、P等元素可以作为优质冶金熔剂或水泥原料得到更充分利用的方法。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是将碳质还原剂、含SiO2的调节剂与含钒转炉钢渣混合，混合物中碳质还原剂的加入量为1.3～3.0当量的C，加入含SiO2的调节剂的量应使混合物组成中的CaO/SiO2的质量比为1.5～4；在1500～1600℃进行还原反应，反应0.5～1.5小时后将熔渣倒出，冷却后自行粉化，磁选分离出含钒铁粒和硅酸盐渣。
在该技术方案中含钒转炉钢渣的主要化学成分的质量百分比为V2O5≥1％，CaO≤54％，MgO≤10％，含钒转炉钢渣可以是经过破碎研磨的粉末，也可以是熔融状态；含SiO2的调节剂是指含有FeO、Fe2O3、MnO、SiO2的其他冶金废弃物，可以是硅砂、煤矸石或其它SiO2含量高于50％的熔融的或固态的冶金渣；碳质还原剂可以是焦粉、煤粉、废旧电极石墨等，1当量的C为使渣中Fe、Mn、P、V的氧化物全部还原为单质所需C量。
由于采用上述技术，如果在转炉出渣时将熔融的含钒转炉钢渣与还原剂和添加剂在电炉中混合进行反应，可节约大量能源。含FeO、Fe2O3、SiO2的冶金废弃物或其它废弃物如铁合金渣、有色金属冶炼渣或煤矸石作碱度调节剂，可以充分利用不适合直接作炼铁原料的含铁量低的二次资源。
本发明还具有以下特点该技术将转炉钢渣中的有价组分Fe、V、Mn、P从转炉钢渣中分离出来，富集到含钒铁粒中，钒的富集率高。为进一步采用其它方法分离提钒提供了便利条件，产生的CO气体可作为燃料；上述有价组分Fe、V、Mn、P从转炉钢渣中分离出来后，剩余的残渣是CaO-SiO2基的硅酸盐渣，其中主要物相是硅酸二钙，而且含磷很低，无论是作烧结矿添加剂还是转炉造渣剂返回冶金流程，都不会产生P在铁水或钢水中富集的问题。残渣中不存在自由CaO，作为路基或建筑材料也不会产生体积膨胀问题。本发明将渣的碱度调节适当，还原后的残渣在冷却过程中自动粉化，可以省略破碎工序，极大地方便了其后的磁选过程，可容易地分离出含钒铁粒。
本发明为高效回收经济价值高的钒资源和含钒钢渣的有效利用提供了可行的方法，可适用于含Ni、Cr等有价金属的冶炼渣。
具体实施例方式
用现行的转炉提钒工艺获得的半钢转炉冶炼终点钢渣的成分如表1。
表1含钒转炉钢渣成分(质量％)
这类含钒转炉钢渣的熔化性温度一般低于1400℃，用高频感应炉或小型电弧炉即可加热熔化。碳质还原剂可用焦粉、煤粉、废石墨电极等等。因该炉渣碱度较高，需要添加含SiO2的添加剂以调节碱度，用硅砂或煤矸石均可。
根据表1的含钒转炉钢渣成分和质量比及所述条件，结合下面两个具体的实施例对本发明作进一步的说明。
实施例1表2一种含钒转炉钢渣的化学成分
按表2所述成分和含量，先将含钒转炉钢渣、碳质还原剂、含SiO2的调节剂混合均匀，直接加入炉中。在混合物中，碳质还原剂的加入量为1.3～1.67当量的C，加入含SiO2的调节剂的质量比应使混合物组成中的CaO/SiO2为1.30～1.80；在1500～1600℃进行还原反应，反应0.5～1.5小时后将熔渣倒出，冷却后自行粉化，磁选分离出后分别得到碳饱和的铁粒和灰白色硅酸盐，主要物相是CaSiO3。铁粒的主要成分为V3.24％，Mn1.67％，P1.45％。余量为Fe和C。钒的收得率为91.6％。
实施例2向熔化的如表2所述成分和含量的含钒钢渣中，分别加入碳质还原剂、含SiO2的调节剂，含钒钢渣和碳质还原剂、含SiO2的调节剂所组成的混合物中碳质还原剂的加入量为2.5～3.0当量的C，加入含SiO2的调节剂的质量比应使混合物组成中的CaO/SiO2为1.50～2.10；在1500～1600℃进行还原反应，反应0.5～1.5小时后将熔渣倒出，冷却后自行粉化，磁选分离出后分离后分别得到碳饱和的铁粒和灰白色硅酸盐粉末，主要物相是Ca3SiO5。主要物相是Ca2SiO4。铁粒的主要成分为V3.15％，Mn4.31％，P1.56％。余量为Fe和C。钒的收得率为83.9％。
权利要求
1.一种含钒转炉钢渣的处理方法，其特征在于将碳质还原剂、含SiO2的调节剂与含钒转炉钢渣混合，混合物中碳质还原剂的加入量为1.3～3.0当量的C，加入含SiO2的调节剂的量应使混合物组成中的CaO/SiO2的质量比为1.5～4；在1500～1600℃进行还原反应，反应0.5～1.5小时后将熔渣倒出，冷却后磁选分离出含钒铁粒和硅酸盐渣。
2.根据权利要求1所述的含钒转炉钢渣的处理方法，其特征在于所述的含钒转炉钢渣的主要化学成分的质量百分比为V2O5≥1％、CaO≤54％、MgO≤10％，含钒转炉钢渣可以是经过破碎研磨的粉末，也可以是熔融状态。
3.根据权利要求1所述的含钒转炉钢渣的处理方法，其特征在于所述的含SiO2的调节剂是指含有FeO、Fe2O3、MnO、SiO2的其他冶金废弃物，可以是硅砂、煤矸石或其它SiO2含量高于50％的熔融的或固态的冶金渣。
4.根据权利要求1所述的含钒转炉钢渣的处理方法，其特征在于所述的碳质还原剂可以是焦粉、煤粉、废旧电极石墨。
5.根据权利要求1所述的含钒转炉钢渣的处理方法，其特征在于所述的1当量的C为使渣中Fe、Mn、P、V的氧化物全部还原为单质所需C量。
全文摘要
本发明涉及一种含钒转炉钢渣资源化的处理方法。所采用的技术方案是用碳质还原剂和含SiO
文档编号C04B5/06GK1718554SQ20041001343
公开日2006年1月11日 申请日期2004年7月8日 优先权日2004年7月8日
发明者李光强, 张鹏科, 彭其春, 朱诚意 申请人:武汉科技大学