专利名称：一种用攀西钒原料冶炼制取金属钒的方法
技术领域：
本发明涉及一种金属钒的的冶炼制取方法，具体而言，本发明涉及一种以攀西钒 原料冶炼制取金属钒的方法。
背景技术：
钒是一种银灰色的金属，外现呈银灰色金属光泽和树枝状及海棉状结晶，产品不 得有肉眼可见的夹杂物。钒的熔点为1890°C，有良好的耐蚀性、延展性和可锻性。并且具 有优良的抗腐蚀性能，对硫酸的抗腐蚀能力优于不锈钢和钛。该性能良好并易于加工变形。 钒可用于熔铸成锭制造纯钒型材。可与其它元素合成含钒合金，用作钛基合金的添加元素 和高强度耐热特种合金的添加元素，可制作高速增殖堆、核燃料包套，用于制造超导体、制 作真空管的灯丝材料和吸气剂材料等。主要用于制造合金钢和有色金属合金，还用于制造 电子工业中的电子管阴极、栅极、射线靶及吸气剂、电极管的荧光体等。钒还是一种可提高钢硬度、防止其生锈的金属。钒钢合金可用于制造导弹外壳、高 速工具、超导磁体、飞机发动机等。金属钒被用作原子能反应堆的防护材料，在宇航和航空 工业制造火箭、导弹、宇宙飞船的转接壳体和蒙皮，大型飞船、空间渡船的结构材料，制作飞 机制动器和飞机、飞船、导弹的导航部件，火箭、导弹、喷气飞机的高能燃料的添加剂。在冶 金工业中是合金钢的添加剂，也用于制作耐火材料与特种玻璃、集成电路、天线等。金属钒 作为一种新兴材料益被重视，它的吸热能力强，机械性能稳定，是原子能、火箭、导弹、航空、 宇宙航行以及冶金工业中不可缺少的宝贵材料。目前金属钒制取(ft·印aration Of Vanaciilam Metal)采用金属或碳将钒氧 化物还原成金属钒的过程，为钒冶金流程的重要组成部分。目前主要有钙热还原、真空碳热 还原、氯化物镁热还原和铝热还原四种方法。如德国采用铝热还原法生产粗金属钒。这种 方法是将五氧化二钒和纯铝放在反应炉进行反应，生成钒铝合金。钒铝合金在2063K的高 温和真空中脱铝，可制得含钒94% 97%的粗金属钒。但是某些地区钒钛磁铁矿冶炼的钒 原料含杂质高，如攀西地区的钒钛磁铁矿冶炼的钒原料，使用上述铝热还原法制取金属钒 存在困难，上述铝热还原法是先生成铝钒合金、再进行真空脱铝，但是真空脱铝对设备要求 较高，若采用此方法则成本会大大提高。
发明内容
针对现有原料含杂质高的钒钛磁铁矿冶炼金属钒存在困难的上述问题，现提供一 种以攀西钒原料冶炼制取金属钒的方法，该方法的原料来源确定，生产工艺安全可靠，钒品 位高，杂质含量低，形成质量稳定的金属钒产品，降低了生产成本，并有效降低了可能带入 杂质对钢种产生的危害。为实现上述发明目的，本发明采用以的技术方案如下
一种以攀西钒原料冶炼制取金属钒的方法，其特征在于按照下述工艺步骤于IOOkg攀 西地区富钒原料中加入如下重量配比的辅助材料金属铝40kg 50kg、辅助还原剂0. 5kg 1. 0kg、钙质冶金辅料Ikg 1. 5kg、惰性物 18kg 22kg、钙-钠系处理剂0. 5kg 2. Okg ； 所述富钒原料主要成分为五氧化二钒； 所述辅助还原剂为硅钙合金； 所述钙质冶金辅料为氧化钙和氟化钙； 所述惰性物为冶炼渣、石灰或冷却剂； 所述钙-钠系处理剂为碳酸钠、氧化钙和氟化钙的混合物； 具体工艺步骤如下
按上述重量配比称取原料及各种辅助材料，将上述所有材料送入混料设备充分搅拌至 均勻，混合均勻后放入经过预热至200°C 300°C的反应装置内，进行点火，反应结束后加入 30^50 kg缓凝剂，冷却48 72h，最后分离冶炼渣和钒，经检验、精整、包装后入库。所述富钒原料中五氧化二钒的质量百分比不低于99%。所述硅钙合金为粉状，其中硅和钙总量占硅钙合金的不低于50%，硅和钙为任意比 例。所述钙质冶金辅料中氟化钙加入量不高于钙质冶金辅料的量的10%，其余为氧化钙。所述冶炼渣或石灰中氧化钙含量不低于85%。所述钙-钠系处理剂中碳酸钠的量不高于钙-钠系处理剂的3%，氟化钙的量不高 于钙-钠系处理剂的5%，其余为氧化钙。所述缓凝剂为石灰，石灰中氧化钙的质量百分比不低于80%。下面对本发明的化学反应原理及工艺说明如下
本发明以铝质还原剂(主成份Al)、冶金辅料(主成份CaO)、钒原料(主成份V205)、惰 性物等为原料，通过合理搭配原料和热量，在适宜温度下发生铝热还原反应，铝质还原剂将 钒原料中的V2O5还原生产成金属钒，反应生成的铝氧化物、未反应的V2O5、和CaO形成渣相， 合金相受渣相覆盖保护性冷却，冷凝过程结束后分离合金产品。金属钒的冶炼方法使用的原料主要由Ca0、V205和Al等组成，在满足相关热平衡和 物料平衡的条件下，原料中的不同氧化物组元与铝发生还原反应，主要的化学反应式如下， 应依照自由能和活度相系变化次序进行，反应结束后在钒V和CaO-V2O5-Al2O3渣系间形成平 衡，冷却分离后得到钒产品和合金渣。温度决定反应速度，Si、S和P等杂质依据活度系数、 温度和平衡常数在渣及合金间梯级分配。3V205 + IOAl — 6V + 5A1203( 1)
钒铁冶炼过程有大量的Al2O3产生，Al2O3和CaO结合形成CaO · Al2O3，CaO既调整渣的 酸碱度平衡，同时增加炉渣的硫容和磷容，提高硫磷脱除能力。CaO加入量高于计算值，影响 炉渣熔点，不利于P和S的传质，部分CaO原料还会带入少量P和S，试验中运用钠钙系材料 综合脱除硫磷杂质。本发明的优点在于
1、本发明原料来源确定，生产的金属钒品位高，可达929Γ95%，杂质含量低，有效降低了 可能带入杂质对钢种产生的危害，对钢铁生产合金化有积极的促进意义。2、直接生产钒，改变了现有铝热还原先生成铝钒合金、再进行真空脱铝的生产工序，避免使用真空设备脱铝，降低了生产要求，节约了成本。3、解决了原料杂质问题，提高了回收率。
具体实施例方式实施例1
一种以攀西钒原料冶炼制取金属钒的方法，按照下述工艺步骤于IOOkg攀西地区富钒 原料中加入如下重量配比的辅助材料
金属铝40kg、辅助还原剂1. 0kg、钙质冶金辅料1kg、惰性物2^ig、钙-钠系处理剂 0. 5kg ；
富钒原料主要成分为五氧化二钒，五氧化二钒的质量百分比为99%。辅助还原剂为硅钙合金，硅钙合金为粉状，其中硅和钙总量占硅钙合金的为50%， 硅和钙为1比1。钙质冶金辅料为氧化钙和氟化钙，氟化钙加入量为钙质冶金辅料的量的10%，其余 为氧化钙。惰性物为冶炼渣，冶炼渣中氧化钙含量为85%。钙-钠系处理剂为碳酸钠、氧化钙和氟化钙的混合物，碳酸钠的量为钙-钠系处理 剂的3%，氟化钙的量为钙-钠系处理剂的5%，其余为氧化钙。缓凝剂为石灰，石灰中氧化钙的质量百分比为80%。具体工艺步骤如下
按上述重量配比称取原料及各种辅助材料，将上述所有材料送入混料设备充分搅拌至 均勻，混合均勻后放入经过预热至300°C的反应装置内，进行点火，反应结束后加入30kg缓 凝剂，冷却72h，最后分离冶炼渣和钒，经检验、精整、包装后入库。最后可得含钒拟％的粗金 属钒。实施例2
一种以攀西钒原料冶炼制取金属钒的方法，按照下述工艺步骤于IOOkg攀西地区富钒 原料中加入如下重量配比的辅助材料
金属铝50kg、辅助还原剂0. ^gkg、钙质冶金辅料1. ^g、惰性物Wkg、钙-钠系处理剂 2. Okg ；
富钒原料主要成分为五氧化二钒，五氧化二钒的质量百分比为99. 5%。辅助还原剂为硅钙合金，硅钙合金为粒状，其中硅和钙总量占硅钙合金的为60%， 硅和钙为2比1。钙质冶金辅料为氧化钙和氟化钙，氟化钙加入量为钙质冶金辅料的量的8%，其余 为氧化钙。惰性物为石灰，石灰中氧化钙含量为90%。钙-钠系处理剂为碳酸钠、氧化钙和氟化钙的混合物，碳酸钠的量为钙-钠系处理 剂的2%，氟化钙的量为钙-钠系处理剂的4%，其余为氧化钙。缓凝剂为石灰，石灰中氧化钙的质量百分比为90%。具体工艺步骤如下
按上述重量配比称取原料及各种辅助材料，将上述所有材料送入混料设备充分搅拌至均勻，混合均勻后放入经过预热至200°C的反应装置内，进行点火，反应结束后加入50 kg 缓凝剂，冷却48h，最后分离冶炼渣和钒，经检验、精整、包装后入库。实施例3
一种以攀西钒原料冶炼制取金属钒的方法，按照下述工艺步骤于IOOkg攀西地区富钒 原料中加入如下重量配比的辅助材料
金属铝45kg、辅助还原剂0. 7kg、钙质冶金辅料1. 3kg、惰性物20kg、钙-钠系处理剂 1. 5kg ；
富钒原料主要成分为五氧化二钒，五氧化二钒的质量百分比为99%。辅助还原剂为硅钙合金，硅钙合金为粉状，其中硅和钙总量占硅钙合金的为70%， 硅和钙为1比2。钙质冶金辅料为氧化钙和氟化钙，氟化钙加入量为钙质冶金辅料的量的7%，其余 为氧化钙。惰性物为冷却剂，冷却剂为本领域熟知的冷却剂。钙-钠系处理剂为碳酸钠、氧化钙和氟化钙的混合物，碳酸钠的量为钙-钠系处理 剂的2. 5%，氟化钙的量不高于钙-钠系处理剂的3. 5%，其余为氧化钙。缓凝剂为石灰，石灰中氧化钙的质量百分比为95%。具体工艺步骤如下
按上述重量配比称取原料及各种辅助材料，将上述所有材料送入混料设备充分搅拌至 均勻，混合均勻后放入经过预热至250°C的反应装置内，进行点火，反应结束后加入40kg缓 凝剂，冷却60h，最后分离冶炼渣和钒，经检验、精整、包装后入库。实施例4
一种以攀西钒原料冶炼制取金属钒的方法，按照下述工艺步骤于IOOkg攀西地区富钒 原料中加入如下重量配比的辅助材料
金属铝42kg、辅助还原剂0. meg、钙质冶金辅料1. 1kg、惰性物21kg、钙-钠系处理剂
lkg；
富钒原料主要成分为五氧化二钒，五氧化二钒的质量百分比为99%。辅助还原剂为硅钙合金，硅钙合金为粉状，其中硅和钙总量占硅钙合金的为55%， 硅和钙为3比1。钙质冶金辅料为氧化钙和氟化钙，氟化钙加入量为钙质冶金辅料的量的3%，其余 为氧化钙。惰性物为冶炼渣，冶炼渣中氧化钙含量为88%。钙-钠系处理剂为碳酸钠、氧化钙和氟化钙的混合物，碳酸钠的量为钙-钠系处理 剂的1%，氟化钙的量为钙-钠系处理剂的2%，其余为氧化钙。缓凝剂为石灰，石灰中氧化钙的质量百分比为92%。具体工艺步骤如下
按上述重量配比称取原料及各种辅助材料，将上述所有材料送入混料设备充分搅拌至 均勻，混合均勻后放入经过预热至220°C的反应装置内，进行点火，反应结束后加入45kg缓 凝剂，冷却^h，最后分离冶炼渣和钒，经检验、精整、包装后入库。实施例5一种以攀西钒原料冶炼制取金属钒的方法，按照下述工艺步骤于IOOkg攀西地区富钒 原料中加入如下重量配比的辅助材料
金属铝48kg、辅助还原剂0. 6kg、钙质冶金辅料1. 4kg、惰性物19kg、钙-钠系处理剂 1. 6kg ；
富钒原料主要成分为五氧化二钒，五氧化二钒的质量百分比为99. 8%。辅助还原剂为硅钙合金，硅钙合金为粉状，其中硅和钙总量占硅钙合金的为78%， 硅和钙为3比1。钙质冶金辅料为氧化钙和氟化钙，氟化钙加入量为钙质冶金辅料的量的7%，其余 为氧化钙。惰性物为石灰，石灰中氧化钙含量为96%。钙-钠系处理剂为碳酸钠、氧化钙和氟化钙的混合物，碳酸钠的量为钙-钠系处理 剂的2%，氟化钙的量为钙-钠系处理剂的4%，其余为氧化钙。缓凝剂为石灰，石灰中氧化钙的质量百分比为96%。具体工艺步骤如下
按上述重量配比称取原料及各种辅助材料，将上述所有材料送入混料设备充分搅拌至 均勻，混合均勻后放入经过预热至^(TC的反应装置内，进行点火，反应结束后加入35 kg 缓凝剂，冷却65h，最后分离冶炼渣和钒，经检验、精整、包装后入库。本申请所述的富钒原料为富含V2O5的钒原料，其中V2O5质量百分比含量大于等于 99%，是由钒钛磁铁矿冶炼而成。本方法所涉及的各设备均为现有设备。
权利要求
1.一种以攀西钒原料冶炼制取金属钒的方法，其特征在于按照下述工艺步骤于IOOkg 攀西地区富钒原料中加入如下重量配比的辅助材料金属铝40kg 50kg、辅助还原剂0. 5kg 1. 0kg、钙质冶金辅料Ikg 1. 5kg、惰性物 18kg 22kg、钙-钠系处理剂0. 5kg 2. Okg ；所述富钒原料主要成分为五氧化二钒；所述辅助还原剂为硅钙合金；所述钙质冶金辅料为氧化钙和氟化钙；所述惰性物为冶炼渣、石灰或冷却剂；所述钙-钠系处理剂为碳酸钠、氧化钙和氟化钙的混合物；具体工艺步骤如下按上述重量配比称取原料及各种辅助材料，将上述所有材料送入混料设备充分搅拌至 均勻，混合均勻后放入经过预热至200°C 300°C的反应装置内，进行点火，反应结束后加入 30^50 kg缓凝剂，冷却48 72h，最后分离冶炼渣和钒，经检验、精整、包装后入库。
2.根据权利要求1所述的一种以攀西钒原料冶炼制取金属钒的方法，其特征在于所 述富钒原料中五氧化二钒的质量百分比不低于99%。
3.根据权利要求1所述的一种以攀西钒原料冶炼制取金属钒的方法，其特征在于所 述硅钙合金为粉状，其中硅和钙总量占硅钙合金的不低于50%，硅和钙为任意比例。
4.根据权利要求1所述的一种以攀西钒原料冶炼制取金属钒的方法，其特征在于所 述钙质冶金辅料中氟化钙加入量不高于钙质冶金辅料的量的10%，其余为氧化钙。
5.根据权利要求1所述的一种以攀西钒原料冶炼制取金属钒的方法，其特征在于所 述惰性物中冶炼渣或石灰中氧化钙含量不低于85%。
6.根据权利要求1所述的一种以攀西钒原料冶炼制取金属钒的方法，其特征在于所 述钙-钠系处理剂中碳酸钠的量不高于钙-钠系处理剂的3%，氟化钙的量不高于钙-钠系 处理剂的5%，其余为氧化钙。
7.根据权利要求1所述的一种以攀西钒原料冶炼制取金属钒的方法，其特征在于所 述缓凝剂为石灰，石灰中氧化钙的质量百分比不低于80%。
全文摘要
本发明涉及一种金属钒的冶炼制取方法，具体而言，涉及一种以攀西钒原料冶炼制取金属钒的方法，将金属铝、辅助还原剂、钙质冶金辅料、惰性物、钙-钠系处理剂送入混料设备充分搅拌至均匀，混合均匀后放入经过预热至200℃~300℃的反应装置内，进行点火，反应结束后加入30~50kg缓凝剂，冷却48～72h，最后分离冶炼渣和钒。本发明的优点为本发明原料来源确定，生产的金属钒品位高，可达92%~95%，杂质含量低，有效降低了可能带入杂质对钢种产生的危害，对钢铁生产合金化有积极的促进意义。直接生产钒，改变了现有铝热还原先生成铝钒合金、再进行真空脱铝的生产工序，避免使用真空设备脱铝，降低了生产要求，节约了成本。
文档编号C22B5/04GK102146524SQ201110130288
公开日2011年8月10日 申请日期2011年5月19日 优先权日2011年5月19日
发明者何源, 何金勇, 宋国菊, 文光兴, 蒲芝明 申请人:攀枝花市银江金勇工贸有限责任公司