左 恒，汪 虎，范建斌

（1.陜西五洲釩金屬材料科技有限公司，陜西 西安 710000；2.陜西五洲礦業(yè)股份有限公司，陜西 商洛 726000）

釩在地殼中的總含量排在金屬的第22位，比銅、鉛的含量多，預(yù)估為0.02%～0.03%，按照目前用量，可被人類(lèi)使用幾個(gè)世紀(jì)。澳大利亞、美國(guó)、俄羅斯、南非和中國(guó)是世界上的主要釩資源國(guó)和生產(chǎn)國(guó)。釩因具有許多特殊的性能而成為重要的戰(zhàn)略金屬[1]。釩的應(yīng)用特別廣泛，主要應(yīng)用于：

鋼鐵工業(yè)：釩是主要的鋼材添加劑。釩加入鋼中，可以顯著地提高鋼的強(qiáng)度和韌度。釩主要用于制造合金鋼和工具鋼。如結(jié)構(gòu)鋼、橋梁鋼、軌道鋼、高壓容器和管道以及油井氣井鉆探用鋼。

航空航天工業(yè)：釩在有色金屬領(lǐng)域的重要應(yīng)用是用于制造航空航天工業(yè)用的鈦基合金[2]。

玻璃與陶瓷工業(yè)五氧化二釩和釩化合物主要用于玻璃與陶瓷工業(yè)的著色劑、硫酸和石油化工生產(chǎn)用的催化劑。在我國(guó)85%的釩用于鋼鐵工業(yè)中，而鋼鐵行業(yè)中使用的釩主要是釩鐵，所以我們對(duì)釩鐵生產(chǎn)工藝的研究具有重大的現(xiàn)實(shí)意義和經(jīng)濟(jì)效益。

1 釩鐵冶煉方法

鋁熱法生產(chǎn)FeV80產(chǎn)品，主要使用鋁粉作還原劑，在堿性爐襯的爐筒中，采用下部點(diǎn)火法冶煉。先把小部分混合爐料裝入反應(yīng)器中，即行點(diǎn)火。反應(yīng)開(kāi)始后再陸續(xù)投加其余爐料。通常用于冶煉高釩鐵（含釩60%～80%），回收率較電硅熱法略低，約90%～95%。

用鋁熱法生產(chǎn)FeV80的原理是以鋁作為還原劑[3]，還原五氧化二釩，同時(shí)補(bǔ)充適量的鐵和熔劑，利用化學(xué)反應(yīng)熱熔化物料，使釩和鐵固溶結(jié)合形成釩鐵合金，在試驗(yàn)中加入石灰主要是造渣，增加爐渣的流動(dòng)性，便于鐵渣分離，但其用量要合適，否則將降低釩的回收率。

公司FeV80的生產(chǎn)工藝還存在一些問(wèn)題，產(chǎn)品質(zhì)量不高，為此組織專(zhuān)業(yè)人員對(duì)FeV80的生產(chǎn)工藝進(jìn)行攻關(guān)性試驗(yàn)。通過(guò)分析上述釩鐵的冶煉方法并結(jié)合公司實(shí)際情況，采用上部點(diǎn)火法的鋁熱法生產(chǎn)FeV80，因?yàn)樵摲椒ň哂泄に嚵鞒潭獭a(chǎn)品質(zhì)量高、雜質(zhì)含量低、回收率較高、可生產(chǎn)高品位釩鐵等優(yōu)點(diǎn)，并且生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單實(shí)用、適合大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)，并且經(jīng)濟(jì)效益良好。

2 試驗(yàn)過(guò)程

該試驗(yàn)的目的主要是控制產(chǎn)品中硅、磷、鋁的含量使產(chǎn)品合格率達(dá)95%以上；提高釩的回收率，使釩綜合回收率達(dá)95%以上；消除夾渣、減少?lài)姙R、找出合理的工藝參數(shù)；總結(jié)影響FeV80生產(chǎn)的各種因素。為了達(dá)到以上目的我們具體進(jìn)行了如下工作。

試驗(yàn)所需原料及工藝流程如下。

2.1 試驗(yàn)原輔材料

（1）五氧化二釩：符合GB3283-2004標(biāo)準(zhǔn)的V205 98牌號(hào)。粒度：55mm×55mm×5mm。

（2）鋁粒：w（Al）>99.2%，w（Fe）<0.13%，w（C）<0.005%，w（Si）<0.1%，w（P）<0.05%，w（S）<0.0016%.粒度：10mm～15mm。

（3）石灰：w（CaO）≥85%，w（MgO）<5%，w（SiO2）≤3.5%，w（S）≤0.15%，w（P）≤0.03%。

（4）鐵屑：含w（C）<0.40%，粒度小于15mm。

（5）返回渣：即鋁熱法生產(chǎn)得到的爐渣（剛玉渣），粒度：5mm～10mm。

（6）鐵鱗：含F(xiàn)e>65%，粒度小于3mm。

（7）鎂砂：Mg0≥88%，SiO2<4%，粒度小于3mm。

2.2 試驗(yàn)設(shè)備

在本實(shí)驗(yàn)中，原輔材料的攪拌采用小型混料機(jī)，化學(xué)反應(yīng)采用筒式爐生產(chǎn)。工藝流程見(jiàn)圖1。

圖1 鋁熱法冶煉FeV80工藝流程圖

2.3 尋找最佳鋁輔料

由鋁熱法的生產(chǎn)原理可知鋁在生產(chǎn)FeV80中是很重要的因素[4]，因?yàn)殇X輔料的粒度、形狀、純度等都會(huì)直接影響反應(yīng)效果，所以首先通過(guò)試驗(yàn)我們要確定最佳的鋁輔料。

2.4 試驗(yàn)過(guò)程

首先將鋁粒、鐵屑、鐵鱗、石灰、鎂砂進(jìn)行烘干，選擇干燥、潔凈的V205，將各種物料按照配料單精確稱(chēng)量，然后加入混料機(jī)中攪拌10分鐘，使物料充分混合均勻后并加入筒式爐內(nèi)，采用上部點(diǎn)火法進(jìn)行點(diǎn)火，反應(yīng)完放置10～15小時(shí)后拆爐，將渣和釩鐵分開(kāi)放置，然后精整、破碎，分別進(jìn)行計(jì)量分析。針對(duì)每個(gè)方配方，試驗(yàn)不低于三爐，根據(jù)產(chǎn)品化驗(yàn)結(jié)果和產(chǎn)品重量調(diào)整配方，直到達(dá)到最佳為止，找出最佳配方后再進(jìn)行重復(fù)實(shí)驗(yàn)三爐，以檢查其復(fù)現(xiàn)性和穩(wěn)定性，同時(shí)采集了第一手的可靠試驗(yàn)數(shù)據(jù)，其配料和試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1、表2和表3。

表1 試驗(yàn)爐料配比

表2 FeV80化學(xué)成分（%）

表3 爐渣化學(xué)成分（%）

3 試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

通過(guò)分析上表1、表2、表3的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，我們找出了影響試驗(yàn)結(jié)果的主要因素有：

3.1 單位爐料發(fā)熱量的影響

鋁熱法生產(chǎn)FeV80，主要是通過(guò)化學(xué)反應(yīng)熱實(shí)現(xiàn)還原和熔化，化學(xué)反應(yīng)熱量太大，造成反應(yīng)劇烈，物料噴濺嚴(yán)重，而且不利于安全生產(chǎn)；化學(xué)反應(yīng)熱量太小，則造成物料熔化困難，還反應(yīng)不充分，渣中夾鐵較多，回收率偏低，故合適的發(fā)熱量（物料配比）是鋁熱法生產(chǎn)FeV80成功的前提。

3.2 還原劑鋁粒配入量影響

配鋁量對(duì)FeV80的影響較大，當(dāng)配鋁量較小時(shí)，反應(yīng)不充分，發(fā)熱量較低；當(dāng)配鋁量較大時(shí)，發(fā)熱量增大，釩的回收率較高，但釩鐵中鋁含量增大，影響釩鐵質(zhì)量。

3.3 石灰加入量的影響

在釩鐵生產(chǎn)中加入石灰，有利于還原反應(yīng)的進(jìn)行，有利于渣的流動(dòng)，同時(shí)石灰還是反應(yīng)的冷卻調(diào)節(jié)劑，石灰的用量要適當(dāng)。石灰加多了，爐渣的粘度太大，不利于渣鐵分離，石灰加少了，不利于還原，回收率降低，因此石灰的加入量一定要適當(dāng)。

此外，鋁熱法生產(chǎn)還與物料的粒度、質(zhì)量以及發(fā)熱沉降劑的加入量有關(guān)。

4 結(jié)論

本試驗(yàn)采用了上部點(diǎn)火法的電鋁熱法生產(chǎn)FeV80，通過(guò)試驗(yàn)得出以下結(jié)論：

（1）在上述試驗(yàn)條件下，用鋁熱法生產(chǎn)FeV80在工藝技術(shù)上是可行的，可以生產(chǎn)出合格的產(chǎn)品，產(chǎn)品平均回收率可以達(dá)到92.16%，回收率還不夠完美，未達(dá)到95%目標(biāo)，這需繼續(xù)改進(jìn)試驗(yàn)方法。

（2）釩鐵的質(zhì)量主要取決于合金中鋁含量，而鋁含量則主要取決于配鋁量；釩鐵中釩的回收率主要取決于爐料的單位發(fā)熱量。一般來(lái)講，配鋁量為99%～102%，單位發(fā)熱量為3300KJ/kg～3500KJ/kg。

（3）采用鋁熱法生產(chǎn)FeV80合金，與電硅法相比，生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，成本較低，但釩的回收率較低，在實(shí)際生產(chǎn)中要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行選用。

（4）影響FeV80生產(chǎn)的各種因素：鋁粒的純度、大小和形狀；鋁粒的含量直接影響到反應(yīng)的速度和產(chǎn)品質(zhì)量，其大小和形狀對(duì)反應(yīng)也有響應(yīng)；石灰的粒度和含量影響程度同鋁；其他輔料的粒度和含量也對(duì)反應(yīng)存在一定的影響；各種物料的干燥程度，這是一個(gè)非常重要的因素，對(duì)反應(yīng)的安全很重要；物料的混勻程度，它影響反應(yīng)的充分性；料型，它同樣影響反應(yīng)分性；拆爐，拆爐時(shí)間掌握不好將影響反應(yīng)充分性，還存在安全隱患；天氣，不同的天氣對(duì)反應(yīng)存在一定的影響；鋪爐，鋪爐的好壞直接影響到沉鐵的效果。