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第五章钒材料制备原理及主要工艺5.1 钒渣5.1.1 钒渣的生产原理世界上钒铁磁铁矿冶炼，主要是用回转窑-电炉或用高炉，冶炼出含钒铁水。
含钒铁水提钒的主要任务有三：一是把含钒铁水吹炼成高含碳量的满足下一步炼钢的要求的半钢；二是最大限度地把铁水中的钒氧化进入钒渣；三是通过提钒得到适合于下一步提取V 2O 5要求的钒渣。
5.1.1.1铁水提钒过程的主要反应 铁水中元素氧化的T G -∆ϑ图吹钒过程是氧气流与金属熔体表面相互作用的过程，铁水中铁、钒、碳、硅、锰、钛、磷、硫等元素的氧化反应过程，这些元素的氧化反应进行的速度取决于铁水本身的化学成分、吹钒时的热力学和动力学条件。
气-液相间的氧化反应可用通式表示为：m/n[Me]+1/2{O 2}=1/n(Me m O n )式中 [Me]─为铁水中的组元； {O 2}─为气相中的氧气；(Me m O n )─为炉渣中的氧化物或气体氧化物； m 、n ─为化学反应的平衡系数。
反应能力的大小取决于铁水组分与氧的化学亲合力，通常称之为标准生成自由能ϑG ∆。
ϑG ∆值越负，氧化反应越容易进行。
许多资料提供了氧化物的标准生成自由能ϑG ∆与温度的方程式。
表5-1和表5-2中列出了一些元素反应的标准生成自由能和某些元素在铁液中的标准溶解自由能ϑ∆G -T 的关系式ϑG ∆=A+BT 中的A 、B 数值。
表5-1 某些反应的ϑG ∆=A+BT 关系式表5-2 某些元素在铁液中的标准溶解自由能(ϑG ∆=A+BT)注：以1%溶液为标准态，γ°I 为活度系数。
图5-1示出了铁水中各元素与氧生成氧化物的标准生成自由能ϑG ∆与温度T 的关系曲线。
图5-1 铁水中元素氧化的ϑG ∆-T图由图5-1可见，在铁水中各元素原始活度相等和不存在动力学困难的情况下，各元素氧化的情况。
钛的氧化优先，硅和钒的氧化较慢。
同时，从图中还可以求出标准状态下铁水中某元素与碳的氧化顺序交换的温度──选择性氧化的转化温度T 转 (P CO =0.1MPa 下被固体碳还原的初始温度)。
钒的工艺流程钒是一种重要的金属元素，常用于制备合金和催化剂等领域。
以下是钒的工艺流程的详细介绍：1. 钒矿的选矿处理：钒矿通常来自于钒矿石，如石钒合金矿、钒钛铁矿等。
首先需要对钒矿进行选矿处理，通过物理和化学方法将其中的杂质去除，使得钒的含量达到一定的标准。
2. 钛钒磨合布：将选矿后得到的钒矿进行磨合，与钛矿混合在一起。
这一步骤的目的是将钒与其它金属元素（如钛）进行分离，得到含有较高钒含量的矿石。
3. 钛钒磨矾法：将经过磨合后的钒钛矿与石碱进行熔炼反应，生成氧化物结晶。
然后对结晶进行分离、干燥等处理，得到锥钒矿。
4. 锥钒焙烧：将锥钒矿进行焙烧处理，通过控制焙烧温度和时间，使得含氧化钒的矿石中的氧化物得到还原，产生金属钒。
5. 钒的精炼：经过焙烧得到的金属钒通常还含有杂质元素，需要进行进一步的精炼处理。
常用的方法有火法精炼和湿法精炼。
- 火法精炼：通过将钒与其他金属元素进行氧化、还原、蒸馏等步骤，使得杂质被除去，得到纯度较高的钒。
- 湿法精炼：将含有钒的溶液通过电解、溶剂萃取等方式进行处理，去除其中的杂质，得到纯净的钒。
6. 钒的制备：将精炼得到的钒与其他金属元素进行合金化处理，制备出相应的钒合金。
钒合金常用于钢铁冶金、航天航空等领域。
7. 废渣处理：在钒的生产过程中，会产生大量的废渣和废水。
这些废渣和废水需要经过处理，以确保环境污染的最小化。
一般会采用化学处理、沉淀、过滤等方式处理废渣和废水。
综上所述，钒的工艺流程主要包括钒矿的选矿处理、钛钒磨合布、钛钒磨矾法、锥钒焙烧、钒的精炼、钒的制备以及废渣处理等步骤。
通过这些步骤，能够将含有钒的矿石处理成为纯净的钒或钒合金，以满足不同领域的需求。
同时，在整个工艺流程中，也需要关注环境保护，合理处理废渣和废水，减少对环境的影响。
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钒及钒生产工艺The final revision was on November 23, 2020钒及钒生产工艺第一章钒的性质及应用一、钒的性质：钒是一种十分重要的战略物资，在钢铁、电子、化工、宇航、原子能、航海、建筑、体育、医疗、电源、陶瓷等在国民经济和国防中占有十分重要的位置。
常温下钒的化学性质较稳定，但在高温下能与碳、硅、氮、氧、硫、氯、溴等大部分非金属元素生成化合物。
例如：钒在空气中加热至不同温度时可生成不同的钒氧化物。
在180℃下，钒与氯作用生成四氯化钒（VCl4）；当温度超过800℃时，钒与氮反应生成氮化钒（VN）；在800～1000℃时，钒与碳生成碳化钒（VC）。
钒具有较好的耐腐蚀性能，能耐淡水和海水的侵蚀，亦能耐氢氟酸以外的非氧化性酸（如盐酸、稀硫酸）和碱溶液的侵蚀，但能被氧化性酸（浓硫酸、浓氯酸、硝酸和王水）溶解。
在空气中，熔融的碱、碱金属碳酸盐可将金属钒溶解而生成相应的钒酸盐。
此外，钒亦具有一定的耐液态金属和合金（钠、铅、铋等）的腐蚀能力。
钒有多种氧化物。
V2O3和V2O4之间，存在着可用通式V n O2n-(3≤n≤9)表示的同族氧化物，在V2O4到V2O5之间，已知有V3O5、1V3O7、V4O7、V4O9、V5O9、V6O11、V6O13等氧化物。
工业上钒氧化物主要是以V2O5、V2O4和V2O3形式存在，特别是V2O5和生产尤为重要。
它们的主要性质列于下表：二、钒的应用三、五氧化二钒的性质V2O5是一种无味、无嗅、有毒的橙黄色或红棕色的粉末，微溶于水（质量浓度约为L），溶液呈黄色。
它在约670℃熔融，冷却时结晶成黑紫色正交晶系的针状晶体，它的结晶热很大，当迅速结晶时会因灼热而发光。
V2O5是两性氧化物，但主要呈酸性。
当溶解在极浓的NaOH中时，得到一种含有八面体钒酸根离子VO43-的无色溶液。
它与Na2CO3一起共熔得到不同的可溶性钒酸钠。
第二章五氧化二钒生产工艺方法概述五氧化二钒生产工艺大致历经了70年，通过几代人的不断总结、探讨，已初步形成了不同的生产工艺模式。
提取金属钒的工艺流程是
提取金属钒的工艺流程通常包括以下步骤：
1. 原料处理：将含有钒的矿石经过破碎、磨矿、浸出等处理，得到含有钒的浸出液或浆料。
2. 溶液处理：将含有钒的浸出液或浆料进行澄清、过滤等处理，去除杂质。
3. 萃取：利用萃取剂向钒溶液中添加，并与钒形成络合物。
萃取剂通常是有机物，如酮、醇类。
经过振荡、搅拌等操作，钒络合物会被提取到有机相中。
4. 分离：将有机相和水相进行分离，得到富含钒的有机相。
5. 回收：将含有钒的有机相进行脱钒，通常通过加酸、氧化等方法使钒从有机相转移到水相中。
然后通过沉淀、过滤等操作得到含有钒的固体。
6. 精炼：将得到的含有钒的固体进行熔炼、电解等处理，去除杂质，得到纯度较高的金属钒。
7. 分析检测：对提取得到的金属钒进行分析检测，确定其纯度和质量。
需要注意的是，具体的金属钒提取工艺流程可能会根据矿石的不同、工艺技术的
不同而有所差异。
此外，金属钒的提取过程中还涉及到环保和安全的问题，需要符合相关的规范和要求。
钒及钒生产工艺第一章钒的性质及应用一、钒的性质：钒是一种十分重要的战略物资，在钢铁、电子、化工、宇航、原子能、航海、建筑、体育、医疗、电源、陶瓷等在国民经济和国防中占有十分重要的位置。
常温下钒的化学性质较稳定，但在高温下能与碳、硅、氮、氧、硫、氯、溴等大部分非金属元素生成化合物。
例如：钒在空气中加热至不同温度时可生成不同的钒氧化物。
在180℃下，钒与氯作用生成四氯化钒（VCl4）；当温度超过800℃时，钒与氮反应生成氮化钒（VN）；在800～1000℃时，钒与碳生成碳化钒（VC）。
钒具有较好的耐腐蚀性能，能耐淡水和海水的侵蚀，亦能耐氢氟酸以外的非氧化性酸（如盐酸、稀硫酸）和碱溶液的侵蚀，但能被氧化性酸（浓硫酸、浓氯酸、硝酸和王水）溶解。
在空气中，熔融的碱、碱金属碳酸盐可将金属钒溶解而生成相应的钒酸盐。
此外，钒亦具有一定的耐液态金属和合金（钠、铅、铋等）的腐蚀能力。
钒有多种氧化物。
V2O3和V2O4之间，存在着可用通式V n O2n-1(3≤n≤9)表示的同族氧化物，在V2O4到V2O5之间，已知有V3O5、V3O7、V4O7、V4O9、V5O9、V6O11、V6O13等氧化物。
工业上钒氧化物主要是以V2O5、V2O4和V2O3形式存在，特别是V2O5和生产尤为重要。
它们的主要性质列于下表：二、钒的应用三、五氧化二钒的性质V2O5是一种无味、无嗅、有毒的橙黄色或红棕色的粉末，微溶于水（质量浓度约为0.07g/L），溶液呈黄色。
它在约670℃熔融，冷却时结晶成黑紫色正交晶系的针状晶体，它的结晶热很大，当迅速结晶时会因灼热而发光。
V2O5是两性氧化物，但主要呈酸性。
当溶解在极浓的NaOH中时，得到一种含有八面体钒酸根离子VO43-的无色溶液。
它与Na2CO3一起共熔得到不同的可溶性钒酸钠。
第二章五氧化二钒生产工艺方法概述五氧化二钒生产工艺大致历经了70年，通过几代人的不断总结、探讨，已初步形成了不同的生产工艺模式。
一、五氧化二钒生产工艺方法：五氧化二钒生产按冶炼方法不同可分为火法与湿法冶金：1、火法冶金：将含钒钛磁铁矿经过火法冶金处理后得到含钒铁水，再从铁水氧化出钒渣，使钒得到富集后再使用。
此种方法称之为火法提钒。
钒钛磁铁矿冶炼含钒铁水的方法（1）高炉法：主要流程是用钒钛磁铁矿的烧结矿，在高炉中冶炼出含钒铁水，使用这种方法的有俄罗斯、中国。
（2）电炉法：先将钒钛磁铁矿预还原为金属化球团，再在电炉内冶炼出含钒铁水，使用这种方法的国家有南非、新西兰。
从含钒铁水中吹炼钒渣将含钒铁水在转炉（中国、俄罗斯）、摇包（南非）或铁水包（新西兰）内、通入氧化性气体（氧气、空气），使铁水中的钒氧化出来，得到钒渣。
钒渣作为提取五氧化二钒的原料。
火法提钒的工艺流程见图1所示。
此方法的优点：钒渣作为提取五氧化二钒原料含钒高，处理量少；可回收铁；焙烧温度低（800℃）左右，提取V2O5时动力、辅助原材料消耗少。
（火法主要是指钒渣以前，从钒渣以后至五氧化二钒生产所用仍然是湿法冶金）图1火法提钒工艺流程图2、湿法冶金：传统湿法提钒典型的工艺流程（以南非德兰士瓦合金公司为例）如图2所示。
首先把钒钛磁铁矿磨细（湿磨）,磨细后的矿粉与钠盐（硫酸钠）混合造球，球团直接送到链篦回转窑的链篦上，利用回转窑的余热烘干并加热至900℃，随后在回转窑内于1270℃左右停留60—110min，钒转化率可达到92%以上。
此方法的优点：原料处理简单；钒回收率高，从精矿→V2O5收率达80%以上。
此方法的缺点：处理物料量大，设备投资大；焙烧温度高（1200℃以上），动力及辅助原材料消耗大；不回收铁。
现代湿法冶金主要以传统的钠化焙烧提钒和石煤提钒为代表，目前攀钢、承钢所使用方法为钠化法提钒，河南、山西、陕西、甘肃等一些石煤厂采用石煤为原料。
云南华云钒业采用的是钠化提钒工艺。
图２湿法提钒工艺流程图二、湿法冶金生产五氧化二钒生产工艺简介：湿法冶金工艺生产五氧化二钒主要经历以下生产阶段：1、原料预处理；2、固液分离及溶液净化；3、钒溶液沉淀结晶；4、钒酸盐分解、干燥及熔炼。
工艺流程见图3五氧化二钒工艺流程图图3 五氧化二钒生产工艺流程图各操作单元原理及作用简介：1、原料预处理工序：原料预处理工序主要对钒渣以及含钒原料通过高温焙烧或酸、碱溶液浸出等方法处理，使其中的有价元素V完成晶型及结构价态转变，最终生成水溶性、碱溶性或酸溶性的钒盐或钒酸盐。
典型的方法有：（1）钠化焙烧提钒：钒渣（或钒矿）磨细和选去所夹带的金属铁后，配入适当的钠盐附加剂，经过高温焙烧氧化、钠化反应，钒铁尖晶石等不溶性三价钒化合物氧化成五氧化二钒并与钠盐反应，生成可熔性钒酸钠。
V2O5+Na2CO3→2NaVO3+CO2工业上这个过程一般在回转窑、多层焙烧炉及平窑等炉窑中完成，焙烧温度在800～900度。
（2）钙化焙烧提钒：钙化焙烧是将钒渣（或其它含钒原料）与石灰、石灰石混合，氧化焙烧，使钒生成钒酸钙，然后利用钒酸钙的酸溶性，用稀硫酸浸出，再经沉钒的工艺。
也可使用CO2与NaCO3在加温加压条件下浸出，使Ca（VO3）2生成CaCO3和NaVO3，目前只有俄罗斯有此工艺。
V2O5+CaO→Ca(VO3)2（3）碱浸工艺：碱浸工艺是钒原料（其中钒以五价形式存在）经粉碎后直接与强碱溶液混合，使其中的五氧化二钒与碱反应生成钒酸盐溶液。
V2O5+2NaOH→2NaVO3+H2O（4）酸浸氧化工艺：酸浸氧化工艺是将钒原料粉碎后与强酸混合，使其中的高价钒和低价与酸反应生成钒盐，再经进一步氧化生成五价钒。
2Fe(VO3)3+6H2SO4=Fe2(SO4)3+3(VO2)2SO4Ca(VO3)2+2H2SO4=CaSO4+(VO2)2SO4Mn(VO3)2+2H2SO4=MnSO4+(VO2)2SO4Fe(VO3)2+H2SO4=FeSO4+(VO2)2SO4V2O5+10HCl→2VCl4+Cl2↑+5H2OV2O5+6HCl→2VOCl2+Cl2↑+3H2O2、钒溶液分离净化工序：分离净化工序是将预处理工序处理后的物料或溶液经水、酸浸出，固液分离后再对溶液净化处理，制得合格的含钒酸、碱溶液，为下道工序做准备。
（1）水浸提钒工艺A、间歇式浸出：采用槽车浸出，间断进料，循环富集，浸出合格后，排除弃渣，溶液送至后工序。
目前攀钢部份生产线、承钢、华云钒业、柱宇公司采用该方法。
B、连续浸出：采用带式过滤机，真空内滤机等浸出设备，浸出过程连续进行。
攀钢一部份、攀枝花米易兴辰、卓越钒钛、威钢、承德建龙集团柱宇公司一部采用此方式。
C、堆浸方式，采用浸出池堆浸。
陕西、山西、甘肃、贵州等一些小钒厂采用。
（2）碱浸提钒工艺采用Na2CO3或NaOH溶液做为浸出液，然后除硅净化。
此工艺只在特殊情况下应用，一般不采用。
（3）萃取或离子交换净化工艺采用稀硫酸或稀盐酸进行浸出，浸出后溶液采用P204、N235 等萃取剂萃取或采用717阴离子交换树脂等树脂对浸出液进行净化，再进行沉钒。
此工艺在石煤提钒工艺上应用较多。
（4）高压、常压碳酸盐浸出采用CO2气体及Na2CO3或NaOH在加温加压条件下进行浸出后，经除磷等净化过程后，再送后工序沉淀。
此工艺目前国内没有，只有前苏联曾尝试过此工艺。
3、沉淀分离工序：沉淀分离工序主要完成将净化后的钒溶液在碱性、酸性及碱性铵盐或酸性铵盐条件下制成固体的多钒酸钠、多钒酸铵、偏钒酸铵等产品，以为下一步制成五氧化二钒成品做准备。
（1）酸法水解沉淀工艺溶液加入稀硫酸，在PH=1-2条件直接沉淀V2O5，该方法由于Na2O与V2O5是以化合物形式存在，所以钠离子洗不出去，造成产品钠含量高，五氧化二钒品位不高，只能达到70-80%（2）酸法铵盐沉淀工艺钒溶液中加入稀硫酸，调整PH=1-2时，加入氯化铵或硫酸铵，加温沉淀，生成多钒酸铵，进一步分解生产五氧化二钒，此方法可生产98%以上的五氧化二钒。
目前，大型钒厂在条件允许的情况下一率采取该方法。
（3）碱法铵盐沉淀工艺用稀盐酸调整溶液PH=9-11，在常温下加入氯化铵，生成偏钒酸铵沉淀，此法可生产98%以上五氧化二钒，小的钒厂或条件不允许的钒厂采取该方法。
4、分解熔炼工序：分解熔炼工序主要完成片状五氧化二钒和粉状五氧化二钒生产。
将多钒酸钠、多钒酸铵、偏钒酸铵等产品投入分解窑（炉）、熔炼炉内，经过脱水、脱氨以及熔炼制成片状或粉状五氧化二钒。
（1）片状五氧化二钒生产按熔化方式不同可分为：一步法熔化制片五氧化二钒将多钒酸铵或偏钒酸铵直接放入熔化炉中，在1000℃的条件下，脱水、脱氨、熔化一步完成，国内片状五氧化二钒生产几科完全采用该方法三步法熔化制片五氧化二钒多钒酸铵或偏钒酸铵先在干燥器中在小于200℃条件下脱水，再于回转炉内在500℃～600℃条件下脱氨、最后在电弧炉或电阻炉内在800℃条件下熔化制成片状五氧化二钒。
目前俄罗斯及中国试行的闪熔方法应属三步法熔化。
（2）粉状五氧化二钒生产：粉状五氧化二钒是将偏钒酸铵放入分解窑或电阻炉内在小于200℃条件下脱水，再在500℃～600℃分件下分解脱氨制成。
上述工序是当前五氧化二钒生产工艺中主要采用的单元方法，由于原料不同，有一些国内外厂家也有采用冷冻法和分步结晶等方法进行提钒，但应用较少。
第三章钒渣钠化焙烧提取五氧化二钒生产工艺一、原料及原料标准：1钒渣：1.1本工艺使用钒渣为从钒铁水中提炼的钒渣1.2执行标准：中华人民共和国黑色冶金行业标准YB/T008—2006 《钒渣》1.3技术要求：（1）钒渣按五氧化二钒品位分为4个牌号，其化学成份符合表3-1 的规定（2）交货钒渣中的金属铁含量应不大于19%（3）钒渣以块状交货，其块度应不大于200mm。
需方对钒渣块度有特殊要求时，由供需双方商定。
1.4检验规则：（1）产品质量的检验和验收由供方技术监督部门进行。
（2）产品应按批交货，每批的批量应不大于60t。
（3）产品中的金属铁含量和水分含量应在计算产品基准量时予以扣除。
（4）产品检验结果不符合要求时，可取双样进行复检，复验结果如果仍然不符合要求，该批产品判为不合格品。
1.5钒渣结算计算方法（基准吨计价法）：（1）钒渣价格：以基准吨钒渣价格为计价标准（2）基准吨钒渣：指除水分、金属铁，V2O5含量为10%的钒渣。
（3）钒渣数量：以基准吨为数量计量单位。
（4）基准吨计算：钒渣基准吨＝钒渣自然吨重量×（1－H2O%）×(1－MFe%)×钒渣品位（%）÷ 10%（5）钒渣结算金额计算：钒渣结算金额＝钒渣基准吨价格×钒渣基准吨数量2纯碱：纯碱又名无水碳酸钠、苏打。
分子式：Na2CO3碳酸钠是强碱与弱酸生成的盐。
水溶液呈较强的碱性。
在工业生产的某些部门，可以代替烧碱起作用，加之产品纯度较高，因此，习惯上称之为“纯碱”。
