» » Общая схема процесса извлечения ванадия из железорудного сырья
04.02.2015

Практикуемая за рубежом технология извлечения ванадия из патронитовых, деклуазитовых, ванадинитовых, роскоэлитовых и карнотитовых концентратов не сложна. Концентраты подвергаются окислительному обжигу в смеси с поваренной солью. Назначение обжига — образование ванадата натрия, представляющего собой воднорастворимую соль ванадиевой кислоты (NaVO3). Для повышения степени извлечения ванадия из обожженной шихты шламы после водного выщелачивания обрабатываются слабыми сернокислыми растворами. После смешивания водной и кислотной вытяжек из них при нагревании высаживают техническую пятнокись ванадия, содержащую от 80 до 90% V2O5. Феррованадий получают из этого продукта алюминотермическим методом, а шлаки алюминотермического процecca используют для выплавки в электропечах более дешевых сортов феррованадия с применением в качестве восстановителя ферросилиция и кокса.
Для получения чистой пятиокиси ванадия продукт первичного осаждения снова переводят в раствор, из которого после добавки к нему хлористого аммония осаждается белый кристаллический порошок метаванадата аммония NH4VO3, обладающий высокой степенью чистоты. Путем прокаливания в окислительной атмосфере из него можно получить пятиокись ванадия, практически свободную от аммиака и кристаллизационной воды. Этот продукт используется в химической промышленности, а также служит исходным материалом для получения ковкого ванадия.
Технология, применяемая в России, значительно сложнее, вследствие использования для извлечения ванадия железных руд, концентраты которых содержат лишь десятые доли процента ванадия. Выше отмечалось, что при использовании подобного сырья, технология извлечения ванадия может быть экономически целесообразной лишь при условии увязки ее с обшей металлургической схемой передела руд. Принятая в России технология построена с учетом этого требования. Применительно к титано-магнетитовым рудам Кусинского месторождения она предусматривает доменную плавку на агломерированном магнетитовом концентрате, с добавкой сырой руды Первоуральского месторождения. В процессе доменной плавки трехвалентный ванадий восстанавливается и переходит в чугун. Ванадистые чугуны Чусовского металлургического завода содержат: 0,30—0,45% Si, 0,20—0,40% Mn, 0,50-0.60% Cr, 0,10—0,15% Ti, 0,08—0,11% Р, 0,035—0,045% S, 0,50—0,55% V. Извлечение ванадия из рудной части шихты в чугун составляет 70—75%. Чугуны подвергаются затем продувке в конвертерах, в процессе которой титан, кремний, марганец, хром и ванадий окисляются, переходя в шлак. Этот шлак, содержащий 8—8,5% V (14—15% V2O5 согласно принятому на Чусовском заводе методу выражения концентрации ванадия в шлаках), подвергается затем химической переработке на техническую пятиокись ванадия, аналогично описанной выше для ванадиевых концентратов. Извлечение ванадия из чугуна в конвертерные шлаки составляет около 90%, а из конвертерных шлаков в пятиокись ванадия 80—85%. Металл, освобожденный в конвертерах от шлакообразующих примесей и содержащий вследствие низкой температуры продувки окаю 3% С, используется в качестве полупродукта для выплавки стали в мартеновских печах.
Техническая пятиокись ванадия является исходным материалом для выплавки феррованадия. Высокое значение коэффициента извлечения ванадия из пятиокиси в сплав, близкое к 98%, достигается использованием силикотермического метода восстановления окислов ванадия в дуговых электропечах с обработкой шлака гранулированным алюминием.
С целью получения продукта высокой степени чистоты часть технической пятиокиси ванадия подвергается дополнительной очистке метолом, аналогичным описанному выше.
Таким образом, необходимость использования ванадиевых шлаков взамен концентратов природных руд определяет основное отличие технологии, осуществляемой в России от зарубежной.
Накопленный в России многолетний опыт показываемого наиболее важным участком технологической схемы является процесс получения ванадиевых шлаков. Себестоимость единицы ванадия в шлаках отражает степень увязки процессов извлечения ванадия с общей металлургической схемой передела руд и предопределяет цены на конечные ванадиевые продукты. Качество ванадиевых шлаков существенно влияет на технико-экономические показатели последующих процессов.
При решении вопроса о том, какой из возможных методов получения ванадиевых шлаков заслуживает наибольшего внимания следует исходить из того, что значение коэффициента распределения ванадия между шлаком и металлом (%V) шл./(%V)мет. обнаруживает четко выраженную зависимость от вязкости образующихся в процессе окисления шлаков. Для жидких шлаков значение этого коэффициента не превышает 100; для шлаков, которые образуются в высоковязком или даже твердом состоянии, оно при известных условиях может быть доведено до 1000 и выше.
Общая схема процесса извлечения ванадия из железорудного сырья

Как видно из рис. 15, коэффициент распределения ванадия между шлаком и металлом в случае жидких шлаков зависит от их окислительной способности. В случаях же образования ванадиевых шлаков в высоковязком и твердом состоянии реакция окисления ванадия становится практически необратимой, и значение коэффициента распределения от окислительной способности шлаков не зависит.
Учитывая эту специфику, следует признать, что оптимальными методами получения ванадиевых шлаков являются методы продувки. Процессы продувки легче других обеспечивают возможность получения ванадиевых шлаков в высоковязком тестообразном состоянии, позволяя таким образом осуществлять реакцию окисления ванадия в максимально необратимых условиях.