0 前言

攀枝花钢铁(集团)公司西昌分公司V₂O₅分厂是利用国家“七五”重点科研项目—攀枝花钒钛磁铁矿钢铁冶炼新流程的试验设施改建而成。该厂生产线积极采用新技术, 结合了国内外V₂O₅生产厂家的经验和西昌分公司的实际情况, 并在某些方面还有所创新。该工程的最大特点是在浸出方式上选择了国际上最先进的间歇式浸出, 克服了连续式浸出设备复杂、庞大、故障多、投资大的缺点^〔1〕, 给浸出操作带来方便。但是, 由于该工艺的一些特殊性, 如对焙烧熟料粒度、组织结构和浸出介质等要求较高^〔1〕, 使该工段在进入生产时出现了物料结块、浸出时间长和浸出率低的现象, 严重制约了V₂O₅的正常生产。针对这个问题, 进行了大量的研究和试验, 取得了比较好的效果。

1 浸出工艺流程

浸出工艺流程见图 1。

2 试生产情况

混合料配比为:精渣:尾渣:碱:盐=100: 83:25:5, 然后经过焙烧, 熟料冷却后送至浸出工段, 用热水(80~90℃)喷淋后, 在槽车上开真空进行浸出, 在洗料中发现, 槽车过滤困难, 洗涤时间长, 浸出时间平均长达19h, 且浸出率极低(72.30%), 严重制约了生产。

尾渣倒入渣场后发现, 料层中出现了大小不同且不规则的结块, 且块状物发热发烫。尾渣分析结果如下。

(1) 在槽车不同部位取未结块物料分析结果见表 1。表中T_v指全钒百分含量, S_v指可溶钒百分含量, (下同)。

(2) 在槽车中取块状物料分析结果:T_v为8.32%、S_v为7.56%。

从分析结果可以看出:①浸出率低, 主要是块状物中可溶钒太高。②浸出时间长, 是因为料层中物料结块, 阻碍了水层的通过。

3 物料结块原因分析

熟料在正常浸出时见水结块, 其原因认为:混合料中配碱过高, 在焙烧时生成了含碱的硅酸盐且硅酸盐熔化所致, 物料在水浸中形成了胶状悬浮物和凝胶, 难以过滤。

悬浮物的主要成分有:V₂O₅、SiO₂、Cr₂O₃、MnO、CaO、MgO、Al₂O₃、Fe₂O₃。过滤后的残渣用显微镜确定, 这些悬浮物是细小分散的并含有水分的残渣。水浸液进行浓缩后用X射线图谱法确定, 含有NaVO₃、Na₈V₂₄O₆₃、FeVO₄, 也可能有硅酸盐。因此, 水溶液中的悬浮物是细小分散的含水残渣, 过滤时颗粒沉降下来, 溶液中的钒酸盐不沉淀, 浸出时在残渣表面形成薄膜, 并结成块状物, 难以过滤, 这也是块状物中全钒和可溶钒都很高的原因。

块状物发热发烫, 主要是由于混合料配碱过高, 焙烧后熟料中仍有部分余碱, 碱溶于水散发溶解热所致^〔2〕。另外, 在焙烧过程中碱分解生成Na₂O, Na₂O溶于水也会发热。

4 浸出试验

钒渣熟料在浸出时结块是导致浸出率低及浸出时间长的最根本原因。因而, 研究的目的是为了防止熟料在浸出时结块。这样, 浸出试验就从以下3个方面考虑:一是既不改变熟料性质也不改变浸出方式; 二是不改变熟料的性质而改变浸出方式; 三是改变熟料性质不改变浸出方式。从而, 选择一种最佳途径达到提高浸出率及缩短浸出时间的目的。

4.1 试验装置

浸出试验装置见图 2。

该装置是利用直径为200mm、长度为850mm的无缝钢管仿制槽车, 在管中下部焊扁钢垫滤布分隔成料层和真空室。

4.2 不改变熟料性质也不改变浸出方式

试验1为不改变熟料性质也不改变浸出方式试验。

工艺条件:在试验装置中加入250mm厚的熟料, 再加入85℃的热水, 加满为止, 浸泡10min, 水层下降20mm, 并在上层液中有絮凝状悬浮物, 再浸泡15min, 上层液下降10mm, 开始抽滤, 15min后, 上层液总下降140mm, 再抽15min, 上层液总下降142mm, 再抽30min, 上层液几乎没有下降, 停止抽滤。

试验结果:从装置中倒出物料, 发现靠近上层液部分物料已结块, 块状物发热发烫, 靠近真空室部分物料无水, 说明块状物阻碍了浸出。

因该试验过滤困难, 未取样分析。

4.3 不改变熟料性质而改变浸出方式

(1) 试验2为不改变熟料性质而改变浸出方式试验。

工艺条件:在试验装置上方先布上50mm厚的熟料, 再加入约3g/L的低浓度钒溶液(按液固比3:1加入)。再缓慢加入200mm厚的熟料, 以防熟料结块, 浸泡10min后开始抽滤, 10min抽干; 再在装置中加满85℃的热水, 9min抽干, 再连续加水3次, 透水性很好。整个浸出时间为57min。

试验结果:试验分析结果见表 2。由表 2可知, 浸出时物料没有发生结块现象, 透水性很好, 浸出率也较高, 浸出时间短, 尾渣可溶钒较低。

(2) 试验3仍为不改变熟料性质而改变浸出方式试验。

工艺条件:在试验装置上方布上250mm厚的熟料, 然后在上方加入冷水, 边加冷水边搅拌, 直到加满为止, 然后开始抽滤, 14min抽干; 再加满85℃的热水, 12min抽干, 连续加水5次, 共耗去时间65min。

试验结果:浸出物料没有发生结块现象, 透水性较好, 浸出率高, 浸出时间短, 尾渣可溶钒也较低(见表 3)

4.4 改变熟料性质而不改变浸出方式

试验4为改变熟料性质而不改变浸出方式试验。

工艺条件:①焙烧前原料配比为:精渣:尾渣:碱:盐=100:83:17:5。②在试验装置内加入250mm厚的熟料, 再加满85℃的热水, 浸泡10min后, 上层液总下降70mm, 且液体清澈透明, 无悬浮物; 再浸泡15min, 上层液总下降110mm, 开始抽滤, 10min即抽干; 再加水洗涤4次, 总耗去时间55min。

试验结果:物料未结块, 透水性很好, 浸出率很高, 浸出时间短, 尾渣可溶钒很低, 并且通过验证, 重现性很好(见表 4)。

5 结论

(1) 从上述试验可以看出, 既不改变熟料性质, 也不改变浸出方式, 浸出结块无法消除。

(2) 在不改变熟料性质而改变浸出方式情况下, 试验2和试验3都取得了理想的结果, 物料不再结块, 浸出率得到提高, 浸出时间大大缩短, 相比这下, 试验2效果更好一些。

(3) 改变熟料性质(降低碱比)而不改变浸出方式, 效果最佳, 物料没有结块, 浸出时间进一步缩短, 浸出率提高幅度更大(96.75%)

(4) 鉴于试验2、试验3在生产应用上操作困难, 效果不如试验4。因此, 在生产中推广改变熟料性质、降低碱比, 以达到提高浸出率、缩短浸出时间的目的。