杜英豹
河北钢铁集团承德分公司钒钛事业部 河北省承德市 067000
摘要：近几年来，科研工作者们通过对钒渣钙化焙烧工艺中钒渣粒度、焙烧温度、混合料CaO/V2O5、焙烧时间等进行优化，以及对实际生产中出现的结圈现象和控制技术进行了研究，稳定了回转窑连续生产，提高了钒渣转化率。
关键词：钒渣；熟料；含钒残渣；可溶钒；
钠化提钒工艺中的浸出过滤工序主要由湿球磨水浸—带式过滤机过滤洗涤步骤组成，优点是高效、连续操作，脱水效果好，减少劳动强度，粉尘少。
一、研究方法
1.原料。浸出原料为钒渣钙化焙烧熟料经棒磨机研磨后精熟料，其主要物相为赤铁矿Fe2O3、硅酸钙Ca2SiO4、辉石相Ca（Fe，Mg）Si2O6、焦钒酸钙Ca2V2O7。钒渣经过钙化焙烧后，在酸性条件下可溶钒SV含量较高，转化率达到88．3%，但仍有部分钒不能溶出。
2.研究方法。钒渣钙化焙烧熟料经过棒磨机研磨磨细，称取一定量精钒渣备用。将含钒溶液或水加入浸出容器中，溶液体积达到要求后，将精熟料放入浸出反应器，同时加入配制好的稀硫酸调节pH值使熟料中钒充分浸出。浸出结束后，将浸出料浆进行固液分离，固液分离过程加水对残渣进行洗涤。固液分离后得到含钒残渣，将残渣烘干后检测TV。残渣SV可用公式（1）计算。
二、结果与讨论
1.液固比对残渣SV的影响，钒渣钙化焙烧酸性提钒工艺是以回转窑连续、稳定运行为中心的生产组织模式。为满足回转窑的连续生产，通过调节浸出单罐熟料量来达到消耗回转窑焙烧熟料的目的。而浸出罐容积已经固定，单罐浸出料量的变化将造成浸出液固比的变化。该厂回转窑料量在14～20 t/h，浸出液固比分别为3.2、34、3.6、3.8、4.0、4.2。在浸出时间为60～150 min、pH在10 min内达到稳定浸出、过滤洗涤3次、淋洗水量21 m3、过滤速度0．25 m3/min下研究浸出液固比对残渣SV的影响，结果如图1所示。
图1 液固比对残渣SV的影响
根据图1可以看到，随着液固比的增加，浸出过滤残渣SV相应降低。在液固比分别为4.0、4.2时进行浸出，浸出液固比较高，料浆体系搅拌均匀，反应动力学条件充分，残渣中SV能降低到0．25%。液固比降低到3.6以下，随着浸出液固比降低，料浆黏稠，流动性相对较差，料浆与稀硫酸接触反应不充分，使熟料中SV未能充分反应出来，残渣中SV达到0．55%以上，可溶钒损失较大。另外，浸出过程中，浸出液固比越低，反应过程温度升高，增幅较大，如图2所示。
图2不同液固比浸出温度变化量
根据图2可以看到，浸出熟料量增加，液固比降低，浸出温度增幅较大。在液固比为4.2下浸出，浸出温度平均增加24℃左右。当浸出料量增加，液固比降到3.6后，温度平均增加量达到32℃以上。在钙化焙烧硫酸浸出工艺中，浸出温度较高能增加离子的扩散速度，进而加快反应速率。但反应速率过快，CaSO4不溶物生成量迅速增加，未反应颗粒表面包裹层短时间内增厚，生成物及浸出剂的扩散过程受到阻碍，反应速率降低。浸出液固比为4.2，浸出后残渣SV虽然能降到0.15%以下，但对应的浸出熟料量较低，浸出液浓度较低，不仅产能较低，还影响后续沉钒，不能满足生产要求。综合考虑浸出残渣SV和产能因素，浸出液固比为3.8～4.0较好。
2.浸出料浆停留时间对残渣SV的影响，熟料加入浸出罐反应结束后，将浸出料浆放入缓冲罐，料浆在缓冲罐，只具备搅拌，不具备加酸维持反应的最佳pH值。因此，将浸出料浆停留时间定义为浸出反应结束后，料浆继续搅拌、停止加酸的时间。当缓冲罐后续生产受阻，不能及时过滤，浸出料浆停留时间将延长。在浸出液固比3.8、浸出时间60～150 min、pH在10 min内达到稳定浸出、过滤洗涤3次、淋洗水量21 m3、过滤速度0．25 m3/min条件下研究了浸出料浆分别停留0、30、60、90、120、150、180 min开始过滤的残渣SV情况，结果如图3所示。
图3 浸出料浆停留时间对残渣SV影响
3.浸出时间对残渣SV的影响，浸出时间指浸出过程保持搅拌、加酸调节pH的时间。浸出生产实际情况，浸出时间波动较大，最长时间可达300 min以上。浸出时间长，浸出产能低。为此，在浸出液固比为3.8、pH在10 min内达到稳定浸出、过滤洗涤3次、淋洗水量21 m3、过滤速度0．25m3/min条件下研究了浸出时间分别为60、150、240、270、300 min的浸出效果，结果如图4所示。
图4 浸出时间对残渣SV的影响
4.淋洗水量对残渣SV的影响，浸出料浆在进行液固分离时，加水对残渣进行清洗，将残渣中附着的可溶钒清洗干净。淋洗水不足，残渣清洗不干净。淋洗水过多，不仅会造成水的浪费，还会破坏带式过滤机系统水平衡，不利于生产组织。在浸出时间60～150 min、pH在10 min内达到稳定、过滤洗涤3次，过滤速度0.25 m3/min条件下研究淋洗水量为19、20、21、22、23、24 m3的残渣SV情况。淋洗水量为19 m3，洗涤效果不好，残渣SV略高，但在0.55%以下，而且经过带式过滤机循环后，浸出母液量略不足，需要增加新水才能满足连续生产；淋洗水量在20～22 m3，残渣清洗效果较好，残渣SV在0.4%以下；洗水量增加到23 m3以后，残渣抽不干，淋洗水量继续增加到24m3，在残渣表面能明显可见水。同时，过滤洗涤产生的滤液量过大，远远高于浸出母液需求量，造成滤液溢流到滤液罐外。为满足浸出—过滤生产的连续性，同时也能将残渣中SV控制在0.4%以下，最佳的淋洗水量应控制在20～22 m3。
5.洗涤次数对残渣SV的影响，生产现场洗涤次数受到带式过滤机系统水平衡及设备的影响，洗涤次数比较灵活。在浸出时间为60～150 min、pH在10 min内达到稳定浸出、过滤速度0．25 m33/min研究洗涤0次（不洗涤）、1次、2次、3次残渣SV情况。1次洗涤水为带式过滤机三段滤液水，2次洗水依次为带式过滤机三段滤液、滤布洗布水汇集液，3次洗水依次为带式过滤机三段滤液、滤布洗布水汇集液、回用废水。结果如图5所示。
图5 洗涤次数对残渣SV影响
根据图5可以看到，洗涤次数对残渣SV有显著影响，浸出结束直接过滤，残渣不进行洗涤，过滤后残渣中SV比较高，达到1．2%以上；经过1次、2次、3次洗涤后，残渣中SV含量逐步降低，经3次洗涤后，效果最佳。
三、讨论
在浸出罐容积固定情况下，低料量浸出，液固比高，残渣SV较低。高料量浸出，液固比低，残渣SV相对较高。为满足回转窑满负荷稳定生产，需要提高浸出单罐熟料量，相应的降低了液固比，残渣SV在0．5%以上。需要对低液固比浸出工艺进行深入研究，得到浸出的最优工艺参数。同时对浸出过程温度控制技术进行研究，减小ΔT，避免浸出后期温度过高影响残渣SV。在过滤工序，需要深入研究区域设备的长寿化和优化检修周期，减少非正常停机次数，确保浸出料浆浸出结束后能及时过滤，以及过程中能实现稳定的过滤速度、3次洗涤、20～22 m3的淋洗水量，以达到降低残渣SV的目的。
采用常规的选矿方法如重选、浮选或联合工艺对石煤进行选矿预富集钒，是减少湿法提钒处理量、降低生产成本的重要途径，但由于石煤中钒赋存状态特殊，矿物组成复杂且不同地区矿石性质差异很大，目前石煤选矿还处于探索阶段，在这方面亟待加强研究。对于提钒过程的焙烧、浸出以及浸出液净化富集等方面，目前已经有较为成熟的工艺，今后需要从控制过程和作用机理等方面深入开展理论探讨，进一步优化工艺过程，降低生产成本。此外，需要继续加强提钒尾渣和工艺废水的处理研究，减少或消除提钒过程对环境的影响，促进石煤提钒行业可持续性发展。
参考文献：
［1］张慧琴，吴美方，钒渣中钒的浸出特性．2014.
［2］李自碧．钒钛磁铁矿提钒工艺发展历程及趋势．2015.
论文作者:杜英豹
论文发表刊物:《建筑科技》2017年第18期
论文发表时间:2018/1/30
标签：残渣论文; 熟料论文; 过滤机论文; 水量论文; 时间论文; 滤液论文; 工艺论文; 《建筑科技》2017年第18期论文;