[发明专利]一种含钒钢渣的资源化利用方法

说明书

本发明公开了一种含钒钢渣的资源化利用方法，涉及固体废弃物综合利用技术领域。所述方法的具体步骤包括：(1)将含钒钢渣、粉状高硅废料和焦炭、石英砂混合，加入冶炼反应装置；加热时含钒钢渣与复合还原剂高硅废料及焦炭进行还原反应，钢渣中的V、Fe、P等还原后形成高磷含钒铁水，高硅废料中的Si氧化后进入熔渣；(2)在该装置中加入Al合金等脱磷剂，脱除含钒铁水中的绝大部分P后，熔融态的还原脱磷渣排入渣罐，并喷吹氧化性气体实现无害化，脱磷后的含钒铁水用于生产钒渣和炼钢。本发明所述方法可有效回收含钒钢渣中V、Fe等有价金属，并实现高硅废料的高效利用。

技术领域

本发明涉及冶金渣资源化利用技术领域，尤其是涉及一种含钒钢渣中钒的提取方法。

背景技术

随着我国钢铁工业的跨越式发展，以钒钛磁铁矿为原料的钢铁企业每年排放上百万吨含钒钢渣，长期堆存占用了大量土地，并有可能成为污染源。此外，该渣中V₂O₅含量为2～4mass％，远高于钒钛磁铁矿本身和石煤，是较理想的含钒二次资源。

在钢铁冶金领域，碳是最常用的高温还原剂。中国专利CN 103484590公开了一种含钒钢渣冶炼富钒生铁的方法。该专利将含钒钢渣、铁粉、硅石、碳粉和铝粒按一定比例在冶炼炉内加热熔化，待反应结束后分离炉渣和铁水，铁水冷却后得到富钒生铁。但该专利未提及钢渣冶炼过程中P元素的走向。

相较于碳，高温下单质硅的还原能力更强，但金属硅的价格远高于碳，故难以应用于此领域。值得关注的是，现阶段晶硅行业采用金刚线切割晶体硅片，该工序中硅片损耗超过40％，由此导致每年产生约10万吨硅废料，其中单质硅含量最高可达90mass％，完全可用作含钒钢渣的还原剂。此外，其还原反应产物SiO₂可有效调节熔渣的碱度，从而降低硅石(调渣剂)的用量，实现“以废治废”。

含钒钢渣经高温还原后得到含钒铁水，其最大的经济价值在于其中的钒，即该铁水应采用氧气吹炼技术生产钒渣。需要指出的是，钢渣中除V、Fe外，P也完全被还原进入铁水，从而形成高磷含钒铁水，铁水中P含量(最高可达6～8mass％)甚至超过V含量。由于P易于氧化，导致该高磷铁水吹炼时绝大部分P进入钒渣，故只能生产出高磷钒渣，而现有技术条件下高磷钒渣尚不能用作提钒原料。也就是说，高温还原含钒钢渣所得的高磷含钒铁水必须经过有效的脱磷过程才能进入吹炼钒渣和炼钢工段。

目前铁水脱磷技术可分为氧化法和还原法，其中氧化法是钢铁冶金工业的常用办法。但对于含钒铁水脱磷而言，氧化法不是合理的技术路线，其原因在于P氧化时会造成V大量损失，故只能选择还原脱磷技术。

中国专利CN 1670224A和中国专利CN 1670225A分别公开了一种不锈钢脱磷剂和一种超低碳奥氏体不锈钢还原脱磷方法。两个专利所采用的方法完全相同，装置为真空感应炉，在高真空条件下，以Ca-Mg合金脱磷，助熔剂为CaF₂。脱磷率均为50％。

中国专利CN 101045951A公开了一种不锈钢脱磷工艺及装置。该专利采用加盖密封的钢包，在钢液表面覆盖保护渣且高真空条件下，以Si-Ca合金脱磷；脱磷后的钢液排入其它冶炼装置，渣留在包内吹氧实现无害化。脱磷率为70％。

中国专利CN 108950131A公开了一种H13模具钢的冶炼及还原脱磷方法。该专利主要采用中频感应炉—炉外精炼—真空脱气工艺。脱磷装置为炉外精炼(LF)炉，在氩气保护条件下，以专用包芯线脱磷，包芯线组分为Ca、Ba、CaF2(助熔剂)、Si、Fe和Al。脱磷率为60％。

从上面三个专利可以看出，还原法主要用于炼钢工艺的深度脱磷，所处理钢液中P起始含量极低(通常低于0.05mass％)，且必须保持非氧化性气氛或高真空度，设备复杂且生产效率较低。

发明内容