钒铁的生产工艺

　　钒在地壳中的丰度为135×10%。钒矿物有70多种，但单一的钒矿床很少（仅秘鲁的米纳拉格拉为单矿床。已采完。），都是与别的矿共生。用作生产钒的原料有钒钛磁铁矿（含VO.4%～1.4%），铀钒矿（含 V2O51.5%～2.0%），原油灰烬（含V2O520%～40%），含钒磷铁（含V3%～6%），废钒催化剂，生产氧化铝的残渣等。这些原料含钒低，都需要用湿法冶金的方法，首先从这些原料中提取五氧化二钒，然后再将五氧化二钒冶炼成钒铁及钒添加剂。钒钛磁铁精矿是生产钒的主要原料，世界钒产量的90%是用这种原料生产的。
　　（1）钒钛磁铁矿生产五氧化二钒
　　钒钛磁铁矿的化学成分为：V0.3%～1.4%，Fe约60%，TiO2约14%。钒钛磁铁矿在高炉（或电炉）中用焦炭还原得到含钒生铁。含V0.4%～1.2%，Si<0.5%，Ti约0.3%。这种生铁在顶吹氧转炉（或摇包）用氧气吹炼得到的钒渣，含V10%～15%，FeO25%～45%，SiO213%～20%，TiO2约10%，Cr2O31%～5.0%。渣中夹杂着金属铁（半钢）。经破碎、球磨至粒度<0. 1mm，用风选机或磁选机选出金属铁后，用作生产五氧化二钒的原料。钒在钒渣中是以尖晶石相存在。要用氧化方法将V2O3氧化成V2O5，再与Na2O结合成可溶于水的钒酸钠。使用的钠化剂有纯碱、芒硝或食盐。氧化钠化焙烧的反应为：
4FeO·V2O3+4Na2CO3+5O2 ⇀8NaVO3+2Fe2O3+4CO2↑
　　（2）铝热法
　　最早生产钒铁的方法且至今仍在使用。铝是最强的还原剂。用铝还原五氧化二钒产生的热量相当大（4577kJ/kg混合料），不但能完成铝热法冶炼工艺，而且还要添加回炉钒铁碎屑来降低反应温度；加入石灰、镁砂、萤石降低炉渣粘度；调整铝粒与五氧化二钒熔片粒度来降低反应速度，减少喷溅损失，提高钒的收得率。冶炼用镁质炉衬，或用钒铁炉渣打结的圆形反应炉筒。采用下部点火法冶炼。要求五氧化二钒熔片含V2O5≥98%。块度<20mm×20mm，片厚3～5mm。铝为含Al>98%，粒度<3mm的铝粒和3～10mm的铝泡。钢屑为普碳钢车屑，卷长<15mm。冶炼反应完成后，自然冷却16～24h。拔去炉筒，取出钒铁锭，进行清理、包装。冶炼得到的钒铁成分为： V75%～ 80%，Al1%～4%，Si1.0%～1.5%，CO.13%～0.2%，S≤0.05%，P≤0.075%。炉渣成分含V2O55%～6%，Al2O3约85%（CaO+MgO）约10%。生产1t80%V的钒铁消耗：氧化钒熔片（V2O598%）1500～1600kg，铝（Al98%）810～860kg。钒的冶炼回收率为90%～95%。为了降低炉渣中的钒含量，在反应终了后立即通电加热炉渣，使悬浮在炉渣中的金属粒下沉，和炉渣中的钒氧化物和残余铝继续反应，提高钒的回收率。
　　（3）电硅热法
　　用75%硅铁和铝作还原剂。在改进的三相碱性电弧炉中生产含V40%～60%的钒铁。电弧炉的变压器容量为1800kVA，工作电压为127/220V，额定电流为4750A。石墨电极直径为200mm。用镁砖作炉衬。炉盖用铬镁砖砌成。使用的原料有：五氧化二钒熔片（V2O5≥98%，Si≤0.25%，Fe≤0.30%，P≤0.05%，S≤0.03%，As≤0.02%，Na2O+K2O≤1.5%，片厚约8.0mm，块度≤200mm×200mm）；硅铁（75%硅铁，块度≤30mm）；铝块（将铝锭机械加工成≤20mm）；石灰（CaO≥85%，P≤0.015%，块度30～50mm）和普碳钢的废钢或钢屑。硅还原钒氧化物的反应见图3。反应产生SiO2。而低价钒氧化物为碱性化合物，对钒的还原产生不利的影响。为此需要加入石灰以提高炉渣的碱度，促进钒氧化物的还原。
　　冶炼过程分两步进行。第1步为还原期，用硅铁和铝还原氧化钒，得到含硅高的钒硅铁合金；第2步是精炼期，用V2O5高的炉渣精炼钒硅铁合金，降低硅而得到钒铁。上一炉出炉后，补炉完毕，即加入按生产钒铁成分所需要的全部铁料，通电后将上炉的精炼渣返回炉内，并加入第1批还原料（五氧化二钒熔片、石灰和配料的大部分硅铁）。当熔池形成后，全负荷供电，使炉料迅速熔化。全熔后适当降低供电负荷，加入剩余的硅铁后，再加铝还原渣中的V2O5。充分搅拌熔池，当炉渣中的（V2O5）<0.35%时则出渣。出渣后，加入第2批还原料（氧化钒熔片和石灰的混合料）。全熔后经充分搅拌。先加硅铁，后加铝块还原炉渣。当渣中（V2O5）<0.35%时放渣。还原期加料数量及批数由生产钒铁的钒含量（40%～60%）确定。