钒渣生产原理（钒渣-五氧化二钒-三氧化二钒-金属钒-钒铁-钒铝合金-碳氮化钒-钒电池）
原创邹建新崔旭梅教授等
1 钒渣生产方法简介
提钒原料有钒钛磁铁矿、石煤等。

要从钒钛磁铁矿中回收钒，首先需将钒钛磁铁矿在高炉或电炉中冶炼出含钒铁水。

含钒铁水提钒的主要任务有以下几方面：
⑴把含钒铁水吹炼成满足下一步炼钢要求的高碳含量的半钢；
⑵最大限度的把铁水中钒选择性氧化进入到钒渣中；
⑶得到的钒渣能作为下一步提取五氧化二钒的原料。

提钒的方法很多，但有些方法已经被淘汰(如雾化提钒)。

目前世界上铁水提钒的方法主要有四种：
⑴摇包提钒（南非海威尔德用）；
⑵铁水包提钒（新西兰）；
⑶空气底吹转炉提钒（俄罗斯丘索夫）；
⑷氧气顶吹（复合吹炼）转炉提钒（俄罗斯下塔吉尔和中国攀钢、马钢、承钢）。

钒钛磁铁矿的火法提钒工艺流程图如图5.1.1所示。

图5.1.1 火法提钒工艺
2 转炉提钒的主要化学反应
转炉提钒过程：转炉提钒是氧射流与金属熔体表面相互作用，与铁水中铁、钒、碳、硅、锰、钛、磷、硫等元素的氧化反应过程。

这些元素氧化反应进行的速度取决于铁水本身化学成分、吹钒时的动力学条件和热力学条件。

转炉提钒中的化学反应：转炉提钒就是利用选择性氧化的原理,采用高速氧射流在转炉中对含钒铁水进行搅拌，将铁水中钒氧化成稳定的钒氧化物,以制取钒渣的一种物理化学反应过程。

在反应过程中，通过加入冷却剂控制熔池温度在碳钒转化温度以下，达到“去钒保碳”的目的。

元素的氧化反应可用以下通式表示：
m/n[Me]+1/2{O 2}=1/n(Me m O n )
式中 [Me]─为铁水中的组元；{O 2}─为气相中的氧气；(Me m O n )─为炉渣中的氧化物或气体氧化物，m 、n ─为化学反应的平衡系数。

V 的氧化主反应为：
2/3 [V] + 1/2 {O 2} =1/3 (V 2O 3) 2/5 [V] + 1/2 {O 2} =1/5 (V 2O 5) 1/3 (V 2O 3) + 1/2 {O 2} = 1/5 (V 2O 5)
其他杂质的氧化副反应为：
1/2 [Si] +1/2 {O 2}=1/2 (SiO 2) [Ca] +1/2 {O 2} = (CaO) [Mn] + 1/2 {O 2} = (MnO) [Fe] + 1/2 {O 2} = (FeO) 2(FeO) + 1/2 {O 2} = (Fe 2O 3)
(C) +{O 2} ={CO 2}
反应能力的大小取决于铁水组分与氧的化学亲合力，即标准生成自由能θG ∆。

θ
G ∆值越负，表明氧化反应越容易进行。

铁水中元素氧化的θ
G ∆-T 图如图5.1.2所示。

反应完成后，液态的Fe 留在转炉里，称为半钢；固态（熔融态）的渣敝出后放入渣罐，称为钒渣。

钒渣是由 FeO 、SiO 2、V 2O 3、TiO 2、CaO 、Al 2O 3、MgO 、Cr 2O 3等组分构成的。

一般情况下，钒渣中 CaO 、P 、SiO 2的含量越低则钒渣评级越高。

高炉铁水、钒渣和半钢典型化学成分如表5.1.1～5.1.3所示。

3 转炉提钒脱钒、脱碳规律
脱钒规律：吹钒前期熔池处于“纯脱钒”状态，脱钒量占总提钒量的70%，进入中后期，碳氧化逐渐处于优先，随钒含量的降低，脱钒速度也随之降低。

图5.1.2 铁水中元素氧化的θG ∆-T 图
脱碳规律：在吹炼前期，脱碳较少，反应进行速度较低，中后期脱碳速度明显加快，在此期间碳氧化率达70%。

另外，在倒炉及出半钢期间，也有少量碳氧化。

在熔池区域，碳的氧化反应按下列反应进行： [C] + [O] = CO
在射流区域碳的氧化反应按下列反应进行： 2[C] + O 2 = 2CO
表 5.1.1高炉铁水典型化学成分 （%）
表 5.1.2 钒渣典型化学成分 （%）
参考文献：《钒钛产品生产工艺与设备》，北京：化学工业出版社，作者：邹建新等，
2014.01
《钒钛物理化学》，北京：化工出版社，作者：邹建新，2016
（钒钛资源综合利用四川省重点实验室【攀枝花学院】，cnzoujx@）
四川省钒钛工程技术中心。