硅热法还原钒渣制备钒铁基合金的方法、钒铁基合金技术

技术编号：44838017 阅读：2 留言：0更新日期：2025-04-01 19:36

本发明专利技术公开了一种硅热法还原钒渣制备钒铁基合金的方法、钒铁基合金，属于冶金领域。所述方法具体为：钒渣、工业硅和造渣剂经干燥、破碎、混合研磨得到混合物料，然后将混合物料置于氩气氛围中升温、还原焙烧，得到钒铁基合金。所述钒铁基合金的微观组织结构以Ti、Fe、Si和Mn为主铁基合金相，以Si、V和Cr为主的钒基合金偏析富集在主铁基合金的晶体间。本发明专利技术的方法实现了从钒渣中回收V、Cr、Ti、Fe和Mn等有价金属元素，分离制备钒铁基合金，对钒渣进行了高附加值产品的开发利用，可有效解决现有钒渣回收利用的方法中，Cr、Ti、Fe、Mn等有价金属元素的回收率低，无法有效利用的问题。

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【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于冶金领域，具体涉及一种硅热法还原钒渣制备钒铁基合金的方法和一种钒铁基合金。

技术介绍

1、钒钛磁铁矿经高炉-转炉提钒处理后产生钒渣和半钢。钒渣中含有较高的v、cr、ti、fe、mn等有价金属元素，其矿物组成为尖晶石((fe,mn)(v、cr、ti)2o4)、橄榄石((fe,mn)2sio4)和辉石(ca(fe,mg)si2o6)。关于钒渣的高效资源化综合利用，目前主要集中在钒渣提钒回收v资源，少有研究v和cr的协同回收，钒渣中其他有价金属资源更是无法有效利用。

2、现有提钒工艺只从钒渣中提取钒资源，其它有价金属的回收利用率较低，提钒废水中铬离子含量高，需要特别处理后才能排放，提钒废渣中碱金属含量高，不利于资源综合利用。随着全球越来越重视资源与环境问题，工业固体废弃物或副产品再利用及循环利用日益受到关注，亟待开发绿色高效回收钒渣中有价金属元素的方法。

3、现有含钒钢的生产工艺主要是将钒铁加入提钒后的半钢中调质，得到不同牌号的钢。钒铁是以钒渣为原料生产v2o5，再还原v2o5得到品位不同的钒铁。该工艺生产流程长，全流程钒收得率较低且成本较高。为缩短冶炼流程，国内外学者提出了钒渣和v2o5直接合金化两种方式。钒渣直接合金化时，还原剂硅铁和钒渣加入量不易控制，且钒渣中及还原产物中的sio2造成渣量显著增加，加重炉衬侵蚀；v2o5直接合金化是在转炉中添加v2o5和还原剂，使炼钢环境受到影响，如添加物料后使钢水温降、渣量增大、钢水成分发生变化等。

技术实现思路

1、本专利技术所要解决的技术问题是现有钒渣回收利用的方法中，cr、ti、fe、mn等有价金属元素的回收率低，无法有效利用的问题。

2、本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：

3、第一方面，本专利技术提供一种硅热法还原钒渣制备钒铁基合金的方法，具体为：钒渣、工业硅和造渣剂经干燥、破碎、混合研磨得到混合物料，然后将混合物料置于氩气氛围中升温、还原焙烧，得到钒铁基合金。

4、上述混合物料的组成成分按质量百分比为钒渣35～51％、工业硅29～35％、造渣剂15～36％。

5、上述还原焙烧的温度为1823～1873k，时间为240～300min。

6、进一步的是，上述方法中，钒渣的化学成分按质量百分比为：tfe 20～40％、mno15～23％、v2o310～15％、tio28～12％、cr2o36～10％、sio210～14％、cao 1～3.5％、al2o31～5％、mgo1～3％。

7、进一步的是，上述方法中，造渣剂的组成成分按质量百分比为cao 61～78％，其余为al2o3。

8、进一步的是，上述方法中，工业硅的纯度≥98％，cao的纯度≥98％，al2o3的纯度≥98％。

9、进一步的是，上述方法中，干燥为于100～150℃条件下真空干燥2～3h。

10、进一步的是，上述方法中，破碎为将物料破碎至粒度为-74μm以下的占比为80％以上。

11、进一步的是，上述方法中，升温的速率为4～10℃/min。

12、第二方面，本专利技术提供由上述方法制得的钒铁基合金。

13、上述钒铁基合金的微观组织结构以ti、fe、si和mn为主铁基合金相，以si、v和cr为主的钒基合金偏析富集在主铁基合金的晶体间。

14、上述钒铁基合金的化学成分按质量百分比为：si 30～32％、fe 27～28％、mn 19～20％、v9～10％、cr 6～7％、ti 5～6％。

15、本专利技术的有益效果是：针对现有技术存在的问题，本专利技术创新性地提出钒渣一步法冶炼钒铁基合金的新路径，即提供了一种硅热法还原钒渣制备钒铁基合金的方法。本专利技术的方法以钒渣为原料，以硅热法还原为基础，结合本专利技术特别设定的熔炼温度、保温时间及熔渣成分等工艺参数，实现了从钒渣中回收v、cr、ti、fe和mn等有价金属元素，分离制备钒铁基合金，对钒渣进行了高附加值产品的开发利用。

16、硅热法还原钒渣过程中，熔渣的组成主要是cao-sio2-al2o3渣系，随着还原反应不断进行，熔渣中sio2含量不断增加，sio2含量增加会抑制mxoy被si还原。按本专利技术工艺控制钒渣、还原剂以及造渣剂的加入量，结合本专利技术的还原焙烧温度和时间，能够促进硅热法还原反应进行，有利于强化mxoy还原为金属间化合物。本专利技术在保证产品质量的同时，有效避免了现有技术中因sio2造成渣量显著增加，加重炉衬侵蚀的问题。

17、本专利技术基于钒渣一步法制备含钒铁基合金，与现有采用钒渣冶炼合金的工艺相比，本专利技术的工艺方法显著缩短了现有技术的工艺流程。同时，本专利技术基于钒渣硅热还原的合理造渣，实现了渣金高效分离，并制备低氧含量的含钒铁基合金，与现有钒渣直接合金化的工艺相比，本专利技术显著降低了生产工艺控制难度，解决了现有技术中还原剂硅铁和钒渣加入量不易控制的问题。

18、本专利技术的制备方法工艺流程短、生产效率高，制得的含钒铁基合金氧含量低，可直接用于特殊钢制备合金添加剂。基于本专利技术的工艺方法和使用的钒渣，结合本专利技术设定的工艺参数，得到的钒铁基合金的主要物相为：vsi2，v3si，fe，fesi2，tifesi2，mn，mnsi，timnsi2，cr3si等。在最佳工艺条件下，钒渣中fe，cr，mn，v和ti的回收率分别为：92.57％，92.25％，90.41％，89.71％和79.36％。本专利技术的技术方案实现了钒渣中有价金属元素不同程度的还原回收，具有较高的推广应用价值。

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【技术保护点】

1.硅热法还原钒渣制备钒铁基合金的方法，其特征在于：钒渣、工业硅和造渣剂经干燥、破碎、混合研磨得到混合物料，然后将混合物料置于氩气氛围中升温、还原焙烧，得到钒铁基合金；

2.根据权利要求1所述的硅热法还原钒渣制备钒铁基合金的方法，其特征在于：所述钒渣的化学成分按质量百分比为：TFe 20～40％、MnO 15～23％、V2O310～15％、TiO28～12％、Cr2O36～10％、SiO210～14％、CaO 1～3.5％、Al2O31～5％、MgO 1～3％。

3.根据权利要求1所述的硅热法还原钒渣制备钒铁基合金的方法，其特征在于：所述造渣剂的组成成分按质量百分比为CaO 61～78％，其余为Al2O3。

4.根据权利要求3所述的硅热法还原钒渣制备钒铁基合金的方法，其特征在于：所述工业硅的纯度≥98％，CaO的纯度≥98％，Al2O3的纯度≥98％。

5.根据权利要求1所述的硅热法还原钒渣制备钒铁基合金的方法，其特征在于：所述干燥为于100～150℃条件下真空干燥2～3h。

6.根据权利要求1所述的硅热法还原钒渣制备钒

7.根据权利要求1所述的硅热法还原钒渣制备钒铁基合金的方法，其特征在于：所述升温的速率为4～10℃/min。

8.钒铁基合金，其特征在于：由权利要求1～7任一项所述的方法制得。

9.根据权利要求8所述的钒铁基合金，其特征在于：所述钒铁基合金的微观组织结构以Ti、Fe、Si和Mn为主铁基合金相，以Si、V和Cr为主的钒基合金偏析富集在主铁基合金的晶体间。

10.根据权利要求8所述的钒铁基合金，其特征在于：所述钒铁基合金的化学成分按质量百分比为：Si 30～32％、Fe 27～28％、Mn 19～20％、V 9～10％、Cr 6～7％、Ti 5～6％。

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【技术特征摘要】

2.根据权利要求1所述的硅热法还原钒渣制备钒铁基合金的方法，其特征在于：所述钒渣的化学成分按质量百分比为：tfe 20～40％、mno 15～23％、v2o310～15％、tio28～12％、cr2o36～10％、sio210～14％、cao 1～3.5％、al2o31～5％、mgo 1～3％。

3.根据权利要求1所述的硅热法还原钒渣制备钒铁基合金的方法，其特征在于：所述造渣剂的组成成分按质量百分比为cao 61～78％，其余为al2o3。

4.根据权利要求3所述的硅热法还原钒渣制备钒铁基合金的方法，其特征在于：所述工业硅的纯度≥98％，cao的纯度≥98％，al2o3的纯度≥98％。

5.根据权利要求1所述的硅热法还...

【专利技术属性】
技术研发人员：李俊翰，曹丽，孙宁，朱奎松，王军，程相魁，马兰，杨绍利，
申请(专利权)人：攀枝花学院，
类型：发明
国别省市：

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