【摘 要】
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目前我国钒铁的冶炼一般是通过对钒渣的氧化焙烧,完成渣中V3+向V5+的转变,再通过湿法浸出及二次焙烧工艺手段,制取五氧化二钒产品,将其与铁屑、还原剂混合,经加热精炼后得到钒铁合金,但这种传统工艺流程长,能耗高,环境污染严重,不符合绿色冶金发展方向,因此开发一种流程短,绿色高效的钒铁合金冶炼新工艺具有重要意义。同时我国作为光伏材料和电解铝生产大国,大量的光伏切削废料和铝灰无法得到有效利用,因此,本文
【基金项目】
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国家自然科学基金项目（51574065、51774073、51574066、51774072）； 十三五国家重点研发计划（2017YFB0304201,2017YFB0304203）；
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目前我国钒铁的冶炼一般是通过对钒渣的氧化焙烧,完成渣中V3+向V5+的转变,再通过湿法浸出及二次焙烧工艺手段,制取五氧化二钒产品,将其与铁屑、还原剂混合,经加热精炼后得到钒铁合金,但这种传统工艺流程长,能耗高,环境污染严重,不符合绿色冶金发展方向,因此开发一种流程短,绿色高效的钒铁合金冶炼新工艺具有重要意义。同时我国作为光伏材料和电解铝生产大国,大量的光伏切削废料和铝灰无法得到有效利用,因此,本文紧密结合我国行业技术现状与发展需求,提出光伏切削废料—铝灰二步法直接还原熔融钒渣冶炼钒铁合金的新型工艺,为新型冶炼钒铁合金的方法提供工艺参数。此工艺贯彻“以废治废”的绿色生产理念,利用熔融钒渣物理热进行在线还原,有效降低了生产成本,促进企业节能减排与环境改善,实现废物利用。在切削废料在线还原熔融钒渣进程中,熔渣体系的黏度变化随成分改变而呈现出不同趋势,本文通过对钒渣体系熔体结构的研究,从微观结构角度揭示了熔体中结构单元对宏观黏度的作用机理,并建立了适用于实验钒渣体系及其子体系的新黏度模型。本文主要结论如下:（1）在1823 K温度下,钒渣体系黏度随FeO/SiO2比的降低而增加。FeO/SiO2比由2.18降至0.30,渣系黏度从0.140 Pa·s增加至0.485 Pa·s。当温度在1803 K以上时,各还原进程渣系黏度基本保持稳定,熔渣流动性较好,因此工业冶炼温度应不低于1803 K。（2）当温度在1803 K以上时,二元碱度的变化对熔渣黏度影响不大。在1823 K温度条件下,调节S5组渣系CaO/SiO2比至0.5,黏度仅下降0.101 Pa·s;继续增加CaO/SiO2比至0.7,熔渣体系黏度随温度的变化趋势减缓,但当温度降至1600 K以下时,体系黏度迅速增加。（3）不同还原进程渣系在1823 K温度条件下均为熔融状态,体系黏度变化主要由硅酸盐结构改变引起。FeO在熔渣体系中可促进复杂阴离子团的解聚,FeO/SiO2比由2.18降至0.30,简单硅酸盐结构Q0和Q1总量不断减少,复杂硅酸盐结构Q2和Q3的总量逐渐增加至97.67%,代表熔体聚合度的n（NBO/T）值由2.85降至1.87,硅酸盐聚合度增强。（4）建立了适用于FeO-SiO2-V2O3-CaO-MnO-Cr2O3-TiO2七元渣系及其子体系的黏度模型,对于本实验渣系,平均预报误差为11.4%,明显优于NPL黏度模型、Riboud黏度模型、Urbain黏度模型的预报效果。（5）本黏度模型对Cr2O3含量低于5%,CaO/SiO2比小于0.5的酸性钒渣体系预测效果较好。对于 FeO-SiO2-V2O3-Cr2O3-TiO2、FeO-SiO2-V2O3-MnO-TiO2 五元子体系平均预报误差分别为14.1%和11.2%,对于FeO-SiO2-V2O3-CaO四元子体系的平均预报误差为13.2%。
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