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对于提高钒渣一次渣焙烧转化率工艺研究
卢明亮1,2,王岭1,田文祥2
(1.河北联合大学化学工程学院,河北 唐山 063009;2.河北钢铁集团承钢公司钒制品厂,河北 承德 067002)
摘 要:承钢钒制品厂新建回转窑比原回转窑大,原有的焙烧经验和热工制度不能满足该回转窑生产的需要。生产初期,新建回转窑的一次渣转化率仅为76.91%,比原回转窑低3%。通过调整氧化气氛、苏打比、入窑温度、焙烧时间及焙烧温度等参数,熟料出窑后急冷,一次渣转化率可达83%。
关 键 词:钒渣;一次渣;焙烧转化率;工艺;研究
1 前言
V2O5生产主要以提钒炼钢钒渣为原料,生产工艺有钙化焙烧和氧化钠化焙烧2种。承钢钒制品厂以钒渣为原料,采用氧化钠化焙烧工艺生产V2O5。该工艺包括钒渣破碎、除铁、球磨、混配料、焙烧、浸出、除杂、沉淀、熔化分解、废水处理等工序,焙烧钒渣大多应用回转窑和多堂炉2种设备,承钢钒制品厂使用回转窑焙烧钒渣。
一次渣焙烧转化率(以下简称“转化率”)是钒产品生产中最重要的技术指标,决定着稀有钒资源的转化率、回收率和钒产品的生产成本。承钢钒制品厂新建回转窑比原回转窑的直径和长度均有增大。随着新建设备的投产,原有的焙烧经验和热工制度不能满足实际生产需要,原回转窑采用一次渣与盐碱混合焙烧,年平均转化率为79.5%。考虑环保要求,新建回转窑取消了氯化钠,单独采用纯碱与一次渣进行焙烧。由于下料量增加,回转窑的长度和内径增大,生产初期平均转化率仅为76.91%,比原回转窑降低2%~3%。
2 影响回转窑焙烧转化率的因素
影响回转窑焙烧转化率的因素有:钒渣质量及物相结构、焙烧工艺、焙烧设备。
2.1 钒渣结构
从承钢钒渣(表1)的化学成分看,该渣属于硅、钙偏高的低品位渣。可根据钒渣中钒尖晶石颗粒大小,调节精渣粒度及附加剂配比提高转化率。
由表1可知,承钢的钒渣钒含量低,钙、硅、铁含量高。在焙烧过程中,钒渣中的SiO2与附加剂中的Na2O生成低熔点玻璃质,炉料过早出现液相,炉料发粘、结块,大窑结圈,阻碍了钒的氧化和可溶性钒酸盐的生成。
2.2 精渣含铁
钒渣中的低价铁在低温区氧化放热使物料粒度变大,转化率降低。严重时回转窑局部过热结圈,甚至发生生产工艺事故。在实验室内焙烧确定精渣含铁对一次渣转化率的影响,结果见图1。
由图1可见,精渣含铁量越高转化率越低。含铁<10%的精渣转化率相对比较稳。虽然减少精渣中铁的含量可提高转化率,但是转化率提高并不明显,而且生产选铁难度增加,影响产能;含铁>10%的精渣对转化率影响较大。通过实验数据分析,生产精渣含铁<10%时转化率较好,生产更加稳定。
2.3 精渣粒度对渣转化率的影响
精渣粒度太大,钒渣中钒尖晶石的氧化不充分;粒度过细钒渣焙烧熟料容易出现一定程度的烧结现象,转化率反而降低。根据承钢钒渣钒尖晶石颗粒的大小,精渣中[-120目]≥80%时,有利于钒渣钒尖晶石的氧化。
针对这种情况,结合生产实践得到如下结论:
(1)必须加大除铁力度,将入窑精渣含铁降到合理范围(精渣含铁≤10%)。
(2)必须在焙烧阶段减少窑尾外部介质对回转窑温度的影响,提高并保持窑尾温度,使金属铁充分氧化。同时,尽量减少回转窑的温度波动,防止因温度骤然升高产生炉料液相化。
(3)可以合理地延长烧成带的长度(延长反应时间),并保持中低限的焙烧温度(加强温度波动抵抗能力),尽量减少硅含量高对炉料焙烧转化率的影响,提高窑况的稳定水平。
3 试验方案
3.1 焙烧工艺条件
为了确定最佳工艺条件,使生产和转化率指标尽快达到要求,选择焙烧温度、苏打比和烧成带焙烧时间3个因素在实验室内进行了焙烧L9(34)正交试验,结果见表2。
表2的最后一行中,焙烧温度、盐碱配比、焙烧时间3个因素的极差分别为0.70、7.88、4.86,由极差大小顺序排出由主到次因素依次为苏打比、焙烧时间、焙烧温度。由此排序结果可以看出,苏打比最重要,其次是焙烧时间和焙烧温度,因此生产中要特别控制苏打比及焙烧温度。据此,可初步确定此批次承钢钒渣的焙烧条件是:焙烧温度850℃、苏打比1.4、烧成带焙烧时间3.5h。
为了进一步确定最佳焙烧条件,在此正交试验的基础上,扩大条件范围进行了焙烧单因素试验。
3.2 苏打比对焙烧转化率的影响
一次渣与纯碱混合焙烧,固定焙烧温度850℃、焙烧时间3.5h,改变苏打比对转化率的影响见图2。
从图2可以看出,当苏打比<1.4时,转化率随苏打比的提高而升高,当苏打比为1.7时,转化率趋于稳定。从生产成本及后续浸出考虑,苏打比应控制在1.4为宜。
3.3 焙烧时间对转化率的影响
一次渣与纯碱混合焙烧,固定焙烧温度850℃、苏打比1.4,改变焙烧时间对转化率的影响见图3。
由图3可见,焙烧时间由2.0h增加到3.5h时,转化率逐渐增加;焙烧时间到3.5h后,随着焙烧时间的增加,转化率趋于稳定。为保证焙烧效果及生产成本,将焙烧时间定为3.5h。
3.4 氧化气氛对转化率的影响
控制向马弗炉内通入的氧气量,其对转化率的影响见图4。
由图4可见,氧化气氛由6%增加到10%时,转化率逐渐升高;氧化气氛增加到12%时,转化率略有上升;当氧化气氛继续增加到15%时,转化率变化不大。为保证焙烧效果,最佳氧化气氛确定为12%左右。
4 生产实践
承钢钒渣在新建回转窑内焙烧,控制精渣中[-120目]≥80%,与纯碱混合后300℃入窑。生产前期由于回转窑长度加长,烧嘴喷出的火焰发散,致使回转窑前端温度偏高,窑尾预热带达不到适宜温度,物料发粗,转化率偏低,第一个月平均转化率仅为70.61%。通过对烧嘴进行改造,并调节鼓、引风配比及回转窑转速,经过一段时间的调试,转化率逐渐升高。在生产过程中,发现苏打比、焙烧时间等因素对转化率的影响与实验室结果基本一致,转化率随苏打比增加而升高。但当苏打比过高时,物料发粘易出现烧结现象;而且纯碱配入过多,浸出钒液杂质含量升高,富集料发粘不易过滤;在一定时间内,焙烧时间延长转化率升高。按前期试验确定的工艺条件焙烧转化率达到83%。
5 结语
通过实验室试验,确定新建回转窑焙烧的工艺条件。应用于实际生产中,通过改造烧嘴、调节引风等,最终确定新建回转窑的最佳焙烧工艺为:物料300℃入窑、苏打比1.4、氧化气氛12%、烧成带最高温度不超过850℃,熟料出窑后急冷,一次渣转化率可达到83%。