钒是一种重要的战略资源,广泛应用于钢铁工业、航空工业、化工工业等领域。在中国,钒钛磁铁矿是目前提钒的主要矿物资源。钒钛磁铁矿提钒采用高炉还原-转炉氧化-钒渣焙烧浸出的生产工艺流程。因传统的钠化焙烧提钒工艺的限制,转炉提钒的过程中不能加入氧化钙造渣剂进行脱磷,导致后续半钢炼钢脱磷负荷较重。近年来,钙化焙烧清洁提钒新技术的发展使得转炉提钒过程中加入碱性造渣剂成为可能。本文以转炉提钒过程中加入氧化钙造渣剂生成的高钙钒渣为研究对象,采用直接焙烧-碳酸钠浸出的方法提钒,在实现钒元素浸出的同时抑制磷元素的浸出,有助于推动转炉提钒过程加入氧化钙造渣剂实现同时提钒脱磷工艺的实践。对钒渣直接焙烧过程进行研究,考察了焙烧过程中钒渣物相的变化、适宜的焙烧条件和焙烧动力学。研究结果表明:①钒渣主要有钒铁尖晶石、橄榄石相、辉石相和氧化铁组成,钒元素主要存在于钒铁尖晶石相中。钒渣经过焙烧后主要物相有Fe2O3和Fe2TiO5,此外还有Ca(VO3)2和Ca2V2O7生成。钒渣的焙烧温度从300℃到600℃时,钒渣的表面形貌基本不变,焙烧温度在800℃以上钒的富集相形成,而焙烧温度升高至1000℃时,钒渣烧结。②焙烧温度和焙烧时间对钒转浸率有很大的影响。经实验研究,适宜的焙烧温度为950℃,焙烧时间为2.5 h。焙烧温度过低或焙烧时间过短,钒渣氧化不充分,而焙烧温度过高或焙烧时间过长,钒渣烧结。③钒渣焙烧过程为气-固反应,动力学模型符合收缩未反应核模型。在0-30 min时钒的氧化较快,而在30-90 min时钒的氧化变慢。在0-30 min时,化学反应为限制性环节,钒渣焙烧氧化的表观活化能为59.53 kJ/mol;在30-90 min时,混合扩散制为限制性环节,钒渣焙烧氧化的表观活化能为18.96 kJ/mol。采用碳酸钠溶液作为浸出剂,对钒渣熟料浸出过程进行了研究,考察了适宜的浸出条件、浸出过程中钒渣的物相变化、杂质元素浸出行为以及浸出动力学。研究结果表明:①将950℃下焙烧2.5 h的200目的钒渣熟料用160 g/L的Na2CO3溶液在95℃下浸出2 h,液固比为10:1 m L/g,钒的浸出率达到最大值94.13%。而磷的浸出率仅为10.41%。②从钒渣熟料和浸出残渣的物相结构图、表面形貌图和浸出残渣的组成成分可知:钒渣熟料用碳酸钠熟料浸出后,钒酸钙和碳酸钠反应生成的钒酸钠全部进入到了滤液中,钙离子和碳酸根离子结合生成的碳酸钙都留在残渣中,而磷元素绝大部分留在了残渣中。③焙烧温度从300℃升高到600℃时,磷的浸出率变化不大,焙烧温度从600℃升高时,磷的浸出率略有所增加,焙烧温度为1000℃时,磷的浸出率为10.23%。碳酸钠的浓度对磷的浸出率影响不大,因为碳酸钙的溶度积远远大于磷酸钙的溶度积,导致碳酸钠和磷酸钙反应相对较弱。④钒渣熟料浸出动力学符合未反应收缩核模型,钒渣浸出时,0-30 min,钒的浸出率急速增加,而30-120 min时,钒的浸出率增长较缓慢。在0-30 min时,化学反应为限制性环节,活化能为67.74 kJ/mol,30-120 min时,扩散为限制性环节,活化能为8.58 kJ/mol。