铁水中钒氧化及钒铁尖晶石形成的研究

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1、第9卷增刊1过程工程学报Vol.9Suppl.No.12009年6月TheChineseJournalofProcessEngineeringJune2009铁水中钒氧化及钒铁尖晶石形成的研究青雪梅，谢兵，李丹柯，黄青云(重庆大学材料科学与工程学院，重庆400044)摘要：以热力学计算结果为依据对铁水中钒的氧化行为及钒渣中钒、铁存在的价态进行了理论分析，模拟铁水中钒的氧化反应制取钒渣，运用X衍射分析了钒铁尖晶石的分子组成，研究了FeO对钒铁尖晶石形成的影响.结果表明，3+2+2+3+铁水中的钒主要被氧化成V，也有少部分被氧化成V，钒渣中的铁有Fe和F

2、e两种形式；当初渣中氧化剂(FeO)的摩尔量与铁水中V的摩尔量比X<2时，钒渣中的钒铁尖晶石以FeV2O4的形式存在；当23时，钒铁尖晶石以Fe2VO4的形式存在.关键词：钒氧化；热力学计算；钒铁尖晶石中图分类号：TF01文献标识码：A文章编号：1009−606X(2009)S1−0122−051前言质作用，在渣、铁界面上进行Si,Ti,V,Mn等元素的竞[1,6,9]争氧化反应.因此本工作直接以FeO作为钒氧化的钒被广泛运用于钢铁、化工、航天、电子和医药等氧化剂进行研究分析.领域

3、，含钒铁矿经高炉冶炼、铁水提钒和钒渣钠化等步x[i]+y[O2]=(ixO2y),(1)骤提钒是制取钒的主要途径之一.铁水提钒作为提钒过[1,2]x[i]+y(FeO)=(ixOy)+y[Fe],(2)程的关键环节，关系着钒的回收率和钒渣品位，深受[3,4]国内外冶金工作者们的重视.李远洲通过对转炉吹式中，i表示被氧化的元素.[5]钒工艺的热力学分析估算出了吹钒终点温度；陈铁等图1为用FactSage热力学计算软件计算出的铁水中[6,7]通过试验研究提出了转炉吹钒的冷却制度；李祖树等可能发生的钒氧化反应和还原反应的标准吉布斯自由通过对吹钒过程动力学的

4、研究导出了脱钒反应的速度能变化和温度的关系曲线图.表达式，计算出了脱钒温度范围.从图1可以看出，在钒氧化反应中，V与FeO生成Ө由于钒具有可变的化合价，能生成+2,+3,+4,+5多V2O3的反应的∆G值最小，其次是V与FeO反应生成[8]ӨӨ种价态的氧化物，增加了铁水中钒氧化研究的复杂性，VO的∆G值，再次是生成V2O4的∆G值，生成V2O5Ө也出现了一些关于钒渣中钒的价态形式的不同结论.陈的∆G值最大；VO被FeO继续氧化成V2O3的反应的[9]ӨӨ东辉等认为钒在钒渣中以+3和+4两种价态存在；∆G值大于VO生成的∆G值；V2O4被Fe还原成V2

5、O3[10][11]ӨӨWerme等认为钒在钒渣中以+3形式存在；Nohair等的反应的∆G值与V2O4的生成反应的∆G值相差很小，在文献中指出钒铁尖晶石有多种分子式，钒呈+2,+3等且随着反应温度的升高，后者逐渐小于前者；V2O5被Ө价态.针对此种情况，本工作以FactSage热力学计算软Fe还原成V2O3的反应的∆G值远小于V2O5的生成反应Ө件的计算结果为依据，对铁水中钒的氧化行为及钒渣中的∆G值.Ө钒、铁存在的价态进行了理论分析，模拟铁水中钒的氧根据∆G值越负，化学反应正向进行越容易的原理[12]化反应制取钒渣，运用X衍射分析了钒铁尖晶石的分

6、子可知，FeO与V反应生成V2O3的反应最容易进行，组成，验证了理论分析结果，并研究FeO对钒铁尖晶石其次是生成VO的反应；V2O4的生成反应和还原反应互形成的影响.相抑制，且随着温度的升高，V2O4的生成反应变难，还原反应变易，使得V2O4更难稳定存在；V2O5的生成反2铁水中钒氧化的热力学分析应很难进行，且生成的V2O5将迅速被Fe还原成V2O3，由于铁水中各组分的氧化速度比基本上遵守浓度使得V2O5无法存在；VO被FeO继续氧化成V2O3的趋比，低钒铁水整个吹炼过程的氧化特征可视为在铁水势小于其生成的趋势，使得反应生成的VO能稳定存在；气、液界

7、面上消耗的氧气首先通过反应(1)式形成以FeO高价钒氧化物被还原的同时，部分铁也被氧化为+3价.占绝对优势的初渣，然后再通过反应(2)式即FeO的传由此推得，反应式(3)即V与FeO生成V2O3的反应收稿日期：2008−10−16，修回日期：2009−03−16基金项目：国家973计划资助项目(编号：2007CB613503)作者简介：青雪梅(1984−)，女，四川省南充市人，硕士研究生，冶金工程，E-mail:qingxmfly@126.com.增刊1青雪梅等：铁水中钒氧化及钒铁尖晶石形成的研究123是铁水中钒氧化的主要反应，V2O3是主要的钒氧化

8、物，3.2实验原料3+V是钒在钒渣中的主要价态；铁水中的少部分V也与实验所用原料有工业纯铁、钒铁、碳棒、Si