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冶金科技�(jiǎng)一等獎(jiǎng) | 攀西釩資源綠色高效利用�(guān)鍵技�(shù)與應(yīng)�

2022-08-30 16:57    來源:中國鋼鐵新聞網(wǎng)
  完成�
  何文藝、彭 �、劉作華、王紹東、薛楠楠、張 �、葉 露、楊 �、張小兵、陶長元、陳 �、申 彪、郝建璋、羅以超、李月鵬
  完成單位
  攀鋼集�(tuán)攀枝花鋼鐵研究院有限公�、攀鋼集�(tuán)成都鋼釩有限公司、攀鋼集�(tuán)釩鈦資源股份有限公司、攀鋼集�(tuán)工程技�(shù)有限公司、重慶大�(xué)、武漢科技大學(xué)、成都先�(jìn)金屬材料�(chǎn)�(yè)技�(shù)研究院股份有限公�、釩鈦資源綜合利用國家重�(diǎn)�(shí)�(yàn)�
  研究背景
  釩是我國的優(yōu)勢戰(zhàn)略資�,是�(fā)展現(xiàn)代工�(yè)、現(xiàn)代國防不可缺少的重要材料。中國是釩資源大�,儲(chǔ)�、產(chǎn)量均居世界第一;其中攀西釩資源得天�(dú)�,釩資源�(chǔ)量占全國63%。目前全�88%的釩來自釩鈦磁鐵礦—釩渣提釩流�,已工業(yè)化的釩渣提釩技�(shù)有兩�,但均沒有解決綠色制�、高品位氧化釩與低成本生�(chǎn)的難題�
  傳統(tǒng)的鈉鹽提釩工藝是�(yīng)用最�、也最成熟的提釩技�(shù),但在人們對(duì)美好生活越來越強(qiáng)烈的綠色�(fā)展需求下,該工藝存在:高鈉高氨氮廢水處理能耗高、廢硫酸鈉難利用、固廢總量大、輔材消耗量�、生�(chǎn)成本高等難題,全行業(yè)采用該工藝每年產(chǎn)�310萬m3高鹽廢水�170萬噸提釩固廢,消�1.25×107GJ能源,排�340萬噸二氧化碳,這是制約全球釩產(chǎn)�(yè)高質(zhì)量發(fā)展的瓶頸問題�
  另一種是俄羅斯石灰提釩工�,因所得產(chǎn)品品位低,僅90%�94%,不能滿足市場對(duì)高質(zhì)量氧化釩的需�,目前僅Evraz公司圖拉釩廠使用。�(jìn)一步提純制備高品位氧化釩產(chǎn)�,同樣存在與鈉鹽提釩工藝相似的廢水處理和成本高的難題�
  此外,國�(nèi)外研究了各種綠色提釩工藝,但因存在各種問題,多處于實(shí)�(yàn)室研�(fā)或規(guī)模驗(yàn)證中,尚未實(shí)�(xiàn)大規(guī)模產(chǎn)�(yè)��
  綜上,亟需開發(fā)新的釩渣提釩工藝,解決綠色制�、高品位釩產(chǎn)品與低成本生�(chǎn)的全行業(yè)共有的難��
  研究歷程
  2006�,鞍鋼集�(tuán)攀鋼研究院先后與重慶大�(xué)、武漢科技大學(xué)等聯(lián)�,以國家“十一五”科技支撐�(jì)劃為依托,針�(duì)傳統(tǒng)鈉鹽提釩工藝和石灰提釩工藝存在的問題,基于源頭減排的頂層�(shè)�(jì)思路,通過理論分析和大量實(shí)�(yàn)室試�(yàn)以及年處�120噸標(biāo)�(zhǔn)釩渣全流程擴(kuò)大試�(yàn),構(gòu)建了“釩渣鈣化焙燒—銨介質(zhì)在線循環(huán)”提釩新工藝;以6000噸釩�/a清潔提釩示范線為平臺(tái),完成了工業(yè)�(guī)模的全流程試�(yàn)�(yàn)證和技�(shù)�(jīng)�(jì)�(píng)估,確定了工藝技�(shù)的可行�。在此基�(chǔ)�,設(shè)�(jì)新建了年處理16萬噸釩渣的攀鋼西昌釩制品公司,攻克了焙燒黏結(jié)和浸出裝備研�(fā)等工程化技�(shù)難題,成功實(shí)�(xiàn)新工藝產(chǎn)�(yè)化轉(zhuǎn)�;同�(shí),從末端治理和高值資源回收的角度,實(shí)�(xiàn)了廢棄物中錳、鐵、釩資源有效利用,最終形成了釩資源綠色高效利用系列關(guān)鍵技�(shù)�
�1 �(xiàng)目研�(fā)歷程
  主要?jiǎng)?chuàng)新性成�
  1.原創(chuàng)提出基于源頭減排的攀西釩資源綠色高效提釩工藝
  �(xiàng)目分析發(fā)�(xiàn),傳�(tǒng)提釩工藝中鈉鹽等堿金屬化合物易溶于水,在水系�(tǒng)“易�(jìn)難出�,無法有效排出是廢水難處理和固廢多的根源;�(jìn)一步推廣到堿金屬鹽�,也存在類似問題;其�,由于堿金屬鹽活性強(qiáng),高溫焙燒副反應(yīng)多,�(dǎo)致用量大,以致最終固廢種類多、量大且難處�。制取高�(zhì)量釩�(chǎn)品需要使用銨鹽作為沉淀劑,但同�(shí)也帶來了高氨氮廢水處理成本極為高昂和無法回用的難��
 ?�?)提出了以非堿金屬化合物作為焙燒添加劑的新方法,揭示了釩渣鈣化焙燒物相轉(zhuǎn)化規(guī)�,建立了適合大部分含釩物料的鈣化焙燒技�(shù),焙燒添加劑石灰石(CaCO3)單耗較傳統(tǒng)鈉鹽工藝純堿(Na2CO3)用量大幅降�,實(shí)�(xiàn)源頭減量57.26%�
  �2)闡明了銨對(duì)釩浸出穩(wěn)定性的影響�(guī)�,首�(chuàng)了銨鹽沉�-廢水石灰中和-銨介�(zhì)在線循環(huán)技�(shù),制備了高質(zhì)量釩�(chǎn)�、解決了含氨廢水的低成本處理和循�(huán)利用難題,突破了傳統(tǒng)石灰提釩工藝不能制備合格�(chǎn)品的限制�
 ?�?)構(gòu)建了“釩渣鈣化焙燒—硫酸浸出—銨鹽沉釩—銨介質(zhì)循環(huán)利用”新工藝,突破了傳統(tǒng)提釩技�(shù)無法兼顧綠色、高品質(zhì)和低成本生產(chǎn)的技�(shù)瓶頸,在國際上首次實(shí)�(xiàn)了廢水低成本零排放�
�2  “釩渣鈣化焙�-銨介�(zhì)在線循環(huán)”工�
  2.首創(chuàng)“緩釋熱控溫-無黏�(jié)焙燒”通用技�(shù)
  釩渣焙燒過程中常常出�(xiàn)物料黏結(jié)�(xiàn)�,往往�(dǎo)致釩�(zhuǎn)化率下降,嚴(yán)重者設(shè)備無法正常運(yùn)�。業(yè)界普遍認(rèn)�,焙燒過程生成的低熔�(diǎn)釩酸鹽是液相的主要來源。因�,傳�(tǒng)方法是在入爐料中配加提釩尾渣,通過降低熟料中的釩酸鹽總量來避免黏結(jié)。但在新工藝�(chǎn)�(yè)化過程中,由于工藝特�(diǎn)無法�(shí)施上述技�(shù),因此須從原理機(jī)制上�(chuàng)�,另辟蹊徑解決上述難題�
  �1)通過理論研究和大量試�(yàn),闡明了造成焙燒過程頻繁粘窯�(jié)圈的主要原因是含釩物料在特定溫度范圍迅速氧化并與添加劑化合,短�(shí)間內(nèi)集中釋放巨大的反�(yīng)�,因來不及散熱形成“料溫升高—快速反�(yīng)—集中放熱—料溫升高”連鎖反應(yīng),最終導(dǎo)致物料溫度過高,出現(xiàn)大量液相物質(zhì)而發(fā)生物料燒�(jié),并黏結(jié)在窯壁上形成�(jié)圈,阻止了氧氣�(jìn)入顆粒內(nèi)部反�(yīng),釩�(zhuǎn)化率明顯降低�
 ?�?)開�(fā)了配加惰性熟�-吸收反應(yīng)�-控溫焙燒技�(shù),并�(jìn)一步揭示了熟料中高�(jià)釩在尖晶石氧化過程中的催化作用,解決了工程化過程的物料粘窯結(jié)圈難�,釩�(zhuǎn)化率�83%以下提高�88%以上,保證了焙燒作業(yè)�(wěn)定受�,焙燒工序處理能力大幅度提高,回�(zhuǎn)窯利用系�(shù)提高�0.33t/(m3·d�,達(dá)到了行業(yè)�(lǐng)先水��
  3.開發(fā)出恒pH選擇性強(qiáng)化浸出釩技�(shù)及裝�
  因攀西釩鈦磁鐵礦中磷含量高的稟賦特點(diǎn),釩渣焙燒所得熟料浸出過程中,部分磷隨著釩的浸出�(jìn)入溶�,當(dāng)磷含量較高時(shí),會(huì)降低釩的沉淀率,影響五氧化二釩及釩鐵、釩氮合金產(chǎn)品質(zhì)量,添加到鋼材中將降低鋼鐵的塑性和沖擊韌性等,所以在酸性條件下選擇性浸出釩和抑制磷的浸�,是提釩的關(guān)鍵技�(shù)難點(diǎn)之一�
 ?�?)揭示了鈣化焙燒熟料中釩磷溶解規(guī)律,開發(fā)出恒pH選擇性浸出技�(shù)及自�(dòng)加酸裝備,突破了選擇性浸釩抑磷的技�(shù)難題,釩�(chǎn)品質(zhì)量達(dá)到行�(yè)�(biāo)�(zhǔn)�
 ?�?)建立了鈣化焙燒熟料恒pH硫酸浸出�(dòng)力學(xué)模型,開�(fā)了提高初期攪拌強(qiáng)�、強(qiáng)化浸出動(dòng)力學(xué)條件的技�(shù)及關(guān)鍵裝�,釩的浸出率提高�97%以上�
  4.�(gòu)建提釩廢棄物資源化高值化利用技�(shù)
  基于頂層�(shè)�(jì)思路,在固廢總量大幅度減少的基礎(chǔ)上,再結(jié)合提釩尾渣和廢水的成分特�(diǎn),對(duì)尾渣中的鐵、錳、釩等有益元素�(jìn)行資源化利用研究,對(duì)提釩廢水中錳資源�(jìn)行回收的研究,開�(fā)了提釩尾渣資源化利用技�(shù)、電解法處理沉釩廢水回收金屬錳技�(shù),實(shí)�(xiàn)了廢棄物全量化利��
 ?�?)發(fā)明了提釩尾渣浮選分離石膏-富鐵料制作煉鋼造渣球技�(shù),實(shí)�(xiàn)了提釩尾渣的增值利�。提釩尾渣經(jīng)浮選分離后,所得富鐵料鐵含量富集到40.80wt%,硫含量降低�0.28%,滿足制作煉鋼造渣�?qū)ξ苍某煞忠蟆?/div>
  �2)發(fā)明了低錳濃度提釩廢水電解回收金屬錳技�(shù),電解后的陽極液可直接返回浸出循�(huán)利用,解決了廢水處理�(chǎn)生的固廢石膏渣問�,回收金屬錳的價(jià)值抵消了電能的投入,�(shí)�(xiàn)了零成本廢水處理�
  �(yīng)用情況與效果
  1.�(chǎn)線應(yīng)用及效果
  基于本項(xiàng)目而建的攀鋼西昌釩�(chǎn)線(見圖3),�2012年運(yùn)行至�,生�(chǎn)�(wěn)定受控,所得五氧化二釩�(chǎn)品品�>98%,釩收率提高�84.10%,產(chǎn)量超�(shè)�(jì)�(chǎn)�32%,廢水實(shí)�(xiàn)低成本零排放,固廢實(shí)�(xiàn)資源化利用,首次在全球釩行業(yè)�(shí)�(xiàn)了綠色制��2018�-2021�6月新增產(chǎn)�67億元�2021�,攀鋼釩鈦上市公司以46.11億元100%收購西昌釩制品,�(shí)�(xiàn)了技�(shù)�(chuàng)新到�(xiàn)�(shí)生產(chǎn)力的�(zhuǎn)��
 
�3  攀鋼西昌釩制品公司
  2.技�(shù)先�(jìn)性對(duì)�
  �(xiàng)目共獲得中國�(fā)明專利授�(quán)17�(xiàng),實(shí)用新型專利授�(quán)2�(xiàng),并在俄羅斯、南�、新西蘭等主要產(chǎn)釩國獲得�(fā)明專利授�(quán)16�(xiàng);制�1�(xiàng)行業(yè)�(biāo)�(zhǔn);發(fā)�21篇論�;形成了具有自主知識(shí)�(chǎn)�(quán)的專利集群保�(hù)體系�1�(xiàng)主專利獲2013年紐倫堡國際�(fā)明博覽會(huì)金獎(jiǎng)�2�(xiàng)主專利獲得中國專利優(yōu)秀�(jiǎng)
  與傳�(tǒng)工藝相比,本工藝所得產(chǎn)品V2O5品位�,釩收率�(dá)到了�(lǐng)先水平,輔材消耗量減少�51.40%,綜合能耗降低了33.18%,碳減排�62.88%,廢水處理副�(chǎn)固廢減量�52.38%,提釩尾渣實(shí)�(xiàn)資源化利�,加工成本最�,很好地解決了綠色制造與�(jīng)�(jì)效益的矛��
  技�(shù)研發(fā)過程形成的成果獲�3�(xiàng)四川省科技�(jìn)步獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)�2016年,�(xiàng)目成果參加了國家“十二五”科技�(chuàng)新成就展并獲得好�(píng)�
  2020�12�12�,鋼�(xié)組織�(duì)本項(xiàng)目成果�(jìn)行了�(píng)�(jià),由包括5位院士在�(nèi)�11名行�(yè)專家組成的評(píng)�(jià)組,�(rèn)定“技�(shù)成果已在18800tV2O5/a清潔提釩生產(chǎn)線穩(wěn)定運(yùn)�6年,�(jīng)�(jì)、社�(huì)效益顯著。項(xiàng)目成果核心技�(shù)�(dá)到國際領(lǐng)先水平��
  2021�,攀鋼西昌釩制品公司成為中國釩行�(yè)唯一入選國務(wù)院國資委國有重點(diǎn)企業(yè)管理�(biāo)桿創(chuàng)建行�(dòng)管理�(biāo)桿企�(yè)�
  �(xiàng)目研究成果適用于全球以釩渣為原料的釩生產(chǎn)企業(yè),具有很好推廣應(yīng)用前�,對(duì)于其他含釩物料也有較大的適應(yīng)性。該技�(shù)推動(dòng)我國釩產(chǎn)品的綠色制造技�(shù)從“跟�、并跑”轉(zhuǎn)�?yōu)椤邦I(lǐng)跑��
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