由钒钛磁铁矿直接生产五氧化二钒工艺实例

以钒钛磁铁矿为原料直接生产V₂O₅的工厂主要有南非、芬兰及澳大利亚等国的钒厂。钒钛磁铁矿中钒主要以类质同象取代尖晶石中的铁，但各地的钒钛磁铁矿仍有其成矿的差异。

一、芬兰

芬兰劳塔鲁基公司的奥坦马基矿含40%的磁铁矿，含V 0.25%～0.3%。钒存在于钛磁铁矿晶格中。矿石先磁选去掉脉石，然后细磨至0.1～0.2mm，湿式磁选得含钒磁铁矿精矿，成分如下：

成分     V       Fe     TiO₂     SiO₂

%     0.65     69.5     1.8      0.5

该流程的特点为用球团矿在竖炉中氧化钠焙烧。加3%～6%的纯碱制成10～12mm的球团入炉，1200℃停留约11h。冷却至600～700℃出炉。用水浸36h。钒浸取率大于95%。加Al₂（SO₄）₃除硅，清液加硫酸铵沉淀出多钒酸铵。浸取后的球团作为炼铁原料。

木斯塔瓦拉是该公司在1962年发现的新基地，1976年建成投产。矿石含Fe 17%、V 0.2%。其工艺流程基本上与奥坦马基相似。钒的总回收率为77%。沉钒率为99.8%，年产V₂O₅ 3kt。成品成分如下：

二、南非

南非德兰士瓦的布什维德火成岩有约20亿t钒钛磁铁矿。主矿层含V₂O₅ 1.5%左右，54%～60%的Fe及12%～14%的TiO₂。

（一）德兰士瓦的威特班克钒厂

其原料成分如下：

其生产流程如图1。矿石经磨细至70%－200目，脱水，配加纯碱、食盐、芒硝，在回转窑内1200℃氧化焙烧。排出的HCl气体，先喷水冷却，然后用氨中和，经过循环吸收，NH₄Cl达到150～180g/L，用作沉钒剂。焙烧料比重大、多孔，用水渗滤浸取。浸取液用NH₄Cl沉钒得偏钒酸铵。偏钒酸铵在50℃下干燥，为白色结晶，作为产品出售。进一步煅烧脱氨，得红色氧化钒作催化剂用。进一步熔化，可制成熔片出售，成分如下：

图1  南非威特班克厂流程

从矿石至产品，钒的总收率约60%。沉钒后液经蒸发、浓缩后可析出NaCl，与NH₄Cl母液，均可返回使用。

（二）米德尔堡的瓦斯帕克洛夫厂

该厂于1974年投产。也用布什维德矿作原料。成分（%）如下：

矿石先碎至30mm，烘干，再磨细至70%－0.09mm，添加芒硝，用Na₂SO₄返液造粒，粒径10～12mm。先在链箅机上干燥、预热至900℃，然后在回转窑1270℃焙烧60～110min，转化率大于92%。研究认为，利用返液中的V^5＋在焙烧中起催化作用，可促进矿石中的三价钒与芒硝反应转化为可溶性V₂O₅。矿石中的SiO₂对钒的转浸率有明显影响。由2可见，SiO₂大于2.5%才有明显的不利影响，碱与硅酸的结合随温度升高及时间延长而增加。

图2  氧化硅对钒浸出率的影响

1－添加7%Na₂SO₄；2－添加14%Na₂SO₄

焙烧后的球团在串联的大型浸取塔利用热水作逆流浸取，温度对浸取率有明显影响，如图3所示。提高温度至125℃可明显缩短浸取时间。

图3  浸出温度对钒浸出率的影响

所得浸取液含35～70g/L V，1g/L SiO₂左右，悬浮物3～7g/L。除硅时加入Al₂（SO₄）₃，用量每mol的SiO₂为1.2mol。

沉钒时加入（NH₄）₂SO₄用量每mol的V₂O₅为1.2mol，pH＝7.5～9，温度为25～35℃，得到的偏钒酸铵含Na₂O小于0.1%，在回转窑内分解、熔化成V₂O₅熔片出售。

采用钒钛磁铁矿直接氧化钠化焙烧后，浸取渣含钠高时，不宜再用作炼铁原料，或只能部分用作炼铁原料，是本法的重大缺点。