Минералы, руды и концентраты ванадия

Промышленное значение имеют минералы, содержащие

ванадий: титаномагнетит (Fe,V,Ti)₃O₄, кульсонит (Fe, V)₃O₄, роскоэлит K(V,Al,Mg)₃(AlSi₃)O₁₀∙(OH)₂, карнотит K₂(UO₂)₂(VO₄)∙3H₂O.

Промышленные руды классифицируют на следующие группы (в квадратных скобках – подгруппа): 1) собственно ванадиевые руды, >3% V₂O₅ [роскоэлитовые руды]; 2) комплексные ванадиевые руды цветных и редких металлов, ³1% V₂O₅ [карнотитовые, ванадинитовые бокситы]; 3) черных металлов, £1% V₂O₅ [магнетиты, титаномагнетиты, оолитовые бурые железняки]; 4) горючие и другие ископаемые, £1% V₂O₅ [асфальтиты, битумы, сланцы, угли, фосфориты].

Среди перспективных месторождений титаномагнетитов, подготавливаемых к эксплуатации, является Чинейский рудный комплекс (Россия), расположенный в Забайкалье на севере Читинской области в зоне Байкало-Амурской магистрали. По разведанным запасам ванадия (более 50 млн.т) это месторождение является уникальным и не имеет себе равных в мире. Рядовая руда содержит 25-35% Fe; 4–7% ТiO₂; 0,35–0,55% V₂O₅. В качестве попутных элементов в этих рудах присутствуют медь 0,01-0,4%, кобальт, платина, палладий.

На территории Украины имеется Керченское месторождение железных руд, содержащих 0,13–0,15% V₂O₅, но эти руды высокофосфористые 1,0% и высокосернистые 0,2% S.

Технология металлургического передела ванадийсодержащих концентратов

Основным источником ванадия являются титаномагнетитовые руды, обогащением которых получают концентраты (табл. 10.1) для металлургического передела с целью получения V₂O₅ и феррованадия.

Таблица 10.1 Химический состав, %, ванадийсодержащих руд и концентратов

Месторождение	Fe2O3	FeO	V2O5	TiO2	SiO2	Cr2O3	Al2O3	MnO	CaO	MgO	P	S
Руды
Куксинское	34–38	28–31	0,63–0,68	13–14	4–10	0,5–0,7	4–8	0,2–0,3	2–3	4–5	0,01–0,02	0,01
Первоуральское	32–36	21–23	0,50–0,60	4,0	12–16	0,1–0,2	10–12	0,2–0,3	5–7	6–8	0,01–0,02	0,06
Керченское	54,3	–	0,13–0,15	–	19,4	–			1,9	0,4	1,0	0,2
Концентраты
Лисаковское	60,5	–	0,12	–	7,5	–	6,94	0,39	1,36	0,90	0,83	–
Аятское	55,0	–	8,14	–	11,0	–	7,11	0,2	1,69	1,78	0,4	–
Пудожгорское	52,0	–	1,03	15,0	6,5	–	–	0,4	–	–	0,010	–
Качканарское	53,3	26,7	0,55	2,7	6,6	0,1	2,66	0,37	3,1	3,0	0,01	0,04

Промышленная технология извлечения ванадия из титаномагнетита основана на многостадийном металлургическом (рис. 10.8) и химическом переделах с получением товарного пентаоксида ванадия (V₂O₅).

Рис. 10.8. Принципиальная схема обогащения качканарских руд

Металлургический передел. Основные стадии передела железованадиевого концентрата с получением богатого ванадиевого передельного шлака и полупродукта для выплавки ванадийсодержащих сталей приведены на рис. 10.9.

Технологическая схема включает основные стадии: 1) подготовку ванадийсодержащих руд к плавке методом агломерации или окомкования; 2) доменную плавку; 3) деванадацию чугуна; 4) химическое извлечение ванадия из шлаков и т.д.

Рис. 10.9.Технологическая схема металлургического передела

ванадийсодержащих титаномагнетитов

Качканарарского месторождения

Доменный процесс имеет некоторые особенности по сравнению с обычной выплавкой чугуна. Для более полного перехода ванадия в чугун процесс ведут при 1300–1350^оС и основности шлака 0,8–0,9. В результате получают чугун, содержащий 0,45% V, 0,1-0,35% Si, 0,25% Ti. Чугун, в который переходит 81–83% V, направляют на деванадацию в кислородные конвертеры. Полученный конвертерный шлак, содержащий 12–24% V₂O₅ идет на химический передел для производства оксида V₂O₅ или непосредственно для выплавки сплавов с ванадием.

Ниже приведен химический состав, %, шлаков при деванадации жидкого чугуна в конвертере продувкой кислородом сверху и воздухом при нижней продувке:

Продувка чугуна	V2O5	SiO2	FeO	MnO	CaO	MgO	TiO2	Cr2O3
Кислоро-дом сверху	14,02	22,5	44,5	5,6	1,2	-	7,0	2,0
Нижняя продувка воздухом	13,51	20,4	34,3	5,5	0,7	1,1	6,4	1,6

Шлаки содержат V³⁺ в ванадиевом шпинелиде (Fe, Mn, Mg)O∙(V, Fe, Al, Cr)₂O₃.