攀钢钒资源开发利用纪实

2003-10-14 00:00 来源: 我的钢铁 作者:mysteel
    1830年,瑞典化学家正式宣布钒的发现,并以美丽之神——凡娜迪丝命名为“钒(Vanadium)”。钒这种元素有“黑色磨石”之称,她以其优异的性能在现代社会中扮演着越来越重要的角色。
    钒主要用于钢铁工业,其作用:一是合金化作用,可细化晶粒,改善钢的性能,生产高强度低合金钢、高速钢、工具钢、不锈钢及永久磁铁等。含钒钢具有强度大,韧性、耐磨性、耐腐蚀性好等特点,广泛用于机器制造、汽车、航空航天、铁路、桥梁等生产建设领域。钒作为合金元素可提高钢的强韧性,90%以上用于大口径钢管用高强度钢(输油管、海底输送含硫天然气管道、造船、建筑钢筋、桥)和高速工具钢(汽车曲轴、连接杆、驾驶盘的锻造部件)及金属模具等;二是用于有色金属及稀有合金,钒在钛铁合金中是一种重要的合金元素,在钢中添加万之分几,就可提高钢的韧性、强度和抗腐蚀性,是工具钢、结构钢、耐腐蚀钢、装甲钢等工业、军工材料生产的最佳材料之一,也是航天、航空的重要材料。钢铁工业方面占钒总耗量的85%。随着钢铁工业的发展,钒的用量将越来越大,特别是汽车工业、建材工业等方面的低合金高强度钢的进一步发展应用,将促进钒用量的进一步增加,钒的氧化物也是化学工业中不可缺少的催化剂。在电子工业、宇航、陶瓷工业中也使用钒和钒的化合物。据预测,今后钒的消耗量将以每年4.3%的速度递增。
    
    在中国西南川滇交界处的攀枝花,有一块造物主赐于人类的宝地,这就是举世闻名的攀枝花地区蕴藏有大量钒钛磁铁矿,在这块仅占全国面积1/150的国土上,除了蕴藏着占全国13.3%的铁、91%的钛及62%的钒外,还有煤、水力等众多资源,其中钒钛磁铁矿的潜在经济价值高达6.25万亿美元,其资源独占优势。“这里得天独厚”,是小平同志对攀枝花的评价。攀枝花因具有丰富的钒钛资源,又被誉为“钒钛之都”。
    钒在地壳中的丰度为0.02%,世界上已知的钒储量98%产于钒钛磁铁矿。现已查明,世界钒钛磁铁矿储量很大,并且集中在少数几个国家和地区,其中,攀枝花地区钒资源储量为884.5万吨(以金属钒计),占世界的11.6%,占中国的62.5%,资源相当丰富。开发攀西钒资源,这是几代攀钢人的共同夙愿。对此,党和国家几代领导人对攀枝花建设给予关注,毛主席说:“攀枝花建设不好,我睡不好觉”;邓小平讲:“攀枝花得天独厚”;江泽民题词:“努力把攀钢建设成为现代化的钢铁钒钛基地”。为了历史的重托,为了彻底结束中国长期依赖外国进口钒的历史,攀钢以开发和利用钒资源为已任,变资源优势为经济优势,经过不懈努力,目前,攀钢已形成钒渣、五氧化二钒、三氧化二钒、高钒铁、钒氮合金等粗、中、高钒系列产品结构,成为世界三大产钒企业之一,也是中国最大的钒制品生产基地,钒制品生产技术达到世界先进水平。其产品远销日本、欧美等市场,其中,钒渣占国内市场的80%,占国际市场的15%,钒铁占国内市场的60%至70%,中国由钒进口国变为钒出口国。
    
    中国钒工业的崛起主要得益于攀枝花钒钛磁铁矿的开发利用。
    1970年7月,攀钢组成雾化提钒试验组,到1973年,先后建成3座60吨雾化提钒试验炉。到1978年,共生产雾化钒渣6万吨。在此基础上,攀钢于1978年建成雾化提钒车间,有2座120吨雾化提钒炉,进行钒渣生产。
    1980年,攀钢开始出口钒渣、五氧化二钒、钒铁。从此,中国从钒进口国一跃而成为钒出口国。
    1984年,攀钢开发出钒渣一次焙烧水浸提钒技术,并在国内推广。该技术获得四川省科技进步一等奖和国家专利。
    1990年,攀钢建成年产2000吨五氧化二钒车间。
    1992年,攀钢建成了用电铝热法冶炼高钒铁的试验车间,其能力为600吨/年。当年6月正式采用电铝热法冶炼出第一炉高钒铁,其质量完全达到国际先进水平。该产品的问世,填补了我国钒冶炼史上的空白。
    1993年,攀钢引进了卢森堡电铝热法冶炼高钒铁设备,在广西北海建成了生产能力可达4000吨钒铁合金的车间。
    1994年,攀钢开发了用煤气还原多钒酸铵制取三氧化二钒技术,该工艺技术居世界领先水平,获得国家发明专利、“九五”国家重点科技攻关计划项目优秀成果奖、四川省科技进步一等奖和全国冶金行业科技进步一等奖。
    1995年,攀钢将雾化提钒改为转炉提钒,建成了2座120吨年产11万吨标准钒渣的提钒转炉。
    1998年,攀钢从德国引进设备,建成了年产2400吨三氧化二钒的年间。同时进行了三氧化二钒冶炼高钒铁的试验。
    1998年,攀钢与东北大学在实验室合作开发出钒氮合金产品。
    1999年,攀钢独立建成年产30吨氮化钒试验装置,并开展实验。
    2000年,攀钢开始进行二步法冶炼钒中间合金的试验。
    2001年,攀钢建成了年产100吨的氮化钒试验生产装置。
    2002年6月,攀钢采用自己的专有技术,仅用3个月的时间就建成了年产300吨的钒氮合金生产线。
    2003年8月,建成年产1000吨的钒氮合金生产装置。
    作为攀钢支柱产业之一的钒产业,从无到有、从小到大,走过了一条崎岖不平的发展之路。这其中有过胜利的喜悦,也有过失落的困惑。然而,他们以创新的精神,顽强的意志,努力实践着几代中央领导人和几代攀钢的共同梦想。
    
    目前,攀钢钒制品大家族中,已形成钒渣、五氧化二钒、三氧化二钒、中、高钒铁及含钒高强度钢筋等系列产品生产能力。
    1.钒渣
    钒渣属钒的初级产品,是提取钒氧化物的主要原料,另外,炼钢时加入钒渣可起合金化作用。
    世界上处理钒钛磁铁矿的国家和地区有:南非的海威尔德、芬兰的奥坦梅基和木斯塔瓦拉矿层,还有挪威的罗德萨克。近年来,国际市场对钒的需求量逐渐扩大,但咖一方面市场竞争更为激烈,尤其是南非、前苏联等产钒地的竞争性强、工艺先进、设备精良,长期称雄世界钒市场。
    面对如林的强手,攀钢确定了“钢钒并举,以特色产业取胜”的钒产业发展方针。攀钢入首创的用普通高炉冶炼钒钛磁铁矿技术,将呆矿变为活矿,为此,攀钢荣获“国家科技发明一等奖”。1978年,2座120吨的雾化提钒装置拔地而起,年产钒渣7.5万吨,占全国总产量的70%,这标志着攀钢人终于拉开了钒业生产的大幕。为了进一步利用攀枝花的钒资源,改善钒渣的质量,1991年起攀钢开始建转炉提钒车间,1994年底建成了拥有2座120吨转炉的提钒车间,进行转炉提钒试验。现转炉钒渣年产13.5万吨,今年可达17万吨。
    攀钢是将炼钢生产出粗钒渣(其物理结构呈黑色块状混合物,其主要成分是五氧化二钒和金属铁,以及含有少量的其它有害杂质,如二氧化硫、磷、氧化钙等)进行加工,经过“三破三选”工序,使钒渣块度在200*200mm以下,金属铁含量在20%以下,经过加工后的钒渣称为精钒渣,方可外卖或自用。该产品生产执行标准为YB/T008-1997。
    2.五氧化二钒
    五氧化二钒属钒的基本产品,产品为灰黑色的片状氧化物,主要成分是五氧化二钒,中含有极少的其它成分。该产品主要作为冶炼高钒铁等产品的生产原料和用于化工、医药中作为触媒剂,在核工业、电子、电影等方面也有广泛的用途。
    世界五氧化二钒的生产国家主要是南非、俄罗斯、美国、中国和日本等,其生产五氧化二钒的方法基本相同,只是原料不同,具体条件有差异。大多数用五氧化二钒冶炼高钒铁,作为最终炼钢的合金添加剂。
    1990年,随着攀钢二期工程建设全面拉开,攀钢在资金紧缺的情况下,采取职工集资方案,兴建了五氧化二钒车间,这为钒产品的深加工创造了一个良好的开端。该产品生产现执行GB3283-82标准。
    3.三氧化二钒
    作为钒产品深加工的基本原料之一,主要用于冶炼高钒铁。三氧化二钒生产技术是一种代表世界钒产业发展方向的国际先进技术。
    在钒的生产中,国内目前都是用含钒原料(钒渣、精矿或其它原料)先制取五氧化二钒,后再加工成其它钒合金制品使用。近年来,国外先进企业(如奥地利TWC公司等)已经不再生产五氧化二钒,而是生产三氧化二钒,其生产方法是用钒酸铵为原料,用天然气或氨气为还原剂制取。与传统的五氧化二钒相比,三氧化二钒再冶炼高钒铁可节约还原剂——铝30%至40%,可大大降低生产成本,同时钒的回收率可以提高3%以上。国外研究表明,三氧化二钒是世界钒制品生产的必然发展趋势。
    攀钢从1994年开始开发工业煤气还原多钒酸铵制取三氧化二钒生产技术,经过艰苦的试验,研制出合格的三氧化二钒,并冶炼出高钒铁,逐步形成了具有自主知识产权的成套技术,其生产成本比五氧化二钒降低10%以上,从钒渣到钒铁,钒的总回收率提高4%至5%。此技术攀钢已经申报了国家专利。攀钢于1996年11月成立了三氧化二钒工业实验车间,并积极开展了各种试验,取得了明显成果,填补了国内三氧化二钒生产技术空白,结束了国外垄断该技术的历史,并为兴建三氧化二钒工艺线做好了技术准备。1998年7月,攀钢从德国引进的三氧化二钒车间投产,现月产已突破300吨,达到设计水平。这套设备技术在国际上处于领先地位,目前国际上能生产三氧化二钒的只有三家企业(一是美国的一家公司,二是奥地利一家,三是攀钢),通过引进及消化移植,攀钢掌握了钒生产的关键技术,钒生产技术达到世界先进水平。1998年产三氧化二钒440吨、1999年2180吨,2000年达3200号。引进三氧化二钒生产后,降低了生产成本,用三氧化二钒冶炼高钒铁(与用五氧化二钒相比)每吨可节约230公斤铝豆,折算后仅此一项每吨可节约成本4000元,成本的降低使产品更具竞争优势。此技术还为新产品的开发创造了条件,为钒产业今后的发展起到了积极作用,如生产出了钒氮合金、粉状五氧化二钒等新产品。三氧化二钒生产线的建成投产使钒产量上了台阶,工艺技术上了档次,为钒产业进入良性循环,走持续发展道路奠定了基础,将为我国钒的生产技术赶超世界先进水平作了巨大贡献。
    4.高钒铁
    高钒铁产品呈银白色粒状,高价值的金属钒含量达80%,其产品主要作为炼钢添加剂,它可以改善钢材的综合性能,如增强钢的耐磨、耐热、耐腐蚀、强韧等性能。
    国内生产钒铁的企业一般是用电硅热法生产,产品含钒大约在50%左右,被称做中钒铁。1991年,攀钢的科技人员经过不懈努力,开发出了高钒铁,采用西方发达国家普遍采用的电铝热法生产出产品含钒达80%左右的高钒铁(FeV80)。1992年,攀钢将这一成果及时转化,兴建了年产600吨的高钒铁车间,经过半年的试生产,于当年6月正式采用电铝热法冶炼出第一炉高钒铁,其质量完全达到国际先进水平,该产品的问世,填补了我国钒冶炼史上的空白,不仅满足了攀钢自已冶炼含钒钢种的需求,而且每年出口高钒铁到日本、东南亚和西欧,产品质量达到国际标准,为我国钒制品占领国际市场创造了条件。1994年,攀钢在文西北海建成高钒铁生产PG0.23003-92标准,产品质量荣获冶金博览会金奖。
    5.钒氮合金
    钒氮合金生产技术是一种代表世界钒产业发展方向的国际领先技术。目前世界上仅有美国一家公司和攀钢掌握此技术。
    钒氮合金产品和高钒铁一样,敢是一种合金添加剂,是目前新开发出来的一种产品,与高钒铁相比,用量可以节约20%以上。攀钢于1993年在实验室条件下,开发了钒氮合金,实现了常、连续生产,与美国技术相比,还原时间缩短了90%,此技术填补了国内空白。攀钢拟在“十五”期间建成年产2000吨钒氮合金产业化生产线。2002年6月,攀钢采用自己的专用技术,仅用3个月时间就建成年产300吨钒氮合金生产线。2003年8月又建成年产1000吨钒氮合金生产装置;2004年将最终形成年产2000吨的生产能力。钒氮合金的成功研制、生产,不仅打破了美国的技术封锁,进一步提高了中国钒资源的综合利用水平和钒产品深加工能力,继续保持国际钒产业的领先地位,替代以前每年从美国进口的大量钒氮合金,更为重要的是,将使攀钢钒资源的综合利用率大大提高,推动产业结构调整和产品的升级换代,形成新的经济增长点,同时促进周边地区经济和社会的全面进步。
    6.钒铝中间合金
    钒铝合金是冶炼多种合金的中间合金,在航空、航天工业中用量很大,在动力机械装置、造船和核反应堆工业上的应用也在扩大,金属钒制品则用于原子能工业中。市场主要集中在北美和欧洲,亚洲市场仅占10%,而中国是一个潜在的大市场。苏-27和苏-30等战斗机、核潜艇、航空母舰都需要大量使用这种钒铝合金产品。产品具有良好的市场前景,经济效益好,而我国现在还没有生产这种高质量钒铝合金产品,开发该产品技术难度大。目前能够冶炼钒铝合金的企业国内虽然有许多家,但都是初级产品,质量难以保证,能够生产高质量钒铝合金的厂家,目前世界上仅有美国雷丁公司和德国电冶金公司两家。眼下,攀钢已在实验室开发出了钒铝中间合金冶炼技术,争取早日填补国内这一生产空白,同时也为国防建设作出我们应有的贡献。
    7.钒精细化工产品
    攀钢自生产钒产品以来,销售局限在冶金领域,对于化工领域没涉足过。根据市场调研,发现国内钒化工领域用钒量在400至600吨之间,占钒市场的15%,是一很大的市场。攀钢将把粉状五氧化二钒、高纯多钒酸铵、高纯偏钒酸铵等三个产品作为突破口。目前,高纯多钒酸铵已开发出来,高纯偏钒酸铵正在开发之中,可望近期取得突破性进展,粉状五氧化二钒已做了很多工作,现基本上可以满足用户所需的技术要求。
    8.含钒高强度抗震钢筋
    钢筋,是建筑业应用最广泛的钢材。我国近年来每年生产、消费的各种螺纹钢钢筋都在2000万吨以上。但是,我国建筑业目前普遍使用的钢筋品种、技术上已明显滞后于钢铁材料应用的技术进步,落后于工业发达国家的技术水平。工业发达国家建筑工程中主要采用400MPa强度等级以上的高强度钢筋为主受力钢筋,而我国目前采用的《钢筋混凝土用热轧带肋钢筋》标准有老标准GB1499-91以及1999年4月1日起试行,2001年4月1日起代替老标准的新标准GB1499-98。新标准规定钢筋等级为335MPa、400MPa、500MPa。
    攀钢开发生产的含钒高强度抗震钢筋,具有优异的强韧性、良好的经济性、施工方便性、良好的焊接性能、优越的抗震性等优点。攀钢生产的直径18-28mm20MnSiV400MPaⅢ钢筋已应用于多处工业和民用建筑:如四川邛崃水泥厂立窑车间框架结构、深圳竹边宾馆12层建筑结构、四川省总工会18层新办公大楼、攀枝花市24层建设银行大厦、攀钢民用及工业建筑等。
    9.含钒的其他钢铁产品
    含钒钢轨、汽车大梁板、管线钢、耐火耐候钢、高强耐候钢等。
    
    2001年,第61届钒技术委员会暨钒应用技术国际研讨会在北京举行,攀钢(集团)公司董事长洪及鄙当选为大会轮值主席,充分体现了攀钢在国际钒产业界的地位。
    随着中国加入WTO、西部大开发、攀钢三期工程建设历史机遇的到来,攀钢把攀西钒钛资源综合利用的课题摆上了更加重要的位置。为早日实现“努力把攀钢建设成为现代化的钢铁钒钛基地”的目标,攀钢不断加大对钒产业的投入力度,在总投资近70亿元的攀钢三期工程建设中,钒钛项目占一半。
    为了进一步做大做强钒产业,攀钢把发展钒产业作为攀钢三期工程建设的重点之一,安排了三氧化二钒扩能改造工程、五氧化二钒新建三号熔化炉、新建钒氮合金生产线等项目。其中,三氧化二钒扩能改造工程总投资7600万元,新建一条年产2000吨三氧化二钒生产线。该项目于2001年5月开工,已于2002年4月竣工投产,使攀钢三氧化二钒的生产规模达到年产5350吨,进一步巩固了攀钢世界第三大产钒企业的地位。2002年2月至4月,投资90万元兴建的五氧化二钒三号熔化炉也竣工投产,使五氧化二钒生产能力大幅提高。2002提6月27日,攀钢采用自己的专有技术建成我国首条年产300吨的钒氮合金生产线在攀钢投产,这标志着攀钢在成功掌握世界领先、具有自主知识产权的钒氮合金产业化技术后,又向钒业发展领域迈出坚实的一步,同时打破了美国独家垄断钒氮合金生产的局面。2003年8月,又建成年产1000吨的钒氮合金生产线,2004年将形成2000吨的生产能力。
    现在,攀网是国内惟一能生产三氧化二钒、世界两家能生产钒氮合金产品的厂家,钒生产技术领先世界水平,是名符其实的世界第三大产钒企业。随着攀钢三期工程钒产业项目的完全竣工投产,攀钢将成为中国迎来又一个钒产业繁荣的春天,成为真正的世界级钒原料基地和钒制品供应基地。
    

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