一种富含多种杂质元素的钒渣物相鉴定方法

摘要

本发明公开了富含多种杂质元素的钒渣物相鉴定方法，包括以下步骤：制作钒渣标准样品；制作钒渣镶嵌样品；制作钒渣光片样品；将钒渣光片样品置于偏光显微镜下，调至反射光模式，在反射光下观察钒渣光片样品上各物相的颜色和晶型，预确定各物相的品种并在钒渣光片样品上进行一次标记；制作钒渣粘结样品；制作钒渣薄片样品；将钒渣薄片样品置于偏光显微镜下，调至正交偏光模式，在正交偏光下观察钒渣薄片样品上各物相的颜色和晶型，二次确定各物相的品种并在钒渣薄片样品上进行二次标记；将二次标记后的钒渣薄片样品分别以一次标记面和二次标记面向上置于扫描电镜下，利用能谱仪对标记的各物相打点分析，获得各物相中的元素含量并最终确定各物相。

说明书

技术领域

本发明属于岩相工艺矿物学技术领域，更具体地讲，涉及一种富含多种 杂质元素的钒渣物相鉴定方法。

背景技术

我国是世界三大产钒国之一，在攀西大裂谷下蕴藏着大量的钒钛磁铁矿 资源，其钒储量占世界的11.6wt％、占全国的62.2wt％。由于含钒矿物种类 及生产条件的差异，提钒的工艺方法也不尽相同。国内用高炉含钒铁水提钒 的方法就有顶吹转炉提钒法、槽式炉提钒法和雾化提钒等几种。攀钢发明的 雾化提钒法曾为我国钒工业的发展做出了巨大贡献，但是随着攀钢二期工程 建设的发展，雾化提钒生产的半钢已不能满足生产需要，进而用转炉提钒工 艺取代雾化提钒工艺提取钒渣。

从钒渣中提取钒元素的发展也经历了两个过程，目前国内外钒渣提钒的 主要方法是钠化水浸提钒，即用一种或几种钠盐与钒渣混合后焙烧，生成可 溶于水的钒酸钠等，然后通过水溶浸出，最后经过除杂、沉钒、熔片或还原 等工序制取五氧化二钒或三氧化二钒产品。但是钠化水浸工艺不容易提高钒 的焙烧转化率，同时废水处理成本也较高。而新的钙化焙烧酸浸工艺解决了 废水处理难的问题，对提钒尾渣采取循环使用模式，达到了高效环保的效果。 目前钙化提钒工艺后期酸浸过程中钒的浸出率低于钠化提钒的酸浸工艺，通 过化学分析可以得知钙化焙烧过程中生成一系列复杂的含钒物相，因此对整 个钙化提钒工艺过程中各种物相的分析鉴定尤为重要，尤其是杂质元素在每 种物相中的存在形式。

目前，未见有针对富含Ti、Mn、Al、Mg、Ca等杂质元素的钒渣物相的鉴 定方法的相关文献。

发明内容

本发明的目的在于为富含高杂质元素的钒渣物相提供一种分析鉴别方 法，既有利于找出工艺矿物中和天然矿物中同一种物相的差异，也能通过分 析结果指导实际生产。

为了实现上述目的，本发明提供了一种富含多种杂质元素的钒渣物相鉴 定方法，所述方法包括以下步骤：A、对钒渣进行预处理，得到钒渣标准样品； B、将所述钒渣标准样品镶嵌在树脂表面，得到钒渣镶嵌样品；C、将所述钒 渣镶嵌样品进行研磨、抛光直至表面无划痕，得到钒渣光片样品；D、将所述 钒渣光片样品置于偏光显微镜下，调至反射光模式，在反射光下观察钒渣光 片样品上各物相的颜色和晶型，预确定各物相的品种并在所述钒渣光片样品 上进行一次标记；E、将一次标记后的钒渣光片样品粘在载玻片上并且使钒渣 光片样品的一次标记面与载玻片相粘结，得到钒渣粘结样品；F、将所述钒渣 粘结样品进行研磨、抛光直至表面无划痕且将所述钒渣粘结样品置于有字物 体上能够清晰见字时，再将所述钒渣粘结样品粘上盖玻片，得到钒渣薄片样 品；G、将所述钒渣薄片样品置于偏光显微镜下，调至正交偏光模式，在正交 偏光下观察钒渣薄片样品上各物相的颜色和晶型，二次确定各物相的品种并 在所述钒渣薄片样品上进行二次标记；H、将二次标记后的钒渣薄片样品分别 以一次标记面和二次标记面向上放置于扫描电镜下，找到标记的各物相，利 用能谱仪对标记的各物相进行打点分析，获得各物相中的元素含量并最终确 定各物相。

根据本发明的富含多种杂质元素的钒渣物相鉴定方法的一个实施例，在 步骤A中，所述预处理包括切割和打磨，所述钒渣标准样品的直径为3～5mm、 厚度为2～4mm。

根据本发明的富含多种杂质元素的钒渣物相鉴定方法的一个实施例，在 步骤B中，所述镶嵌包括依次进行的以下步骤：a）将钒渣标准样品的打磨面 朝下置于模具中，倒入树脂混合液；b）待树脂混合液液面浸没钒渣标准样品 后，抽真空直至模具中的树脂混合液液面无气泡冒出，静置8～10h得到钒渣 镶嵌样品，其中，所述混合液由环氧树脂与乙二胺按照3:1～6:1的体积比配 制而成。

根据本发明的富含多种杂质元素的钒渣物相鉴定方法的一个实施例，在 步骤C和步骤F中，所述研磨包括将钒渣镶嵌样品依次用180#、400#、800#、 1000#的砂纸进行磨制直至表面基本无划痕，磨制的时间依次控制在10min以 内；所述抛光包括将研磨后的钒渣镶嵌样品依次用粒度为5μm、2.5μm的抛 光膏在抛光机上进行抛光直至表面无划痕。

根据本发明的富含多种杂质元素的钒渣物相鉴定方法的一个实施例，所 述钒渣薄片样品除去载玻片和盖玻片之后的厚度为0.003～0.004mm。

根据本发明的富含多种杂质元素的钒渣物相鉴定方法的一个实施例，所 述物相包括钒尖晶石、铁橄榄石、金属铁、辉石和玻璃质。

根据本发明的富含多种杂质元素的钒渣物相鉴定方法的一个实施例，在 反射光下，所述钒尖晶石呈淡棕色且晶型为规则四边形或多边形，所述铁橄 榄石呈深灰色或褐黑色且晶型呈大块的板状或块状，所述金属铁呈亮白色且 晶型为圆形或椭圆形，所述辉石呈深灰色或褐黑色且晶型呈树枝状或毛刺状， 所述玻璃质呈黑色或深灰色且无固定晶型。

根据本发明的富含多种杂质元素的钒渣物相鉴定方法的一个实施例，在 正交偏光下，所述钒尖晶石呈黑色且晶型为规则四边形或多边形，所述铁橄 榄石呈白色或淡黄色且晶型呈大块的板状或块状，所述金属铁呈黑色且晶型 为圆形或椭圆形，所述辉石呈黄白色或淡黄色且晶型呈树枝状或毛刺状，所 述玻璃质呈白色且无固定晶型。

根据本发明的富含多种杂质元素的钒渣物相鉴定方法的一个实施例，将 所得各物相中的元素含量与现有钒渣各物相中的元素含量的经验表进行对 比，并根据对比结果调整生产工艺。本发明首先选取生产现场具有代表性的 钒渣样品并制出合格的钒渣光片，然后在偏光显微镜下对钒渣的各种物相在 反射光和正交偏光下进行初鉴别，最后通过能谱仪对每种物相的元素成分进 行测定，找出工艺矿物中和天然矿物中同一种物相的差异，从而探寻出一套 针对提钒炼钢工艺中产生的钒渣的物相鉴别标准，反向指导工业生产，具有 广阔的工业应用前景。

附图说明

图1a是本发明示例中样品1的反射光下钒渣物相图。

图1b是本发明示例中样品1的正交偏光下钒渣物相图。

图2a是本发明示例中样品2的反射光下钒渣物相图。

图2b是本发明示例中样品2的正交偏光下钒渣物相图。

说明：由于说明书附图只允许黑白图，故图1b和图2b中的正交偏光下 钒渣物相图是由彩色图转成的黑白图，其中的彩色细节有所损失。

具体实施方式

在下文中，将对本发明富含多种杂质元素的钒渣物相鉴定方法的示例性 实施例进行详细说明。

根据本发明的富含多种杂质元素的钒渣物相鉴定方法包括依次执行的下 述步骤A～H。本发明的方法可用于对以钒钛磁铁矿为原料生产的钒渣进行物 相鉴定，但是，本发明的方法不限于此，例如，还可以对以其它矿石为原料 生产的钒渣进行物相鉴定。

根据本发明的示例性实施例，所述富含多种杂质元素的钒渣物相鉴定方 法包括以下步骤。

步骤A：

对钒渣进行预处理，得到钒渣标准样品。

在步骤A中，为了保证鉴定结果的有效性和指导作用，优选地对具有代 表性的块状钒渣进行预处理。其中，所述具有代表性的钒渣是指由钒钛磁铁 矿为原料在工业生产出来的钒渣样品，主要针对的是工业中的含钛的钒渣。 而不是在实验室由化学药品在高温下焙烧形成的钒渣，这种钒渣里面的元素 较少，不具有代表性。其中，预处理包括切割和打磨等工序，通过预处理即 可以制得所需尺寸的钒渣标准样品，以便于后续的光片样品制备和显微镜观 察。例如，钒渣标准样品的直径可以为3～5mm、厚度可以为2～4mm，但本发 明不限于此。

步骤B：

将步骤A制得的钒渣标准样品镶嵌在树脂表面，得到钒渣镶嵌样品。

在步骤B中，镶嵌样品是为了便于进行后续的磨样、制样和观察。其中 的镶嵌包括依次进行的以下步骤：a）将钒渣标准样品的打磨面朝下置于模具 中，倒入树脂混合液；b）待树脂混合液液面浸没钒渣标准样品后，抽真空直 至模具中的树脂混合液液面无气泡冒出，最后静置8～10h得到钒渣镶嵌样 品。其中，抽真空的步骤是将模具整体放入真空仪中反复抽真空直至达到要 求。上述树脂混合液是由环氧树脂与乙二胺按照3:1～6：1的体积比配制而 成，配比过高过低都会导致制出的钒渣镶嵌样品硬度不够，从而为后续的工 序带来影响.优选地，树脂混合液是由环氧树脂与乙二胺按照5：1的体积比 配制而成。其中，环氧树脂为固定样品的主要物质，乙二胺为固结剂。由于 环氧树脂在反射光下的反射率是固定的，若换成其它的树脂，一些参数就会 发生改变而影响观察和判断结果。

步骤C：

将步骤B制得的钒渣镶嵌样品进行研磨、抛光直至表面无划痕，得到钒 渣光片样品。

在步骤C中，对钒渣镶嵌样品进行研磨、抛光以获得符合观察标准的光 片样品。研磨包括将钒渣镶嵌样品依次用180#、400#、800#、1000#的砂纸 进行磨制直至表面基本无划痕，磨制的时间依次控制在10min以内，例如依 次为1min、5min、10min和10min。抛光包括将研磨后的钒渣镶嵌样品依次 用粒度为5μm、2.5μm的抛光膏在抛光机上进行抛光直至表面无划痕。其中， 研磨过程中的各道磨制工序需严格把握时间，时间过短对后期的抛光工艺造 成影响，需要返回重新磨制；时间过长浪费人力物力，降低劳动效率。抛光 过程中的抛光时间不限，只需要保证最终的钒渣光片样品没有划痕和污点， 否则继续抛光。

步骤D：

将步骤C制得的钒渣光片样品置于偏光显微镜下，先将偏光显微镜调至 反射光模式，在反射光下观察钒渣光片样品上各物相的颜色和晶型，预确定 各物相的品种并进行一次标记；

通过偏光显微镜下的观察能够粗略确定钒渣中各物相的品种，其中，由 于不同物相在反射光和正反偏光下的光学性质不同，反射光主要用于观察和 鉴别不透明矿物，正交偏光主要用于观察和鉴别透明矿物，故需要通过反射 光的预确定与正交偏光的二次确定才能基本完成钒渣物相的粗略确定。例如， 金属铁、钒尖晶石属于不透明矿物的物相，它们在反射光下通过观察其颜色 和晶型就能够加以鉴别，但是对于铁橄榄石、辉石这类透明矿物而言，它们 在反射光下的颜色很相近并且单靠颜色和晶型无法准确鉴别；但它们在正交 偏光下的颜色就已经明显不同，铁橄榄石的颜色呈白色，而辉石的颜色呈黄 白色，二者晶型也有差别，辉石属于树枝状，铁橄榄石属于板状，因此通过 结合反射光以及正交偏光的观察结果就能完成物相的粗略确定。

由于钒渣光片样品并不透光，故只能利用钒渣光片样品进行反射光下的 预确定和一次标记，之后将钒渣光片样品制备成更薄且透光的钒渣薄片样品 后才能进行正交偏光下的二次确定和二次标记。

步骤D中具体的鉴别方法可以参见在下文中步骤G中的描述。

初确定钒渣光片样品上的各物相之后，在钒渣光片样品上用记号笔画圈 进行一次标记以便进行后续的验证和分析。

步骤E：

将步骤D所得的一次标记后的钒渣光片样品粘在载玻片上并且使钒渣光 片样品的一次标记面与载玻片相粘结，得到钒渣粘结样品。

在步骤E中，需将钒渣光片样品较好地固定于载玻片上，然后再进行后 续的磨制、抛光等步骤，有利于抓握和加工。同时，使一次标记面与载玻片 粘结是为了完好保存一次标记面以进行后续观察、测定，同时也是对包含树 脂的另一面进行磨薄、抛光等处理的必要步骤。

其中的粘制步骤非常关键，具体包括以下步骤：先将钒渣光片样品的一 次标记面均匀受热，再涂上加热的冷衫胶进行载玻片的粘制。在粘制过程中， 载玻片与钒渣光片样品之间的粘胶层中不能有气泡，粘胶不能加热太稠，容 易粘结不牢而易碎；粘胶也不能加热太稀，容易粘结不住。

步骤F：

将步骤E所得的钒渣粘结样品进行研磨、抛光直至表面无划痕且将钒渣 粘结样品置于有字物体上能够清晰见字时，再将钒渣粘结样品粘上盖玻片， 得到钒渣薄片样品。

其中的研磨、抛光工序与步骤C类似，在此不作赘述。

其中，当将钒渣粘结样品置于有字物体上能够清晰见字时，钒渣薄片样 品除去载玻片和盖玻片之后的厚度为0.003～0.004mm，此时制成的钒渣薄片 样品能够透光并完成后续正交偏光下的观察、鉴定。除了可以通过上述方法 判断钒渣薄片样品是否可用以外，还可以利用偏光显微镜上的组件进行更为 精准的厚度测量判断，但直接利用上述方法判断更为便捷。

步骤G：

将步骤F所得的钒渣薄片样品置于偏光显微镜下，调至正交偏光模式， 在正交偏光下观察钒渣薄片样品上各物相的颜色和晶型，二次确定各物相的 品种并在所述钒渣薄片样品上进行二次标记。

步骤D和步骤G中对于物相的鉴别主要根据长期积累下来的人工经验进 行，具体来说，钒渣的物相主要包括钒尖晶石、铁橄榄石、金属铁、辉石和 玻璃质。在反射光下，钒尖晶石呈淡棕色且晶型为规则四边形或多边形，铁 橄榄石呈深灰色或褐黑色且晶型呈大块的板状或块状，金属铁呈亮白色且晶 型为圆形或椭圆形，辉石呈深灰色或褐黑色且晶型呈树枝状或者毛刺状，玻 璃质呈黑色或深灰色且无固定晶型。在正交偏光下，钒尖晶石呈黑色，晶型 与反射光下相同；铁橄榄石呈白色或淡黄色，晶型与反射光下相同；金属铁 呈黑色，晶型与反射光下相同；辉石呈黄白色或淡黄色，晶型与反射光下相 同；玻璃质呈白色，无固定晶型并以不定形状填充在各种物相之间。

当然，除了上述主要的物相外，钒渣中也可能存在其它物相，在偏光显 微镜下观察时，对于不熟悉的物相，可以查阅如《冶金工艺矿物学》等资料， 通过观察物相的颜色、解理、晶型等性质来与书中的描述进行匹配。而对于 资料里也没有的新物相，还可以通过后续的XRD来分析确定，同时将新物相 的各种光学性质及鉴别方法记录下来，供技术人员在以后的物相鉴别中参考。 但基本上，通过上述步骤的观察已经能够实现对于主要物相的粗略鉴定。

二次确定钒渣薄片样品上的各物相之后，在钒渣薄片样品上用记号笔画 圈进行二次标记以便进行后续的分析测定和检验。

步骤H：

最后将二次标记后的钒渣薄片样品分别以一次标记面和二次标记面向上 放置于扫描电镜下，找到标记的各物相，利用能谱仪对标记的各物相进行打 点分析，获得各物相中的元素含量并最终确定各物相。

对于一些物相而言，其所含的元素种类是相同的，如果直接用能谱仪进 行物相元素含量测定，它所分析出来的都是元素的种类和含量，若这些物相 的同种元素的含量很接近，那么单靠能谱仪分析就很难将这些物相区分开。 正是由于每一种物相晶体都具有唯一的光学性质，所以在偏光显微镜下通过 反射光和正交偏光下观察每种物相的光学性质差异来进行粗略鉴定就显得尤 为必要。因此，本发明先在偏光显微镜下利用光学性质差异来粗略鉴定钒渣 中的各物相，然后利用能谱仪分析前述粗略鉴定后的各物相中的元素成分、 含量来进行最终的区分。

在步骤H中，还可以将所测得的各物相中的元素含量与现有钒渣各物相 中的元素含量的经验表进行对比，并根据对比结果调整生产工艺。例如，表 1为近年来攀钢提钒炼钢生产所得钒渣各物相中的元素含量经验表，将所得 钒渣光片样品各物相中的元素含量与表1进行对比，若所得钒渣光片样品各 物相中的元素含量在表1列出的各物相中的元素含量范围内，则说明生产工 艺无不当；但若相比结果偏高或偏低，则说明生产工艺发生了变化或是操作 不当，则需要找出导致结果偏高或偏低的工艺环节并进行调整，这对实际生 产有一定的指导意义。

表1攀钢提钒炼钢生产所得钒渣各物相中的元素含量经验表

备注：表1中所列的钒渣各物相的元素种类和含量仅限于以钒钛磁铁矿为原 料生产的钒渣，对于以其它矿石作为原料生产的钒渣各物相的元素种类和含 量可能有所波动。

下面结合具体示例进一步详细说明本发明。

本示例从西钢钒钒制品厂选取了不同保温时间的块状钒渣作为两组检验 试样，分别记为样品1和样品2，之后采用本发明的方法分别对样品1和样 品2的钒渣物相进行了分析鉴定，具体步骤如下：

首先对块状钒渣进行预处理，包括切割、打磨等工序，制出直径为3mm、 厚度为3mm的钒渣标准样品。然后配制由环氧树脂与乙二胺按照体积比为5： 1配制的树脂混合液，再将钒渣标准样品放入Φ3.5mm的模具中（注意打磨 面朝下），用事先配制好的树脂混合液进行填充，使其液面浸没整个样品，之 后将模具放入真空仪中反复抽真空几次，直至模具中的液面不再有气泡冒出 为止，最后静置8h获得钒渣镶嵌样品。

将钒渣镶嵌样品依次在180#、400#、800#和1000#的金刚砂纸上进行磨 制，磨制时间依次为1min、5min、10min和10min，使表面基本无划痕。然 后在抛光机上进行抛光处理，抛光膏的粒度依次为5μm和2.5μm，抛光时 间不限，对抛光好的样品在显微镜进行检查，直至没有划痕和污点，否则继 续抛光，最后获得钒渣光片样品。

将钒渣光片样品置于偏光显微镜下，调至反射光下，对制好的光片样品 在反射光下进行观察，通过颜色和晶型预确定各物相并进行一次标记。

利用冷杉胶将所述钒渣光片样品的一次标记面粘结在特制的载玻片上得 到钒渣粘结样品，然后将该钒渣粘结样品按照一样的方式进行研磨、抛光直 至表面无划痕且将钒渣粘结样品置于有字物体上能够清晰见字时，再粘上盖 玻片制成钒渣薄片样品。

将钒渣薄片样品置于偏光显微镜下，调至正交偏光模式，在正交偏光下 观察钒渣薄片样品上各物相的颜色和晶型，二次确定各物相的品种并在钒渣 薄片样品上进行二次标记。

将二次标记后的钒渣薄片样品分别以一次标记面和二次标记面向上放置 于扫描电镜下，找到标记的各物相，通过Inca能谱仪对标记好的各物相进行 打点分析，获得各物相中的元素含量并最终确定物相种类。

图1a是本发明示例中样品1的反射光下钒渣物相图，图1b是本发明示 例中样品1的正交偏光下钒渣物相图。图2a是本发明示例中样品2的反射光 下钒渣物相图，图2b是本发明示例中样品2的正交偏光下钒渣物相图。

其中，图1a与图1b并不是样品1上同一视场的图，此处仅列出两幅代 表性的图作为图例进行说明。图2a与图2b也是同样的情况。

具体来说，根据以下各物相的颜色和晶型鉴定特征粗略鉴别并标记得到 图1a至图2b中的各物相名称，其中，钒尖晶石的鉴定特征：等轴晶系、均 质、不透明且无解理，反射光下呈淡棕色（见图1a），正交偏光下呈黑色（见 图1b），晶型呈规则四边形或多边形；铁橄榄石的鉴定特征：斜方晶系、非 均质、解理不完全，晶型以板状或块状为主，反射光下呈深灰色或褐黑色（见 图2a），正交偏光下呈白色或淡黄色（见图2b）；辉石的鉴定特征：单斜晶系、 非均质、透明矿物，晶型以树枝状或毛刺状为主，反射光下呈深灰色或褐黑 色，正交偏光下为淡黄或者黄白色（见图2b）。玻璃质的鉴定特征：没有固 定晶型，填充于其他物相之间，反射光下呈黑色或深灰色，正交偏光下呈白 色（见图1b）。

表2样品1和样品2的各物相中的元素含量

表2示出了示例中样品1和样品2的各物相中的元素含量。对比表2与 表1，可以发现采用本发明方法测得的样品1和样品2中各物相元素含量均 落在攀钢提钒炼钢生产所得钒渣各物相元素含量经验表中的含量范围内，则 说明本发明的测定方法有效且准确。由表2可以看出钒尖晶石中含的主要元 素为O、Ti、V和Fe，并且主要以Ti、V、Fe的氧化物存在，该三种元素的 含量均落在表1的相应范围之内；铁橄榄石中主要是铁的硅酸盐存在，其主 要元素是Fe、Si、Mn和O；辉石中含有的主要元素是在铁橄榄石中进入了Ca、 Al等元素从而导致晶型的改变；玻璃质中除了硅酸盐中含有的元素外，主要 特征是出现了Na、K等元素。

综上所述，本发明的富含多种杂质元素的钒渣物相鉴定方法能够均匀、 方便、高效、准确地进行钒渣物相的鉴定，能够保证测定数据的可靠性，有 助于利用物相鉴定结果进一步指导工艺生产并提高钒制品工艺生产中钒浸出 率的指标，可推广应用于各实验室、生产现场的检验和研究院所。

尽管上面已经结合示例性实施例描述了本发明的富含多种杂质元素的钒 渣物相鉴定方法，但是本领域普通技术人员应该清楚，在不脱离权利要求的 精神和范围的情况下，可以对上述示例进行各种修改。