基于扩散偶法的CaO–V2O5和MnO2–V2O5固相界面反应行为比较

钒是我国重要的战略金属资源，广泛应用于钢铁、化工、航空航天等领域。钒渣作为我国最重要的含钒原料，其钙化提钒及锰化提钒工艺在钒的高效分离、尾渣利用和环境保护方面优势显著，但焙烧过程中钒酸钙和钒酸锰始终共存。两种钒酸盐的生成机理及钒与钙、锰反应能力的差异是两种提钒工艺的基本问题和共性问题，这对充实提钒基础理论和促进提钒工艺优化具有重要意义。为此，本文基于扩散偶研究方法，通过制备氧化钙–氧化钒和二氧化锰–氧化钒扩散偶，并在不同时间恒温焙烧，比较研究了钙、锰与钒组元固相反应的界面扩散行为差异；阐明了钒酸钙和钒酸锰的生成机理；进一步基于扫描电子显微镜和能谱分析研究并计算了扩散产物和扩散系数随焙烧时间的变化规律。结果表明，随着焙烧时间的延长，氧化钙–氧化钒、二氧化锰–氧化钒两组扩散反应逐渐进行。氧化钙–氧化钒扩散偶中钙和钒的分布区域边界始终清晰。而对于二氧化锰–氧化钒扩散偶而言，随着恒温焙烧时间的延长，二氧化锰逐渐分解生成三氧化二锰，钒组元能扩散到三氧化二锰内部，但仅有部分钒与锰反应形成扩散产物层。氧化钙–氧化钒、二氧化锰–氧化钒扩散偶的界面反应产物分别是偏钒酸钙和偏钒酸锰。恒温焙烧16 h后，产物厚度分别为39.85和32.13 μm，且由于组元扩散反应能力的限制，两个扩散偶均达到反应平衡。相同恒温焙烧时间内，氧化钙–氧化钒扩散偶的扩散系数略高于二氧化锰–氧化钒扩散偶，这说明钒与钙的扩散反应比钒与锰的扩散反应更易进行。