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钒及其产品具有良好的物理、化学性质,被广泛应用于航空航天、冶金、化工等领域。目前,含钒铁水转炉吹炼为主要的提钒工艺,然而该提钒工艺仍存在后续半钢炼钢脱磷负荷大、冶炼低磷及超低磷钢困难等问题。有效的解决方法则是在转炉提钒过程通过加入石灰造渣脱磷,由此所获得的钒渣具有高CaO和P2O5含量的特点。本文以含钒铁水提钒脱磷渣为研究对象,从碱性钒渣物相组成、含钒尖晶石结晶动力学和高钙高磷钒渣选择性提钒工艺路线三方面进行研究,为转炉提钒过程同时脱磷工艺提供理论支撑。采用热力学分析、XRD和SEM/EDS对高钙钒渣的矿相组成、微观形貌及尖晶石内部的元素分布进行了深入的研究,结果表明:随着渣中CaO含量增加,V始终富集于尖晶石相,而钛的富集物相逐渐从钛铁尖晶石(Fe2TiO4)转变为钙钛矿(CaTiO3);高钙钒渣中磷主要以磷酸三钙(C3P)形式富集于硅酸二钙(C2S)中,并以硅酸二钙-磷酸三钙(C2S-C3P)固溶体形式存在。通过建立数学模型,研究了碱度和P2O5含量对高钙钒渣中尖晶石结晶行为的影响,然后采用高温淬火-图像分析法结合CSD理论对高钙钒渣试样中尖晶石在1723-1523 K降温过程的非等温结晶动力学进行了描述,结果表明:高的碱度和低的P2O5含量有利于尖晶石生长;适合高钙钒渣中尖晶石结晶的温度区间为1200-1523 K;当T>1673 K时,尖晶石生长受形核控制;当1523≤T≤1673 K时,冷速为5 K/min和15 K/min,尖晶石生长分别受界面控制和扩散控制。为达到和实现高钙钒渣中钒磷在浸出过程的选择性分离,得到高品质的钒制品,本文研究了两种有效的焙烧-浸出工艺,即钠化焙烧-水浸工艺、预处理脱磷-钠化焙烧-水浸工艺,并探讨了选择性分离的机理。研究发现,采用钒钠摩尔比0.2、焙烧温度800℃的钠化焙烧-水浸工艺,高钙钒渣中的V、P浸出率分别为90.82%、5.64%;采用弱酸性缓冲液对高钙钒渣进行预处理,脱磷率可达86.37%,预处理后钒渣再采用钠化焙烧-水浸工艺提钒,V浸出率可达92.93%,相较未经预处理的钒渣,浸出液中V/P(质量比)可从134.51增加到203.70。实验条件下的钒渣钠化焙烧过程主要生成了Na2Ca(VO3)4、NaCaVO4、NaV3O8和NaVO3四种可溶于水的含钒物相,未形成难溶性钒酸钙。因此,两种工艺路线皆可以实现钒磷分离的目的,钒渣脱磷预处理-焙烧-水浸则可以得到更高纯净度的浸出液及高品位的钒制品。