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钒被称为“现代工业的味精”,是重要的国家战略物资,广泛应用于钢铁工业、化学工业、航空航天工业、轻纺工业和医学等领域。转炉钒渣是我国乃至全球最主要的提钒原料。钠化焙烧和钙化焙烧工艺是目前最成熟的两种以转炉钒渣为原料的提钒工艺,但钠化工艺由于污染严重有逐渐被淘汰的趋势。钙化提钒是一种可替代传统钠化提钒的清洁生产工艺,但是基础研究和工业实践指出:钒浸出率低已经成为限制钙化提钒工艺完全取代钠化提钒工艺的致命缺点。在这种情况下,本文提出采用机械活化预处理的方法强化转炉钒渣的钙化焙烧和酸浸效果,探索了工艺可行性并对机械活化机制、氧化焙烧和浸出行为进行了系统的研究,获得了机械活化方法对钒渣钙化焙烧—浸出反应的强化机理,对提钒尾渣的资源化利用进行了研究,为实现清洁、高效的转炉钒渣钙化提钒工艺提供技术支撑。论文首先研究了转炉钒渣的物相和元素分布。结果表明转炉钒渣中的主要物相为钒铁尖晶石（（Mn,Fe）（V,Cr）2O4）、钛铁尖晶石（Fe2TiO4）、铁橄榄（Fe2SiO4）和金属铁（Fe）,且相当一部分的金属铁被其它相所包裹。通过对转炉钒渣在分选过程中成分、物相和元素赋存状态随分选粒度变化规律的研究,提出了优化的分选工艺,该工艺通过多段破碎、筛分、分选的合理配合以提高分选效率。分选后的钒渣样品以尖晶石和橄榄石相为主,钒选择性的在尖晶石相中富集,而在橄榄石相中较少,铬则在尖晶石相和橄榄石相中共存。随后研究了机械活化对钒渣物理性质的影响。结果表明,随活化时间的延长样品的粒度先急剧减小后由于团聚又略微增大,颗粒由不规则状趋于球形多孔状,同时比表面积也逐渐增大;随着活化时间的延长钒渣物相的晶格畸变加重,微观应力增加,晶粒尺寸减小。采用等温和非等温热分析的方法对活化钒渣的氧化动力学进行了研究。结果表明:钒渣的等温氧化过程由前期（约20min内）的快速氧化和后期（20min60min）的缓慢氧化阶段组成;机械活化显著提高了快速氧化阶段对整个氧化过程的贡献率。机械活化也大大提高了钒渣在非等温过程中低温段（300℃600℃）的氧化速率,降低了钒渣的完全氧化温度和表观活化能。以未活化钒渣为原料,对其钙化焙烧—酸浸工艺进行了研究,考察了氧化钙添加量、焙烧温度、浸出温度、液固比、熟料粒度、搅拌转速和酸浓度对钒浸出率的影响。实验结果表明最佳的工艺参数为:钙钒摩尔比1:1、焙烧温度900℃、浸出温度50℃、液固比为20:1（m L/g）、熟料粒度<75μm、搅拌转速200rpm、浸出液p H=2.5。在上述最佳工艺条件下,未活化钒渣浸出60min时钒的浸出率达86%。以活化钒渣为原料,探讨了机械活化对钒浸出率的影响。结果表明:机械活化对提钒效果影响显著,延长活化时间可降低钙化焙烧温度,提高钒的浸出率,缩短浸出时间。机械活化80min可将钙化焙烧温度降低100℃左右,相比未活化钒渣,浸出20min即可将钒浸出率由75%提高至90%。浸出动力学研究表明钙化钒渣熟料的浸出符合未反应核模型,在浸出过程中主要受内扩散控制,机械活化将反应的表观活化能由9.94k J/mol降低至7.63k J/mol。钒渣钙化焙烧—两段浸出提钒工艺研究表明,通过采用两段浸出工艺,不仅可在一定程度上降低液固比,减少浸出液用量,而且可显著缩短浸出时间。浸出液的循环利用研究表明,一段浸出液循环一次可成倍提高浸出液的钒浓度,并大幅降低浸出液用量;一段浸出液多次循环使用将显著降低一段浸出过程中钒的浸出率,但通过第二段浸出仍可保证较高的浸出率。针对钙化焙烧—酸浸工艺产出的提钒尾渣中有价金属的回收与尾渣的无害化处理问题,本文提出了提钒尾渣铁钒铬同步提取工艺,以热力学理论计算为基础,探究了采用半熔融还原—磁选方法制备含V、Cr铁合金工艺的可行性,并实验研究了还原温度、配碳量、还原时间对金属铁的聚集长大、磁选分离效果、合金元素品位及回收率的影响。研究结果表明:采用半熔融还原工艺实现铁钒铬的同步提取是切实可行的;温度与配碳量对铁珠的长大及Fe、V、Cr元素在渣金中的分配影响显著;在还原温度1300℃、配碳量12%、还原时间60min的工艺条件下,提钒尾渣中99%的Fe,90%的V和95%的Cr可以铁合金的形式回收,Ti则成倍富集在提铁尾渣中,TiO2含量达27%。采用美国环保局TCLP浸出毒性测试方法对提铁尾渣进行了浸出毒性测试。结果表明该提铁尾渣为非危险固体废弃物,可以安全的堆存或进一步资源化处理。综上所述,本文从转炉钒渣钙化提钒工艺优化到提钒尾渣综合利用进行了系统的研究。对实现转炉钒渣中有价资源Fe、V、Cr、Ti的综合回收和绿色化生产提供了一条可行的工艺路线。