CN104131179A

CN104131179A - 一种钒钛矿热压块转底炉直接还原-电炉熔分方法

Info

Publication number: CN104131179A
Application number: CN201410380700.8A
Authority: CN
Inventors: 储满生; 柳政根; 赵伟; 王宏涛; 唐珏; 汤雅婷; 冯聪
Original assignee: Northeastern University China
Current assignee: Northeastern University China
Priority date: 2014-08-04
Filing date: 2014-08-04
Publication date: 2014-11-05

Abstract

本发明属于冶金资源综合利用技术领域，具体为一种钒钛矿热压块转底炉直接还原-电炉熔分综合利用的方法。所述方法包括：(1)钒钛矿矿粉和烟煤煤粉配料、混料后加热、热压成型，得到钒钛矿热压块；(2)钒钛矿热压块通过多层布料置于转底炉内进行厚料层直接还原；(3)钒钛矿热压块经转底炉还原得到的产物进入电炉进行熔分，得到含钒铁水和钛渣；(4)将含钒铁水进行吹钒炼钢，得到钒渣和钢锭，而钛渣可用作制取钛白的原料。利用本发明方法制取钒钛矿热压块，具有生产成本低、生产效率高、能耗低、产品质量优良等特点，显著提高了钒钛矿转底炉直接还原-电炉熔分工艺的经济性。

Description

一种钒钛矿热压块转底炉直接还原-电炉熔分方法

技术领域

本发明属于冶金资源综合利用技术领域，具体涉及一种钒钛矿热压块转底炉直接还原-电炉熔分综合利用的方法。

背景技术

含钒、钛两金属元素的矿物是世界公认的重要战略资源，含钒、钛金属是国民经济发展和国家安全的重要物质保障，其广泛运用于冶金化工、航空航天、国防军事等领域，而钒钛磁铁矿则是钒钛资源最重要的载体，广泛分布于我国的攀西、承德、汉中、襄阳等地，其储量丰富，仅在攀枝花地区就超过100亿吨。然而，针对现行的加工利用工业流程对所需原料的品位要求，这些钒钛磁铁矿都属于低品位矿，且有价矿物种类繁多、赋存尺度十分微细且相互间紧密共生。与普通铁矿资源相比，矿物加工和利用难度大，铁、钒、钛资源综合利用率一直处于较低水平。因此，如何加强对钒钛磁铁矿的高效综合利用，对我国钢铁行业的健康发展具有重要意义。

当前国内对钒钛磁铁矿资源的综合利用方法有多种，主要分为高炉-转炉流程和转底炉-电炉流程，其中现阶段高炉-转炉流程占据钒钛矿冶炼的支配地位。转底炉-电炉流程目前正在快速发展当中。

针对钒钛矿转底炉-电炉冶炼流程，国内的研究机构以及生产单位提出了很多方法。如专利CN1264993C中所述，将钒钛磁铁矿粉、还原剂、添加剂和粘结剂混合后造块，接着将成型的球块在80～90℃下干燥，干燥后将其装入转底炉进行还原得到金属化产品，然后将金属化产品进行电炉熔分得到铁水以及钒钛渣，进一步可对钒钛渣进行提钒提钛，最终实现钒钛磁铁矿的综合利用。

如专利CN101619371中所述，将钒钛磁铁矿粉、煤粉和粘结剂混合冷压成块后进入转底炉还原，将还原得到金属化产品进行电炉熔分得到含钒铁水和钛渣，最终将含钒铁水吹钒得到钒渣，而钛渣可作为提取钛的原料。

如专利CN102277462A中所述，将钒钛矿粉熔剂、粘结剂以及还原剂混合后冷压成块，将成型的团块装入转底炉进行还原得到钛渣和珠铁，对还原所得的钛渣和珠铁进行磁选分离，对分离得到的高钛渣进行提钒处理，得到的高品位钛渣可用作制取钛白的优质原料。

如专利CN103526051A中所述，将钒钛矿、硫酸钠、还原剂和粘结剂混合后压制成矿煤球团并置于转底炉中进行还原，将还原所得到的金属化球团进行破碎，然后对破碎后的产物置于浸出液中进行多次的浸出，并对浸出物进行磁选分离，最终得到富含钒的浸出液和富钛料和富铁料。

如专利CN101157984B中所述，将钒钛矿破碎后加入碳质还原剂和粘结剂后润磨制成球团，然后将所制得的球团置于隧道窑中进行还原，得到金属化率超过90％的金属化球团。

如专利CN101117660A中所述，将钒钛精矿粉破碎、润磨后，加入碳质还原剂制成球团置于转底炉内进行还原，将还原产物进行破碎后经磁选和重选得到铁粉和尾矿，对尾矿进行多步地浸出处理后最终得到五氧化二钒产品。

如专利CN100564558C中所述，将钒钛磁铁矿钠化焙烧后水浸提钒，浸出液制的钒产品，而得到的残渣通过配碳后进入转底炉还原，并对还原产物进行电炉熔分，得到铁水和钛渣，铁水可用于炼钢，而钛渣可通过硫酸法钛白工艺制取钛白。

如专利CN102690921A中所述，将钒钛磁铁精矿粉、还原煤和粘结剂混合后冷压成球团后置于转底炉中还原，将所得到的还原产物送入由煤气做燃料的蓄热式燃气熔分炉进行熔分，得到含钒铁水和钛渣，其中含钒铁水可吹炼得到钒渣和半钢，而钛渣可用作制取钛白的原料。

如专利CN102690944A中所述，首先将钒钛磁铁矿中添加钠盐或钙盐，然后经转底炉焙烧后进行浸出处理，得到的浸出液可用于制取钒产品，而得到的残渣通过配加含碳还原剂制成还原性球团，然后将还原性球团置于燃气炉或电炉进行熔分得到铁水和钛渣，钛渣可作为制取钛白的原料。

但以上的这些方法主要存在以下的问题：(1)制备钒钛钛球团过程中添加了大量的粘结剂，由于粘结剂价格昂贵，使得整体的生产成本居高不下；(2)通过添加粘结剂所制备得到的钒钛矿球团，在高温条件下其强度很低，因此在进入转底炉还原的过程中一般只能采用单层布料而不能使用多层布料，这就大大降低了转底炉还原过程的生产效率；(3)添加剂以及粘结剂等将带入大量的有害杂质元素，比如S、P、Na等，这对铁水的质量产生极大的危害；(4)由于添加了粘结剂，还原过程能耗将大量升高，同时在电炉熔分过程增加了渣量，使得电炉熔分工艺中能耗和成本大大增加；(5)在大量使用酸性浸出液对钠化焙烧后的钒钛矿处理过程中将产生大量的污染液，这类污染液难处理，环境负荷大，同时钠盐腐蚀炉衬，对生产设备维护不利。

针对上述问题，有必要对钒钛矿转底炉直接还原-电炉熔分方法进行技术革新或改进。热压块是一种利用煤的热塑性而制备的新型优质炼铁原料，具有高温强度高、还原速度快、原料适应性强等优点。另外采用热压工艺无需添加任何粘结剂，有效消除了由于添加粘结剂导致渣量大、能耗大的弊端，并大大降低了生产成本。因此，开发钒钛矿热压块转底炉直接还原-电炉熔分的冶炼工艺，一方面能够降低造块过程中的生产成本，另一方面可以利用热压块优异的高温强度和还原性能，将转底炉单层布料革新为多层布料，再结合转底炉直接还原和电炉熔分所分别具有的优势，使得铁、钒、钛实现高效分离，这对于开发利用我国储量丰富的钒钛矿资源，改善并提高现有钒钛矿转底炉直接还原-电炉熔分冶炼工艺具有重要的意义。

发明内容

针对以上问题，本发明提供了一种钒钛矿热压块转底炉直接还原-电炉熔分综合利用的方法。具体包括以下步骤：

1.将钒钛矿、烟煤两种物料进行破碎筛分，其中：钒钛矿矿粉按质量百分数其全铁含量不低于40％；选择烟煤煤粉，煤粉中的固定碳含量按质量百分数不低于50％、灰分不高于15％、挥发分不超过35％，胶质层指数不低于10；钒钛矿粉和煤粉的粒度均不大于0.15mm。将破碎筛分后的钒钛矿粉、煤粉两种物料按质量百分数为60％～80％、20％～40％的比例进行计算配料，将配好的原料用混料机充分混和制得成分均匀的混合料；

2.对配制好的混合料进行加热升温，当温度达到250～500℃时，用热压装置将其压制成椭球形的钒钛矿热压块，热压压力为35～45Mpa，钒钛矿热压块的尺寸为(20～40)×(15～30)×(10～20)mm的颗粒，其碳氧比为0.8～1.4，制成的钒钛矿热压块抗压强度不小于1000N/个，落下强度不小于5次/个；使用热压对辊压球机对配制好的混合料进行压制时，其设备的线压力不小于3.0t/cm。

3.将钒钛矿热压块通过布料器布置在转底炉炉床上，进行多层布料，转底炉通过天然气或煤气进行加热，炉内的还原温度在1300～1450℃之间，还原时间为15～45min，得到金属化率大于90％的金属化球团。

4.钒钛磁铁矿热压块经转底炉直接还原得到的金属化还原产物进入电炉进行熔分，得到含钒生铁和钛渣。一般控制熔分气氛为中性或还原性气氛，熔分温度不低于1600℃，得到的含钒铁水温度不低于1400℃，钛渣温度不低于1450℃，电炉熔分设备可以是电弧炉或感应炉。

5.将经电炉熔分得到的含钒铁水进行吹钒炼钢，得到钒渣和钢锭或者钢水，其中入转炉含钒铁水温度不低于1300℃。

6.经电炉熔分得到的钛渣其TiO₂品位在45％～55％，可作为硫酸法制取钛白的原料加以利用。

本发明的优点在于：

(1)钒钛磁铁矿热压块依靠煤的热塑性，采用烟煤作为粘结剂，不使用任何有机粘结剂，原料适应性强，生产成本低，且热压温度在250～500℃左右，能耗相对较低；

(2)与冷固结钒钛含碳球团相比，钒钛矿热压块不使用添加剂，生产成本低，高温强度高，还原速度快，有利用转底炉的冶炼顺行，降低冶炼成本；

(3)转底炉的高温结合钒钛矿热压块良好的还原性能，使得整个还原过程快速完成，还原时间为15～45min，相比较其他工艺而言冶炼流程大大缩短，生产效率得以提高；

(4)转底炉直接还原实现了多层布料，大大提高了生产效率，此外在冶炼过程中转底炉炉底与物料为相对静止的状态，加之钒钛矿热压块良好的高温强度，使得钒钛矿热压块在还原过程中粉化破碎率大大降低；

(5)金属化球团经电炉熔分得到含钒铁水和钛渣，进一步对含钒铁水进行吹炼得到了钒渣和钢水，成功实现了铁、钒、钛的良好分离及富集，本发明中铁的回收率达到97％以上，钒和钛的回收率分别达到85％和95％以上，大大改善了对钒钛磁铁矿中的有价组元的综合利用。因此，本发明具有生产效率高，环境污染小，社会效益和经济效益显著的特点，这将有助于提高我国钒钛磁铁矿的冶炼水平，对于降低钒钛磁铁矿的冶炼成本有重要的现实意义，具有广阔的市场工业应用前景。

体实施方式

下面结合具体实施例来进一步描述本发明，本发明的优点和特点会在描述中显现得更为清楚，但这些实施例仅仅是示例性的，并不对本发明的范围构成任何限制。

实施例1

以某公司正在使用的钒钛矿矿粉为原料，按质量百分数其全铁TFe含量为53.15％、V₂O₅的含量为0.712％、TiO₂含量为11.06％，其化学成分按质量百分数见表1，矿粉的粒度均不大于0.15mm。

表1 钒钛矿的主要化学成分

以某公司正在使用的烟煤煤粉作为含碳原料，其固定碳含量为50.94％，灰分和挥发分含量分别为14.00％和34.70％，该烟煤胶质层指数为11，化学成分按质量百分数见下表2和表3，烟煤煤粉的粒度均不大于0.15mm。

表2 某烟煤的化学成分(/％)

表3 烟煤灰分的化学成分

将上述两种原料按钒钛矿矿粉和烟煤煤粉的质量百分数分别为77.77％和22.23％的比例进行配料、混匀、加热和热压。

热压过程中热压温度为250℃，热压压力为40MPa，压制得到的钒钛矿热压块的成分按质量百分数见表4，钒钛热压块抗压强度为1038N/个，落下强度为5.4次/个。

表4 钒钛磁铁矿热压块的主要化学成分

将压制成型的钒钛矿热压块通过布料机进入转底炉炉膛，进行双层布料，控制转底炉的还原温度为1350℃，整个还原过程的时间为40 min，得到金属化球团的金属化率为91.4％。

将转底炉直接还原得到的金属化球团送入电弧炉进行配碳熔分，控制熔分气氛为中性气氛，熔分温度为1650℃，熔分后期，控制含钒铁水温度为1410℃，钛渣温度为1450℃。

得到的钛渣可以作为硫酸法提取钛白的原料，将含钒铁水进一步进行吹钒炼钢，得到钒渣和钢锭。整个流程中铁的回收率为97.2％，钛的回收率为95.2％，钒的回收率为85.2％。

实施例2

仍然以实施例1中所列出的矿粉和煤粉为原料。

将上述两种原料按钒钛矿矿粉和烟煤煤粉的质量百分数分别为74.46％和25.54％的比例进行配料、混匀、加热和热压。

热压工艺中热压温度为300℃，热压压力为40MPa，压制得到的钒钛矿热压块的成分按质量百分数见表5，钒钛热压块抗压强度为1224N，落下强度为6.2次/个。

表5 钒钛磁铁矿热压块的主要化学成分

将压制成型的钒钛矿热压块通过布料机进入转底炉炉膛，进行3层布料，转底炉的还原温度控制为1400℃，整个还原过程的时间为35 min，得到的金属化球团的金属化率为93.2％。

将转底炉直接还原得到的金属化球团送入电弧炉进行熔分，控制熔分气氛为还原性气氛，最高熔分温度为1650℃，得到的含钒铁水温度为1400℃，钛渣温度为1500℃。

得到的钛渣可以作为硫酸法提取钛白的原料。将含钒铁水进一步进行吹钒炼钢，得到钒渣和钢锭。整个流程中铁的回收率达为97.6.％，钛的回收率达到96.2％，钒的回收率达到86.0％。

实施例3

仍然以实施例1中所列出的矿粉和煤粉为原料。

将上述两种原料按钒钛矿矿粉和烟煤煤粉的质量百分数分别为71.42％和28.58％的比例进行配料、混匀、加热和热压。

热压工艺中热压温度和热压压力分别为350℃和45MPa，最终压制得到的钒钛矿热压块成分见表6，钒钛热压块抗压强度为1482N，落下强度为8次/个。

表6 钒钛磁铁矿热压块的主要化学成分

将压制成型的钒钛矿热压块通过布料机进入转底炉炉底，进行多层布料，料层厚度为3-6层，控制转底炉的还原温度不低于1450℃，整个还原过程的时间控制在30分钟以内，得到的金属化球团的金属化率为94.2％。将转底炉直接还原得到的金属化球团送入电弧炉进行熔分，控制熔分气氛为中性或还原性气氛，熔分温度为1650℃，得到的含钒铁水温度为1400～1450℃，钛渣温度不低于1480℃，得到的钛渣可以作为硫酸法提取钛白的原料。将含钒铁水进一步进行吹钒炼钢，得到钒渣和钢锭。整个流程中铁的回收率为98.2％，钛的回收率为96.4％，钒的回收率为86.8％。

Claims

1.一种钒钛矿热压块转底炉直接还原-电炉熔分方法，其特征在于整个工艺流程包括：

(1)将钒钛矿、烟煤两种物料进行破碎筛分，其中：钒钛矿矿粉按质量百分数其全铁含量不低于40％；选择烟煤煤粉，煤粉中的固定碳含量按质量百分数不低于50％、灰分不高于15％、挥发分不超过35％，胶质层指数不低于10；钒钛矿粉和煤粉的粒度均不大于0.15mm，将破碎筛分后的钒钛矿粉、煤粉两种物料按质量百分数为60％～80％、20％～40％的比例进行计算配料，将配好的原料用混料机充分混和制得成分均匀的混合料；

(2)对配制好的混合料进行加热升温，当温度达到250～500℃时，用热压装置将其压制成椭球形的钒钛矿热压块，热压压力为35～45Mpa，钒钛矿热压块的尺寸为(20～40)×(15～30)×(10～20)mm的颗粒，其碳氧比为0.8～1.4，制成的钒钛矿热压块抗压强度不小于1000N/个，落下强度不小于5次/个；使用热压对辊压球机对配制好的混合料进行压制时，其设备的线压力不小于3.0t/cm；

(3)将钒钛矿热压块通过布料器布置在转底炉炉床上，转底炉通过天然气或煤气进行加热，炉内的还原温度在1300～1450℃之间，还原时间为15～45min，得到金属化率大于90％的金属化球团；

(4)钒钛磁铁矿热压块经转底炉直接还原得到的金属化还原产物进入电炉熔分设备进行熔分，得到含钒生铁和钛渣。

2.根据权利要求1所述的钒钛矿热压块转底炉直接还原-电炉熔分方法，其特征在于：钒钛矿热压块进入转底炉直接还原时，采用布料器多层布料进行高温厚料层直接还原。

3.根据权利要求1所述的钒钛矿热压块转底炉-电炉熔分方法，其特征在于将转底炉直接还原得到的高金属化球团送入电炉中进行熔分时，一般控制其熔分气氛为中性或还原性气氛，熔分温度不低于1600℃，得到的含钒铁水温度不低于1400℃，钛渣温度不低于1450℃，电炉熔分设备可以是电弧炉或感应炉。

4.根据权利要求1所述的钒钛磁铁矿热压块转底炉直接还原-电炉熔分方法，其特征在于：对电炉熔分所得到的含钒铁水进一步进行吹氧冶炼得到钒渣和钢锭或者钢水。

5.根据权利要求1所述的钒钛磁铁矿热压块转底炉直接还原-电炉熔分方法，其特征在于：经电炉熔分得到的钛渣其TiO₂品位在45％～55％，可作为硫酸法制取钛白的原料使用。