CN105039626A

CN105039626A - 一种钒渣制备方法

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Publication number: CN105039626A
Application number: CN201510584069.8A
Authority: CN
Inventors: 胡文韬; 王化军; 刘欣伟
Original assignee: University of Science and Technology Beijing USTB
Current assignee: University of Science and Technology Beijing USTB
Priority date: 2015-09-14
Filing date: 2015-09-14
Publication date: 2015-11-11
Anticipated expiration: 2035-09-14
Also published as: CN105039626B

Abstract

一种钒渣制备方法，属于炼铁领域。首先将石煤、固体炭破碎后与铁矿石、粘结剂和碳酸钙等混匀并制备球/块，干燥后将其添加于专用感应电炉。熔化后的含钒铁水和炉渣分别以液态形式排出。其中，钒铁吹炼成钒渣和钢；炉渣冷却后细磨，再分选出颗粒状单质铁。球/块组分：铁矿石30～80％，石煤3～55％，固体炭10～40％，粘结剂0.5～15％，碳酸钙0.5～35％。专用感应电炉电源为中频或高频感应电源，坩埚材质为耐热金属或石墨。水冷线圈置于坩埚外部，总高度小于坩埚。坩埚上部悬有集尘器，自动给料机安装于二者之间，用于加入球/块；含炭球/块可单独或者与金属炉料共同加入感应电炉。本发明无需使用高品质钛铁矿和高炉、电炉等大型炉窑，工艺设备简单、生产流程短、原料成本低。

Description

一种钒渣制备方法

技术领域

本发明属于矿物加工领域，涉及一种钒渣制备方法。

技术背景

石煤是一种含有钒、钼、铀、银等多种共伴生元素的劣质无烟煤，目前尚未被有效利用。钒主要用于炼钢，用其冶炼的含钒低合金钢具有很高的强度、韧性、延展性和耐热性，广泛用于油/气管道、建筑、桥梁、钢轨、压力容器等众多领域。本发明可用石煤和铁矿石直接生产钒渣和钢，生产流程短、提取效率高。

中国发明专利CN103706465A公开了及一种从高钙型石煤中浮选预富集钒的方法。首先将高钙型石煤原矿破碎至-25mm，在600～750℃火焰中燃烧1～2h脱炭，剩余的灰分磨至-0.074mm占60～80％，用水力旋流器分级：粗粒级产品进行钙粗选，钙粗选的尾矿再进行钙扫选，钙扫选的尾矿进行钒粗选，钒粗选的尾矿进行钒扫选，以上选矿均采用浮选槽浮选。钙粗选的精矿、钙扫选的精矿和钒扫选的尾矿合并为最终尾矿；分级的细粒级产品、钒粗选的精矿和钒扫选的精矿合并为最终精矿。

中国发明专利CN103008089A公开了一种从含钒石煤中选矿预富集钒的方法。首先将含钒石煤原矿破碎至-25mm，再用棒机湿磨至-0.074mm占50～90％，然后将湿磨后的矿浆浓度调为10～40％送入粗选用摇床粗选，最后将粗选后的尾矿浆浓度调成10～40％送入扫选用摇床扫选。扫选后的尾矿作为最终尾矿，粗选的精矿和扫选的精矿合并一起作为最终精矿。粗选用摇床和扫选用摇床的均采用“一种用于含钒石煤选矿预富集钒的摇床”。粗选用摇床的横向倾角为0.5～l.5°；扫选用摇床的横向倾角为0.9～2.0°。

中国发明专利CN102002585A公开了一种石煤酸浸液生产钒铁合金的方法。首先将石煤酸浸液加胺(氨)除铝，而后中和或氧化沉淀铁钒化合物；获得的铁钒化合物经净化除杂后用于还原熔炼生产钒铁。

中国发明专利CN102312109A公开了一种从石煤矿石中提取与分离镍钼的工艺，将原矿细磨至200目左右压成小球，放入1150～1250℃真空炉中保温2～3h，矿石中的硫元素在反应中转变为硫蒸汽出现并被冷凝器以硫磺的形式回收，真空炉内冷凝器温度为20～60℃，使硫蒸汽凝华在冷凝器上回收；在真空状态下降温至300℃以下，开炉取出矿石球团并磨细至200目左右、以400～600Gs磁选回收矿石中的镍，得到镇精矿；磁选尾矿经摇床重选，回收铝得到钼精矿。

发明内容

本发明提供了一种钒渣制备方法。首先将铁矿石、石煤、固体炭、粘结剂和碳酸钙混匀并造块，干燥后投加于专用感应电炉中保温还原，熔分出含钒铁水和炉渣；所得的含钒铁水吹炼制备成钒渣和钢；炉渣冷却后经细磨、磁选可分离出颗粒状单质铁。

一种钒渣制备方法，其特征在于：以石煤、铁矿石、固体炭为主要原料制备含炭球/块生产钒渣和钢。含炭球/块中铁矿石30～80％，石煤3～55％，固体炭10～40％，粘结剂0.5～15％，碳酸钙0.5～35％。

该含炭球/块生产采用一种专用感应电炉，该电炉由电源、水冷线圈、炉壳、坩埚、冷却塔、集尘器和自动给料机构成。其电源为中频或高频感应电源，通过电缆与水冷线圈相连；坩埚置于水冷线圈内部，但水冷线圈总高度小于坩埚，故坩埚上缘高于水冷线圈；炉体下部坩埚与水冷线圈之间及上部坩埚与炉壳之间添加有保温隔热材料；炉壳包覆于水冷线圈外部；集尘器悬于坩埚上部，自动给料机安装于二者之间，用于向坩埚中加料；球/块可单独或者与金属炉料共同加入感应电炉之中；球/块与金属炉料熔化后以液态排出感应电炉；生产的含钒铁水可用于吹炼钒渣和钢，炉渣经物理分选后可被提纯为优质单质铁颗粒。

本发明可利用廉价的石煤资源，采用专用感应电炉，可通过1次加热直接生产钒渣和钢，无需使用高品质钛铁矿和高炉、电炉等大型炉窑，工艺设备简单、生产流程短、原料成本低。

本发明与现有技术的差别主要体现在：

(1)原料。现有技术只能以钒钛磁铁矿、钛铁矿等原料生产钒渣，而不能使用来源更广泛、更廉价的石煤；

(2)熔炼设备和热源。现有技术主要使用高炉或电炉。其中，高炉依靠炉缸中的炭燃烧发热，电炉依靠电极间电流的热效应发热。而本发明而本发明采用了一种专用感应电炉，主要依靠导体在交变电磁场中发生的电磁感应现象发热：熔炼开始阶段，处于交变电磁场中的导电性坩埚首先感应发热，并以热辐射和热传递方式为临近球/块还原、熔化供热。随着反应进行，球/块中的铁元素逐渐被还原熔分为铁水，这些铁水在交变电磁场中持续发热，继续为剩余球/块供热，从而加快反应进程。坩埚和铁水受热功率如式(1)所示。

其中，E，为感应电势的有效值，V；

I，坩埚或铁水内部产生的感应电流，A；

f，感应电源频率，Hz；

ψ，电源相位。

与本发明涉及的专用感应电炉不同，常规的感应电炉只能对导电性强的金属炉料加热，不能直接用于加热导电性较差的含炭球/块。而本发明涉及的感应电炉是经过重新设计的专用熔炼设备，与现有的常规设备在结构、材料、外型参数和适用范围等方面均有较大差别。

(3)产品种类。现有的石煤处理技术能够通过焙烧、浸出等方式提钒，但不能利用其生产钒渣。而本发明可用石煤直接生产含钒铁水和炉渣；其中，含钒铁水可吹炼为钢水和钒渣；炉渣经过细磨、磁选提纯后，可制备出TFe>90％的高品质颗粒状单质铁。

综上，本发明与现有的石煤、铁矿石生产技术相比较，在原料、设备和产品种类方面都不同，是一种全新的生产工艺。

本发明的技术方案如下：

(1)首先将石煤、固体炭破碎至-5mm，并与铁矿石、粘结剂、碳酸钙混匀。其中，质量分数：铁矿石30～80％，石煤3～55％，固体炭10～40％，粘结剂0.5～15％，碳酸钙0.5～35％；粘结剂为膨润土、水玻璃、消石灰、水泥、羧甲基纤维素钠等。

(2)将-5mm石煤、固体炭与铁矿石、粘结剂和碳酸钙的混匀并造块，料块的形状为球或者其他块状集合体；

(3)将干燥后的球/块投加于专用感应电炉熔炼、还原和熔分；

(4)炉料熔化后，含钒铁水以液态排出感应电炉，炉渣以机械方式排出；

(5)含钒铁水用于吹炼钢水或钒渣；炉渣经细磨、弱磁选、强磁选、浮选等工序提纯后，制备TFe>90％的优质颗粒状单质铁。

附图说明

图1(a)为单独使用含炭球/块制备钢、颗粒状单质铁和钒渣的生产过程；图1(b)为含炭球/块与废钢或生铁共用制备钢、颗粒状单质铁和钒渣的生产过程。

图2为本发明专用感应电炉结构图，

1为电源、2为水冷线圈、3为炉壳、4为坩埚、5为冷却塔、6为集尘器、7为自动给料机。

具体实施方式

以下实例用于说明本发明的实施过程，但不用来限制本发明的使用方法和适用范围。

实例1：

制备感应电炉用含炭球/块，其原料为湖南某石煤、河北某铁矿石和山西某焦粉，石煤固定碳13.34％，V₂O₅含量0.92％；铁矿石TFe61.91％；焦粉灰分13.21％，水分1.34％，挥发分3.37％，固定碳82.08％。

制备和使用过程：

(1)破碎和混匀。将焦粉破碎至-5mm；取石煤100kg，铁矿石82kg，焦粉28kg，膨润土3kg，石灰石(碳酸钙)2kg，水19L混合并搅拌；

(2)成型。使用对辊压球机造球，将混匀后的物料制成直径22mm球状体；

(3)球/块烘干。将球置于干燥处自然风干；

(4)使用。取350kg球/块投加至专用感应电炉熔炼，待料层下降后继续投加球/块至坩埚2/3容积处，循环往复；熔炼过程中专用感应电炉对球/块的加热功率为0.5kW·kg^-1；

(5)球/块熔化后用扒渣机扒出炉渣，待冷却后细磨至-0.074mm占80％，磁选场强125kA/m分离出颗粒状单质铁，TFe90.11％；

(6)向专用感应电炉中吹氧，将生成的钒渣扒出、剩余的钢水铸锭，出炉温度1610℃。

实例2：

制备感应电炉用含炭球/块，其原料为湖北某石煤、河北某铁矿石和山西某焦粉，石煤固定碳15.17％，V₂O₅含量1.02％；铁矿石TFe61.91％；焦粉灰分13.21％，水分1.34％，挥发分3.37％，固定碳82.08％。

制备和使用过程：

(1)破碎和混匀。将焦粉破碎至-5mm；取石煤100kg，铁矿石90kg，焦粉25kg，膨润土2.5kg，石灰石(碳酸钙)2kg，水15L混合并搅拌；

(2)成型。使用摩擦压机造块，将混匀后的物料制成直径50mm块状体；

(3)球/块烘干。将球/块置于干燥机中烘干；

(4)使用。取300kg球/块与100kg废钢共同投加至感应电炉中熔炼，待料层下降后继续投加球/块至坩埚2/3容积处，循环往复；熔炼过程中专用感应电炉对球/块的加热功率为0.6kW·kg^-1；

(5)球/块熔化后用扒渣机扒出炉渣，待冷却后细磨至-0.074mm占75％进行一段磁选，场强125kA/m；磁选精矿细磨至-0.074mm占85％进行二段磁选，场强100kA/m，分离出颗粒状单质铁，TFe89.31％；

(6)向专用感应电炉中吹氧，将生成的钒渣扒出、剩余的钢水铸锭，出炉温度1550℃。

Claims

1.一种钒渣制备方法，其特征在于：采用感应电炉直接使用以石煤、铁矿石和固体炭等为主要原料制备含炭球/块，通过1次加热生产含钒铁水。其中，含钒铁水经吹炼制备成钒渣和钢；炉渣冷却后细磨，经弱磁选后分离出颗粒状单质铁。

2.根据权利要求1所述的钒渣制备方法，其特征在于含炭球/块质量分数：铁矿石30～80％，石煤3～55％，固体炭10～40％，粘结剂0.5～15％，碳酸钙0.5～35％；固体炭包括煤、石油焦、兰炭、焦炭及其混合物，固定碳含量>60％。

3.根据权利要求1所述的钒渣制备方法，其特征在于球/块可单独或与金属炉料共同加入到感应电炉之中；球/块与金属炉料还原熔化后以金属液和液态炉渣形式排出，出炉温度为1250～1650℃。

4.根据权利要求1所述的钒渣制备方法，其特征在于感应电炉使用导电性强的耐热金属或石墨坩埚；专用感应电炉对球/块的加热功率为0.15～1.5kW·kg^-1；坩埚总高度大于水冷线圈15～85％；水冷线圈由下至上分为2～6组，分别与感应电源相连接，独立控制。

5.根据权利要求1所述的钒渣制备方法，其特征在于炉渣富集提纯方法利用细磨、磁选、重选和浮选技术中的一种或几种，从炉渣中分离出颗粒状单质铁。

6.根据权利要求2所述的钒渣制备方法，其特征在于造块方法使用对辊压球机、压机、圆盘造球机装置将混合物料制备为球/块状物。