CN112442590A - 一种钒钛磁铁矿碱性氧化球团酸浸后处理的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于湿法冶金和钒钛磁铁矿球团浸钒领域，特别是涉及一种钒钛磁铁矿碱性氧化球团酸浸后处理的方法。针对采用钒钛磁铁矿碱性氧化球团提钒酸浸后，球团中氯含量或硫含量不能满足高炉炼铁对球团杂质含量的要求，同时浸后球团强度下降等现象。本发明对浸后球团进行焙烧后处理，脱去了球团中的酸根，改善了球团的质量，增加了球团的强度。同时，降低浸前球团的焙烧温度和减少制球时膨润土的配比，增加了钒的浸出率。

Description

一种钒钛磁铁矿碱性氧化球团酸浸后处理的方法
技术领域
本发明属于冶金和钒钛磁铁矿球团浸钒领域，特别涉及钒钛磁铁矿碱性氧化球团酸浸提钒后，去除球团中酸根和恢复球团强度的方法。
背景技术
目前从我国钒钛磁铁矿提钒的主要工艺是对钒钛磁铁矿经高炉冶炼的含钒铁水用转炉吹钒获得钒渣，钒渣再经回转窑钠化或钙化焙烧、水浸或酸浸、净化、沉钒，此工艺与钢铁冶炼流程相衔接，缺点是钒的总收率低，一般为43％。含钒原料直接提钒技术也正在被大力研究，传统提钒工艺主要包括钠化焙烧- 水浸、钙化焙烧-碱浸及无盐焙烧-酸浸。钠化焙烧-水浸工艺比较成熟，但是引入钠盐对后续炼铁产生不利影响；钙化焙烧-碱浸工艺应用不多，强碱浸出效果不理想且成本过高，采用氨浸浸出率更低、操作环境恶劣；无盐焙烧-酸浸，焙烧温度过高会导致钒氧化物的挥发，造成钒的损失严重。鉴于这种情况和国内钒工业面临的压力，球团钙化焙烧-酸(盐酸/硫酸)浸出新工艺则是一种新型节能、高效环保的提钒工艺。
专利申请CN201910639371.7以钒钛铁精矿为原料，钙化剂为Ca(OH)2，粘结剂为膨润土，钒钛铁精矿、钙化剂和粘结剂以一定比例混合后造球、高温钙化焙烧，使钒钛铁精矿中的钒转变为酸溶性的钒酸钙盐。再经过一定浓度的盐酸/硫酸溶液酸浸，得到含钒溶液和固体物料。该专利不仅将钙化剂与碱性球团添加剂结合成一体，而且将钙化焙烧与氧化球团焙烧结合成一步，且不影响物料后续炼铁工艺。采用球团堆浸的方式保持原有的球团化学性质和物理性质不变，从而实现浸钒后球团可直接作为炼铁原料出售。
浸后球团最主要的需要改善的二项指标是酸根在球团中的残留量和浸后球团的强度。酸根在球团的残留量取决于母液中酸根离子的浓度和洗涤效果以及酸根与球团中某些元素生成的化合物。为了获得高浓度钒母液常采用多级循环浸出的方法，这导致了钒母液含有较高酸根浓度。当采用盐酸浸出体系时，一般球团的含氯量为0.05％。在采用采用盐酸浸出体系时浸出体系时，由于球团中的钙会与硫酸根生成硫酸钙沉淀，一般球团中含SO2为2～3％，高于高炉炼铁对原料的要求。
浸出或多或少地会降低球团的强度，但是增加球团中膨润土用量和提高球团焙烧温度可以大幅减少浸出对球团的强度的影响。另外，钒的浸出率也随球团中澎润土用量的增加而下降。所以，提高球团浸后强度与增加钒的浸出率是一对矛盾。
发明内容
本发明的目的是钒钛磁铁矿碱性氧化球团酸浸提钒,并且浸钒后球团更好地满足高炉炼铁对球团原料的要求。本发明要解决的技术问题是：
(1)脱去浸后球团中的酸根以满足高炉炼铁对球团原料含杂的要求；
(2)通过浸后球团再焙烧平衡膨润土用量、球团焙烧温度、球团焙烧时间、氢氧化钙用量与钒的浸出率和浸后球团强度的关系，使浸后球团的强度满足高炉炼铁对球团强度的要求。
为此，本发明提供以下技术方案：
一种钒钛磁铁矿钙化碱性氧化球团酸浸后处理方法，将钒钛磁铁矿钙化碱性氧化球团酸浸后经干燥和焙烧处理。干燥是将洗涤后球团中的水分除掉，一般洗涤后球团含水量为6～9％。干燥温度为100～400℃。
优选地，所述钙化碱性氧化球团是由钒铁物料与粘结剂、钙化剂充分混合后，再加入水制成生球；然后对生球进行氧化焙烧成球团得到。
优选地，所述酸浸工序使用的酸为硫酸、盐酸的一种或两种混合，酸的浓度为0.1～2摩尔，优选0.3～0.7摩尔,浸出时间为7～35天,浸出温度为常温～ 70℃，浸出方式为浸泡、堆浸、柱浸的一种或多种。
优选地，所述酸浸后氧化球团的焙烧温度为1000～1300℃,时间为10～60 min，焙烧方式为常规球团焙烧工艺，如迴转窑、竖窑等。
优选地，所述钒铁物料包括钒钛磁铁矿精矿、含钒铁精矿中的一种或二种，或钒钛磁铁矿精矿与铁精矿的混合，或含钒铁精矿与铁精矿的混合。
优选地，所述钙化剂为CaO、CaCO3、Ca(OH)2、CaSO4、CaCl2、Ca(NO3)2、 MgO、MgCO3、Mg(OH)2、MgSO4、MgCl2、Mg(NO3)2中的一种或多种；所述钙化剂的加入量满足以下条件：球团中CaO与V2O5摩尔比大于1，且球团中 CaO与SiO2重量比小于1.5。
优选地，生球在氧化气氛下，于100～500℃下进行干燥，再加热至1100～ 1300℃，并在此温度停留20～60分钟后制成球团。
本发明的钛磁铁矿碱性氧化球团制备按专利申请CN201910639371.7所述方法制备，钙化碱性氧化球团制备为钒钛磁铁矿球配于粘结剂(膨润土)和钙化剂(Ca(OH)2)，经磨矿、造球和焙烧。钙化碱性氧化球团酸浸提钒也按专利申请CN201910639371.7所述方法进行，酸浸的酸为硫酸、盐酸的一种或两种混合，酸的浓度为0.1～2摩尔，优选0.3～0.7摩尔,浸出时间为7～35天,浸出温度为常温～70℃,浸出方式为浸泡、堆浸、柱浸的一种或多种。
当酸浸采用盐酸体系时，焙烧是将球团中的氯化物(HCl、FeCl3、FeCl2、 CaCl2、MgCl2、AlCl3等)以挥发和水解的方式除去。当焙烧温度高于氯化物沸点时，氯化物会从球团中挥发并实现脱氯根的目的。水解是氯化物在高温下与球团中的水或水蒸汽发生如下反应：
2FeCl2+2H2O+1/2O2→Fe2O3+4HCl
2FeCl3+3H2O→Fe2O3+6HCl
CaCl2+H2O→CaO+2HCl
MgCl2+H2O→MgO+2HCl
2AlCl3+3H2O→Al2O3+6HCl
氯根离子以HCl气体的形式脱离球团达到脱氯根的目的。
当酸浸采用硫酸体系时，焙烧是将球团中的硫酸盐(H2SO4,Fe2(SO4)3, FeSO4,CaSO4,MgSO4,Al2(SO4)3等)以分解的方式除去，加热分解如下：
MSO4→MO+SO2+O2
M为Ca,Mg,Fe,Al等；
在这些硫酸盐中，硫酸钙的分解温度最高(1200℃)。硫酸根最终以SO2的形式从球团中脱除。
浸后球团的焙烧温度为1000～1300℃,时间为10～60min.,焙烧方式为常规球团焙烧工艺,如迴转窑、竖窑等。
钒钛磁铁矿钙化碱性氧化球团酸浸过程不仅将球团中钒浸出，而且还会浸出球团中的铁、铝、硅、钙、镁。铝和硅是球团的粘结剂，铝和硅的浸出将导至球团强度的下降。浸后球团的焙烧不仅脱除了酸根，而且让铝和硅的化合与钙镁氧化物重熔增加了球团的强度，更好地满足高炉炼铁球团对强度的要求。
本发明的有益效果：
1)浸后球团的焙烧脱去了球团中的酸根，改善了球团的质量；
2)浸后球团的焙烧增加球团的强度，由于浸后球团的焙烧再次控制了球团的强度，从而可降低浸前球团的焙烧温度和减少制球时粘结剂(膨润土)的配比。在浸前的球团制备过程选择有利于钒浸出的工艺参数，也就增加了钒的浸出率。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。因此，以下对实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
在本申请实施例的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
以下各实施例中的实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。下述实施例中所用的试验材料，如无特殊说明，均为从常规供应商处购买得到。
实施例所选用的钙化碱性氧化球团的原料为攀西钒钛磁铁矿精矿，球团生产条件：膨润土粘结剂添加量为1.2％，钙化剂Ca(OH)2添加量为1.8％，焙烧温度为1220℃，时间为30min。其化学成份分析如表1所示。
表1实施例钙化碱性氧化球团化学成份分析
Figure BDA0002796429530000051
Figure BDA0002796429530000061
实施例1盐酸体系浸出
称取球团矿120kg置于钒柱浸装置中，取5.14L的31％盐酸与93.4L水配置成盐酸浓度为0.5mol/L的溶液，用于初始球团矿的浸出。每天补充适量盐酸和水作为球团矿的耗酸和自然蒸发水，使母液中的盐酸浓度保持在0.5mol/L。流量控制通过柱浸装置上方的13个软管夹进行调节，使浸出母液能均匀地滴于球团矿表面，雨量为60L/(m2·h)，浸出时间为25天，总耗酸量为18.54L (31％盐酸)。V2O5浸出率为48.83％，铁的浸出率为0.33％，硅的浸出率为 19.2％，铝的浸出率为27.3％。
浸出结束后，球团进行两次水洗。每次采用36L的清水对球团进行喷淋，雨量为60L/(m2·h)，循环12小时。
浸后球团经105℃干燥后，在不同温度下焙烧30分钟，分析球团中氯的含量和测压强，其结果列于表2中。
表2盐酸体系浸后球团焙烧处理后氯含量和强度
温度℃ 未处理 1000 1050 1100 1150 1200 1250
强度(Kg/球) 64 134 194 222 270 194 252
Cl％ 0.05 0.03 0.03 0.03 0.03 0.03 0.03
实施例2硫酸体系浸出
称1.90Kg球团放入1L量简中,取16ml 98％H2SO4于500ml水中配成约 0.5mol浸取液、搅拌后倒入装有球团的量简中进行常温浸泡提钒。第2天至第21天倒出浸出母液,加3ml98％H2SO4补加酸混均后，再倒回量简继续浸球团，总浸出时间为25天。浸出完成后，用500ml水浸泡24小时进行洗涤。
浸后球团经105℃干燥后，在不同温度下焙烧30分钟，分析球团中SO3的含量和测压强，其结果列于表3中。
表3硫酸体系浸后球团焙烧处理后氯含量和强度
温度℃ 未处理 1150 1200 1250 1300
强度(Kg/球) 74.5 215.90 260.65 327.21 280.23
SO<sub>3</sub>％ 3.79 0.06 0.03 0.02 0.02
由实施例1和2可以看出，在使用本发明的方法对浸后球团的进一步处理后，球团的强度大幅增加，并且酸根在球团中的残留量也大幅下降，完全符合浸钒后球团高炉炼铁对球团原料的要求。
以上所述实施例仅表达了本申请的具体实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请保护范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请技术方案构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。

Claims (7)

1.一种钒钛磁铁矿碱性氧化球团酸浸后处理方法，其特征在于：将钒钛磁铁矿碱性氧化球团酸浸后经干燥和焙烧处理。
2.根据权利要求1所述的一种钒钛磁铁矿碱性氧化球团酸浸后处理方法，其特征在于：所述碱性氧化球团是由钒铁物料与粘结剂、钙化剂充分混合后，再加入水制成生球，然后对生球进行氧化焙烧成球团得到。
3.根据权利要求1所述一种钒钛磁铁矿碱性氧化球团酸浸后处理方法，其特征在于：酸浸工序使用的酸为硫酸、盐酸的一种或两种混合，酸的浓度为0.1～2摩尔/L，优选0.3～0.7摩尔/L,浸出时间为7～35天,浸出温度为常温～70℃，浸出方式为浸泡、堆浸、柱浸的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的一种钒钛磁铁矿碱性氧化球团酸浸后处理方法,其特征在于：酸浸后氧化球团的焙烧温度为1000～1300℃,时间为10～60min，焙烧方式为常规球团焙烧工艺，如迴转窑、竖窑等。
5.根据权利要求2所述的一种钒钛磁铁矿碱性氧化球团酸浸后处理方法,其特征在于：所述钒铁物料包括钒钛磁铁矿精矿、含钒铁精矿中的一种或二种，或钒钛磁铁矿精矿与铁精矿的混合，或含钒铁精矿与铁精矿的混合。
6.根据权利要求2所述的一种钒钛磁铁矿碱性氧化球团酸浸后处理方法,其特征在于：所述钙化剂为CaO、CaCO3、Ca(OH)2、CaSO4、CaCl2、Ca(NO3)2、MgO、MgCO3、Mg(OH)2、MgSO4、MgCl2、Mg(NO3)2中的一种或多种；所述钙化剂的加入量满足以下条件：球团中CaO与V2O5摩尔比大于1，且球团中CaO与SiO2重量比小于1.5。
7.根据权利要求2所述的一种钒钛磁铁矿碱性氧化球团酸浸后处理方法,其特征在于：生球在氧化气氛下，于100～500℃下进行干燥，再加热至1100～1300℃，并在此温度停留20～60分钟后制成球团。
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