CN115261608B - 一种改善提钒尾渣球团强度强化还原脱碱的方法与系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种改善提钒尾渣球团强度强化还原脱碱的方法与系统，包括以下步骤：S1.将提钒尾渣、添加剂、粘结剂、水按一定比例配矿、混匀后造球，获得提钒尾渣球团；所述的添加剂为石灰石、消石灰、生石灰中的一种或几种；S2.将提钒尾渣球团置于温度可控的箱式储存炉中，再通入CO2进行碳酸化固结，得到固结后的提钒尾渣球团；S3.将固结后的提钒尾渣球团、固体还原剂送入回转窑中进行还原焙烧，碱金属和还原过程中产生的CO2进入到烟尘中，冷却后分离混合物料中的还原剂返回还原焙烧工序，获得的脱碱渣作为烧结‑高炉流程的炼铁原料。本发明工艺流程设计合理，设备操作简单，无废弃物产生，环境友好。

Description

一种改善提钒尾渣球团强度强化还原脱碱的方法与系统
技术领域
本发明属于二次资源综合利用领域，涉及一种改善提钒尾渣球团强度强化还原脱碱的方法与系统。
背景技术
钒作为一种高熔点稀有金属，主要以钒铁、钒钛、钒化合物和金属钒的形式被广泛的应用于冶金、宇航、化工和电池等领域。绝大多数的钒资源主要赋存于钒钛磁铁矿中。目前，钒钛磁铁矿中钒的利用主要采用高炉炼铁-转炉制备钒渣-钠化焙烧-水浸提钒工艺。经过此工艺提钒处理后，提钒尾渣中仍含有有铁、钒、钠、钾、钛、硅、钙、镁、铝等大量的有价金属元素，同时因碱金属含量高，无法返回炼铁系统循环利用，目前只能堆存处理，造成环境污染的同时，还导致铁、钒、钛等资源的浪费。
针对提钒尾渣中的铁元素和钒元素一般采用磁化焙烧-磁选法和钠化焙烧-浸出的方法进行处理，这些方法只关注提钒尾渣中铁或钒资源的回收，并未对提铁和提钒后的尾渣进行合理处置，尾渣中仍然存在大量的碱金属，堆存时对环境的污染问题未解决。针对提钒尾渣中的碱金属，传统的酸浸法和氧化钙浸出法。酸浸出过程产生大量的废酸易造成二次污染，且浸出反应中酸液与渣中钙、镁等元素反应生成沉淀残留在浸出渣中，造成浸出渣硫、氟等含量过高，难以返回炼铁流程循环利用。氧化钙浸出过程需要加入过量的氧化钙，该方法以碱金属赋存状态简单的提钒尾渣为原料，碱金属脱除率最高仅80％左右，且过量的氧化钙在溶液中生成氢氧化钙沉淀，浸出渣中碱金属含量被稀释，表现出浸出渣中碱金属含量降低。
综上所述，为实现提钒尾渣的有效利用，使提钒尾渣脱碱后返回炼铁流程，实现提钒尾渣厂内资源化利用，具有重要的环保意义和资源再生意义。
发明内容
本发明的第一个目的在于提供一种改善提钒尾渣球团强度强化还原脱碱的方法，该方法操作简单、无环境污染、球团生球强度高、生产效率高。
本发明的第二个目的在于提供一种改善提钒尾渣球团强度强化还原脱碱的系统，该系统工艺流程设计合理、对设备要求低、可以规模化推广应用。
本发明提供一种改善提钒尾渣球团强度强化还原脱碱的方法，包括以下步骤：
S1.将提钒尾渣、添加剂、粘结剂、水按一定比例配矿、混匀后造球，获得提钒尾渣球团；
S2.将提钒尾渣球团置于温度可控的箱式炉中，再通入CO2进行碳酸化固结，得到固结后的提钒尾渣球团；
S3.将固结后的提钒尾渣球团、固体还原剂送入回转窑中进行还原焙烧，碱金属和还原过程中产生的CO2进入到烟尘中，冷却后分离混合物料中的还原剂返回还原焙烧工序，获得的脱碱渣作为烧结-高炉流程的炼铁原料。
优选的方案，步骤S1中，所述的添加剂为石灰石、消石灰、生石灰中的一种或几种。
优选的方案，步骤S1中，所述的提钒尾渣与添加剂中有效CaO的质量比为1:0～1:2。
优选的方案，步骤S1中，所述的提钒尾渣球团的粒度为0～20mm。
优选的方案，步骤S2中，所述温度可控的箱式炉，其气氛为CO2，温度为100℃～500℃。
优选的方案，步骤S3中，所述固体还原剂为焦粉或无烟煤；所述的还原焙烧温度为1100～1300℃，时间为60～180min。
优选的方案，步骤S3中，采用布袋除尘对碱金属进行回收，CO2气体返回至步骤S2中箱式储存炉中重复利用。
优选的方案，步骤S3中，采用磁选分离对混合物料进行分离，得到残留还原剂和脱碱渣。
本发明还提供一种改善提钒尾渣球团强度强化还原脱碱的系统，包括搅拌器、造球机、箱式炉、回转窑、磁选机和布袋除尘器；
所述搅拌器的出料口与造球机的进料口连接，所述造球机的出料口与箱式炉的进料口连接，所述箱式炉的出料口与回转窑的进料口连接，所述回转窑的出料口与磁选机的进料口连接，所述回转窑的排烟口与布袋除尘器连接。
进一步，所述造球机为圆盘造球机或者圆筒造球机。
进一步，所述箱式炉为温度可控的箱式储存炉。
在回转窑运转过程中，由于提钒尾渣球团的生球强度低，回转窑中大量的提钒尾渣球团粉化，部分细粉随抽风进入烟尘中造成资源的浪费，部分细粉发生熔融造成黏窑等现象，影响回转窑的正常运转，本发明将提钒尾渣球团与还原剂混匀，置于温度气氛可控的箱式储存炉中，再通入CO2进行碳酸化固结，得到固结后的提钒尾渣球团，提高提钒尾渣球团生球强度。对提钒尾渣球团进行钙化还原焙烧，该方法通过添加钙化剂与复杂含碱金属固溶体在还原气氛下发生反应，使复杂含碱金属固溶体转变为含钙固溶体，钠组分被还原为简单的氧化物或金属钠蒸汽挥发脱除进入烟气，进而通过收集烟尘，实现钠的回收，含碱金属烟尘可返回钒渣钠化提钒工序循环利用。
与现有技术相比，本发明的有益技术效果为：
提钒尾渣中碱金属赋存状态复杂，主要以含铁、钛、硅、铝等元素的复杂固溶体形式存在，其结构稳定，难以分解。采用温度气氛可控式箱式储存炉，处理提钒尾渣球团，所需温度低，CO2气氛可循环使用，经过处理后球团强度高，可直接进入回转窑进行钙化还原挥发处理，箱式炉处理量大，降低了能耗。本发明工艺流程设计合理，设备操作简单，无废弃物产生，环境友好。
附图说明
图1为本发明方法的工艺流程图。
图2为本发明系统的设备连接图。
其中，图中1-搅拌器；2-造球机；3-箱式炉；4-回转窑；5-磁选机；6-布袋除尘器。
具体实施方式
下面通过实施例来进一步说明本发明的具体实施方式，但本发明的具体实施方式不局限于以下实施例。
在本发明实施例中，如无特别说明，采用的手段均为本领域常规的手段，采用的试剂均可通过常规的商业途径获取。
以下通过具体实施例和附图对本发明技术方案进行详细的阐述。
实施例1
以提钒尾渣(32.33％TFe，11.35％SiO2，9.63％TiO2，4.87％Na2O，0.02％K2O)为原料。使用消石灰作为添加剂，提钒尾渣与消石灰中有效CaO的质量比为1:0.3。将提钒尾渣、消石灰、总重量百分含量为8％的水混匀后造球，球团直径范围为5～10mm。将球团放入到温度为100℃的温度可控箱式储存炉中进行碳酸化固结处理10h，固结化结束后，取部分球团测其生球强度，具体结果为258N/cm，其余球团转入至回转窑中在1250℃下进行固态还原焙烧120min，还原剂为焦粉，冷却后磁选分离，获得脱碱渣和残焦。提钒尾渣脱碱金属率为95.35％，提钒尾渣脱碱渣中Na2O含量为0.12％，回转窑内无粘附物存在，窑渣回收率89.17％。
本实施例采用改善提钒尾渣球团强度强化还原脱碱的系统，包括搅拌器1、造球机2、箱式炉3、回转窑4、磁选机5和布袋除尘器6；
搅拌器1的出料口与造球机2的进料口连接，造球机2的出料口与箱式炉3的进料口连接，箱式炉3的出料口与回转窑4的进料口连接，回转窑4的出料口与磁选机5的进料口连接，回转窑4的排烟口与布袋除尘器6连接。
在本实施例中，造球机为圆盘造球机。
在本实施例中，箱式炉为温度可控的箱式储存炉。
实施例2
以提钒尾渣(31.62％TFe，10.24％SiO2，9.74％TiO2，4.95％Na2O，0.01％K2O)为原料。使用消石灰作为添加剂，提钒尾渣与消石灰中有效CaO的质量比为1:0.3。将提钒尾渣、消石灰、总重量百分含量为8％的水混匀后造球，球团直径范围为5～10mm。将球团放入到温度为100℃的温度可控箱式储存炉中进行碳酸化固结处理5h，固结化结束后，取部分球团测其生球强度，具体结果为173N/cm，其余球团转入至回转窑中在1250℃下进行固态还原焙烧120min，还原剂为焦粉，冷却后磁选分离，获得脱碱渣和残焦。提钒尾渣脱碱金属率为93.35％，提钒尾渣脱碱渣中Na2O含量为0.11％，回转窑内表层粘附少量的弃渣，窑渣回收率78.11％。
实施例3
以提钒尾渣(32.51％TFe，9.98％SiO2，10.06％TiO2，4.95％Na2O，0.01％K2O)为原料。使用消石灰作为添加剂，提钒尾渣与消石灰中有效CaO的质量比为1:0.3。将提钒尾渣、消石灰、总重量百分含量为8％的水混匀后造球，球团直径范围为5～10mm。将球团放入到温度为100℃的温度可控箱式储存炉中进行碳酸化固结处理5h，固结化结束后，取部分球团测其生球强度，具体结果为190N/cm，其余球团转入至回转窑中在1250℃下进行固态还原焙烧120min，还原剂为焦粉，冷却后磁选分离，获得脱碱渣和残焦。提钒尾渣脱碱金属率为93.43％，提钒尾渣脱碱渣中Na2O含量为0.11％，回转窑内表层粘附少量的弃渣，窑渣回收率83.11％。
对比例
以提钒尾渣(33.27％TFe，10.31％SiO2，9.66％TiO2，4.83％Na2O，0.01％K2O)为原料。使用消石灰作为添加剂，提钒尾渣与消石灰中有效CaO的质量比为1:0.3。将提钒尾渣、消石灰、总重量百分含量为8％的水混匀后造球，球团直径范围为5～10mm。将球团转入到链篦机回转窑中进行氧化焙烧60～80min，氧化焙烧结束后，将球团转入至回转窑中在1250℃下进行固态还原焙烧120min，还原剂为焦粉，冷却后磁选分离，获得脱碱渣和残焦。提钒尾渣脱碱金属率为89.34％，提钒尾渣脱碱渣中Na2O含量为0.11％，回转窑内表层粘附少量的弃渣，窑渣回收率70.19％。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方案。

Claims (7)

1.一种改善提钒尾渣球团强度强化还原脱碱的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1.将提钒尾渣、添加剂、粘结剂、水按一定比例配矿、混匀后造球，获得提钒尾渣球团；所述的添加剂为石灰石、消石灰、生石灰中的一种或几种；
S2.将提钒尾渣球团置于温度可控的箱式炉中，再通入CO2进行碳酸化固结，得到固结后的提钒尾渣球团；
S3.将固结后的提钒尾渣球团、固体还原剂送入回转窑中进行还原焙烧，碱金属和还原过程中产生的CO2进入到烟尘中，冷却后分离混合物料中的还原剂返回还原焙烧工序，获得的脱碱渣作为烧结-高炉流程的炼铁原料。
2.根据权利要求1所述改善提钒尾渣球团强度强化还原脱碱的方法，其特征在于，步骤S1中，所述的提钒尾渣与添加剂中有效CaO的质量比为1:0～1:2。
3.根据权利要求1所述改善提钒尾渣球团强度强化还原脱碱的方法，其特征在于，步骤S1中，所述的提钒尾渣球团的粒度为0～20mm。
4.根据权利要求1所述改善提钒尾渣球团强度强化还原脱碱的方法，其特征在于，步骤S2中，所述温度可控的箱式炉，其气氛为CO2，温度为100℃～500℃。
5.根据权利要求1所述改善提钒尾渣球团强度强化还原脱碱的方法，其特征在于，步骤S3中，所述固体还原剂为焦粉或无烟煤；所述的还原焙烧温度为1100～1300℃，时间为60～180min。
6.根据权利要求1所述改善提钒尾渣球团强度强化还原脱碱的方法，其特征在于，步骤S3中，采用布袋除尘对碱金属进行回收，CO2气体返回至步骤S2中箱式炉中重复利用。
7.根据权利要求1所述改善提钒尾渣球团强度强化还原脱碱的方法，其特征在于，步骤S3中，采用磁选分离对混合物料进行分离，得到残留还原剂和脱碱渣。
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