CN101294242A

CN101294242A - 一种从高铬钒钛磁铁矿中提取多种金属元素的方法

Info

Publication number: CN101294242A
Application number: CN 200810302482
Authority: CN
Inventors: 刘功国; 薛逊; 邓君; 李桂军
Original assignee: Pangang Group Research Institute Co Ltd; Pangang Group Panzhihua Iron and Steel Research Institute Co Ltd
Current assignee: Panzhihua Iron and Steel Group Corp; Pangang Group Research Institute Co Ltd; Pangang Group Panzhihua Iron and Steel Research Institute Co Ltd
Priority date: 2008-07-01
Filing date: 2008-07-01
Publication date: 2008-10-29
Anticipated expiration: 2028-07-01
Also published as: CN101294242B

Abstract

本发明公开了一种从高铬钒钛磁铁矿中提取多种金属元素的方法。特征在于高铬钒钛磁铁精矿经配料压球干燥后，装入转底炉直接还原，在还原过程中，通过还原温度、还原气氛等工艺参数的调节与控制，获得金属化率90％以上、含残碳0.5～4.5％的金属化球团。将所得金属化球团装入电炉再配加球团加入重量8～35％的含碳还原剂进行冶炼，获取钛渣和钒铬铁水，钒铬铁水在一定氧压下，通过时间和温度控制进行吹炼，获取钒铬渣和半钢。钛渣按现有硫酸法或氯化法工艺处理、钒铬渣按一定工序处理最终提取获得TiO₂、V₂O₅和Cr₂O₃。

Description

一种从高铬钒钛磁铁矿中提取多种金属元素的方法

技术领域

本发明属于金属冶炼领域，具体涉及一种从高铬钒钛磁铁矿中提取多种金属元素的方法

背景技术

高铬钒钛磁铁矿是一种以铁为主，钛、钒、铬等多金属元素共生的复合矿，攀枝花红格南矿区的高铬钒钛磁铁矿其储量巨大，是我国目前最大的钒钛磁铁矿矿床之一。该高铬钒钛磁铁矿与攀西地区其它矿区的钒钛磁铁矿相比，铁、钒、钛含量相当，但铬含量要高得多，以精矿中Cr₂O₃计最高达1.8％。该矿床是一个极具经济价值的多金属综合利用矿床。

目前已开发利用的攀枝花钒钛磁铁矿铬含量很低，经高炉冶炼后进入铁水的[Cr]没有回收价值，现行的高炉炼铁——转炉提钒工艺仅回收了铁和钒，大量的钛由于进入高炉渣且含量低(渣中TiO₂含量22％左右)，目前尚无合理有效的经济手段加以回收利用，造成了钛资源的浪费。铬和钒冶炼过程中的行为十分相似，高铬钒钛磁铁矿若采用高炉炼铁——转炉提钒工艺虽可在回收钒的过程中同时回收铬，但也不能回收钛资源，将导致矿产资源综合利用率低下。

传统的回转窑、隧道窑、竖炉等还原炉联合电炉工艺对钒钛磁铁矿综合提取多金属元素有一定研究和生产实践，但普遍存在的问题是直接还原温度低，还原气氛要求高，金属化率不高，生产能力小，不能提取铬元素等弊病。

公开号为CN1804059(公开日：2006.07.19)专利申请，其专利内容是钒钛磁铁精矿经配料造球后获得冷固含碳球团，烘干、筛分后进入还原炉还原，还原得到的金属化球团热装电炉熔分，得到铁水和含钛、钒、铬的电炉渣，该方法指出的电炉熔分温度为1600～1800℃。该方法存在的问题是：(1)造球过程中，采用后续的造球机中通过造球外裹还原剂粉方式，还原剂粉附着性差，不易控制到所需的碳含量要求水平；(2)电炉熔分温度不小于1600℃，对炉衬寿命影响较大；(3)对金属化球团只进行简单熔分，钛、钒、铬等金属元素绝大部分进入电炉渣，所得的电炉渣为多金属氧化物混合渣，分离难度大。

公开号为CN1641045(公开日：2005.07.20)的专利介绍了一种钒钛磁铁矿采用转底炉直接还原后，将所得的金属化球团装入电炉熔分获取铁水和钒钛渣的方法。该方法存在的问题是：(1)球团干燥温度为80～90℃，在该温度范围下，球团干燥时间长，热量消耗大；(2)金属化球团只在电炉内简单熔分，钒元素绝大部分进入渣中，所得电炉渣为含钛、钒的混合渣，后续处理复杂；(3)该方法没有回收提取铬元素，造成了资源的浪费。

公开号为CN1696325(公开日：2005.11.16)的专利申请介绍了攀西红格钒钛磁铁矿采用配料烧结方式，将所得烧结矿直接装入电炉冶炼，获取含V、Cr、Ni、Co的合金生铁。该方法存在的问题是：(1)采取加辅料调渣手段，电炉冶炼所得炉渣中的TiO₂含量小于23％，钛资源不能回收利用；(2)合金生铁中的Cr、Ni、Co成分不易控制。

公开号为CN01082068(公开日：2007.12.05)的专利申请还介绍了一种钒钛磁铁矿球团采用回转窑直接还原，还原后金属化球团热装电炉熔分，得到铁水及钒钛渣，经过再熔分，得到钒铬氧化物和钛渣的方法。该方法存在的问题是：(1)采用回转窑直接还原工艺，金属化球团生产能力和金属化率相互制约，难以实现工业化生产；(2)金属化球团只在电炉内熔分得到铁水和钒钛混合炉渣，该钒钛混合炉渣还需再熔分，才能得到钒铬氧化物和钛渣，工序复杂且能耗高。

本领域目前急需一种更优秀的能综合利用钒钛磁铁矿，并从中分别提取铁、钛、钒、铬等多种金属元素的方法。

发明内容：

本发明所要解决的技术问题是提供一种能更好地综合利用钒钛磁铁矿，从中更有效地分别提取回收铁、钛、钒、铬等多种金属元素的方法。

本发明的技术方案如下：

一种从高铬钒钛磁铁矿中提取多种金属元素的方法，包括以下步骤：

a、高铬钒钛磁铁精矿经配料后压制成球团，然后干燥；

b、将干燥后球团后装入转底炉直接还原，还原时间为40～75min，还原温度为1300～1430℃，获得金属化率90％以上、含残碳0.5～4.5％的金属化球团；

c、将金属化球团加入电炉，配加含碳还原剂进行冶炼，冶炼时间为80～150min，冶炼温度1500～1650℃，获取钛渣和钒铬铁水；

d、将钒铬铁水在0.25～0.85Mpa氧压条件下，在1290～1600℃吹炼温度下进行5～40min吹炼，获取钒铬渣和半钢；

e、将步骤c所得钛渣按现有硫酸法或氯化法工艺处理提取获得TiO₂；将步骤d所得钒铬渣提取获得V₂O₅和Cr₂O₃。

其中，上述方法步骤a中的球团为长径为20～40mm的椭圆形，在100～250℃的温度条件下干燥；

其中，上述方法步骤b中转炉直接还原时的料层厚度为80～160mm；

其中，上述方法步骤b中转炉直接还原时的料层还原气氛为0.4＜％O₂＜1.8和0.6＜％CO/％CO₂＜25。

其中，上述方法步骤C中含碳还原剂为煤粉、焦粉或石墨粉中的至少一种，加入量为当炉金属化球团加入重量的8～35％。

本发明工艺流程各工序与现有技术相比，具有以下优点：钒、钛、铬收得方式不同，传统工艺一对直接还原得到的金属化球团只进行简单熔分，收得铁水和含钒钛铬的低品位综合炉渣；传统工艺二加入冶金辅料造渣将钒、铬元素还原进入铁水，不能回收钛元素。本发明通过向电炉内加入8～35％的还原剂对金属化球团进行配碳冶炼，制取含TiO₂为45～54％的钛渣和V₂O₅含量在5％~9％、Cr₂O₃含量在14~23％的钒铬渣及优质半钢，至该步骤，各半产品中相应的Fe、TiO₂、V₂O₅、Cr₂O₃的回收率分别为92％、91％、70％和77％，并最终提取TiO₂、V₂O₅和Cr₂O₃。省去焦化、烧结工序，显著减少了水资源消耗，大幅度降低环境污染；不采用稀缺昂贵的冶金焦，使用廉价易得的煤粉和焦粉。采用外加机械力的压块方式生产椭圆形球团，球团密度增大，在干燥和还原过程中不易破裂和滚动。直接还原过程中炉气成分要求宽松，传统转底炉或固定床的炉气成分一般为0.6＜％O₂＜1.0和2＜％CO/％CO₂＜30，本发明方法的炉气成分为：0.4＜％O₂＜1.8，0.6＜％CO/％CO₂＜25。转底炉内料层厚度增大，传统转底炉或固定床的料层厚度一般为25～40mm，本发明的料层厚度为80～160mm，可显著提高生产能力。本发明方法的建立为此类矿产资源综合利用开辟了一条新途径，步骤更简便且更利于社会化生产，具有较大的经济效益和社会意义。

附图说明：

本发明的工艺流程图如附图1所示。

具体实施方式

本发明方法可按以下具体的过程进行实施：

将高铬精矿粉、还原剂、粘结剂粗混后，配加0～8％的水充分混匀后采用外加机械力的方式压制成长径为20～40mm的椭圆形球团，并在100～250℃温度下干燥。所述高铬精矿粉粒度-200目大于45％，所述还原剂是指煤粉或焦粉，-200目大于40％，所述粘结剂是指粒度-200目大于70％的膨润土或有机粘接剂。还原剂和粘接剂的用量为常规制备球团的用量。

然后将干燥后的球团连续装入转底炉内，采用煤粉、煤气、天然气的至少一种燃烧加热至1300～1430℃温度，在0.4＜％O₂＜1.8和0.6＜％CO/％CO₂＜25的气氛条件下还原40～75min，得到金属化率大于90％、含残碳0.5～4.5％的金属化球团，还原时的料层厚度为80～160mm。

接着将直接还原得到的金属化球团采取密闭或通保护气体冷却后加入电炉，或者直接热装加入电炉，并加入球团总重8～35％的煤粉、焦粉或石墨粉的一种或几种混合物还原剂，还原剂可与金属化球团一起加入也可在冶炼过程中分批加入。控制电炉配碳冶炼温度在1500～1650℃，时间为80～150min，还原钒、铬至铁水中并控制硅、钛的还原。冶炼结束后，渣铁分出，所得渣即为TiO₂含量在45～54％的钛渣，所得铁水为钒含量0.25～0.48％、铬含量0.4～2.2％的钒铬铁水。电炉优选电弧炉，保护气体优选为N₂。上述还原剂的加入方式是可以是与金属化球团同时加入电炉或在冶炼过程中分批加入电炉。上述渣铁分出是指先出渣后出铁或先出铁后出渣或只出渣不出铁。

随后将分离钛渣后的钒铬铁水在0.25～0.85Mpa的氧压条件下，按吹炼时间为5～40min，吹炼温度为1290～1600℃的条件吹炼获得V₂O₅含量在5％~9％、Cr₂O₃含量在14~23％的钒铬渣和优质半钢。

对电炉还原冶炼所得钛渣按现有硫酸法或氯化法工艺提取TiO₂，对铁水吹炼所得钒铬渣经磨料焙烧、水浸、除杂、沉淀和煅烧等工艺步骤分别提取V₂O₅和Cr₂O₃。

实施例一

将高铬钒钛磁铁精矿(主要成分：TFe：54.01％，FeO：27.02％，V₂O₅：0.56％，Cr₂O₃：1.58％，TiO₂：12.18％)配料混合后压制成长径为25mm的椭圆形内配碳球团，在120℃温度下干燥后送入转底炉内，1350℃还原60min，料层厚度100mm，还原过程中炉内％O₂＝1.0、％CO/％CO₂＝0.9，还原后球团金属化率达到91.5％，残碳含量3.7％，生产能力达到100kg/(m².h)，N₂气体保护从转底炉内排出的金属化球团；然后将温度为300℃的该金属化球团装入电炉并加入球团总重8％的煤粉，在1560℃温度下冶炼一定时间后加入球团总重10％的煤粉，总冶炼时间140min，分离得到TiO₂含量为49％的钛渣；之后对分离钛渣后所得的铁水进行吹炼，得到V₂O₅＝5.4％、Cr₂O₃＝15.6％的钒铬渣及半钢；至该步骤，各半产品中相应的Fe、TiO₂、V₂O₅、Cr₂O₃的回收率分别为91.8％、90.4％、70.1％和76.3％。最后对钛渣按现有硫酸法或氯化法工艺处理，提取获得TiO₂，对钒钛渣进行磨料焙烧、煅烧等处理，得到V₂O₅和Cr₂O₃。Fe、TiO₂、V₂O₅、Cr₂O₃的全流程总收得率分别为88.7％、72.4％、63.6％、70.2％，另有少量的V、Cr留在半钢中作为合金化元素。

实施例二

将高铬钒钛磁铁精矿(主要成分同实施例1)配料混合后压制成长径为38mm的椭圆形内配碳球团，在180℃温度下烘干送入转底炉内，1400℃还原50min，料层厚度160mm，还原过程中炉内％O₂＝1.2、％CO/％CO₂＝1.8，还原后球团金属化率达到92.1％，残碳含量3.1％，生产能力达到125kg/(m².h)；然后将该金属化球团直接热装加入电炉并加入球团总重15％的焦粉，在1600℃温度下冶炼100min，分离得到TiO₂含量为51％的钛渣，对冶炼所得的铁水吹炼后，得到V₂O₅＝6.1％、Cr₂O₃＝16.3％的钒铬渣及半钢；至该步骤，各半产品中相应的Fe、TiO₂、V₂O₅、Cr₂O₃的回收率分别为91.0％、91.5％、68.3％和77.9％。最后对钛渣按现有硫酸法或氯化法工艺处理，提取获得TiO₂，对钒铬渣进行磨料焙烧、煅烧等处理，得到V₂O₅和Cr₂O₃。Fe、TiO₂、V₂O₅、Cr₂O₃的全流程总收得率分别为88.5％、73.1％、62.2％、71.3％，另有少量的V、Cr留在半钢中作为合金化元素。

Claims

1.一种从高铬钒钛磁铁矿中提取多种金属元素的方法，其特征在于包括以下步骤：

a、高铬钒钛磁铁精矿经配料后制成球团，然后干燥；

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于步骤a中所述球团为长径为20～40mm的椭圆形，在100～250℃的温度条件下干燥。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于步骤b中转炉直接还原时的料层厚度为80～160mm。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于步骤b中转炉直接还原时的料层还原气氛为0.4＜％O₂＜1.8和0.6＜％CO/％CO₂＜25。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于步骤C中所述含碳还原剂为煤粉、焦粉或石墨粉中的至少一种，加入量为当炉金属化球团加入重量的8～35％。