CN102382919B - 一种利用富氧顶吹熔融还原冶炼钒钛磁铁矿的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种利用富氧顶吹熔融还原冶炼钒钛磁铁矿的方法，分别将炉料钒钛磁铁矿、白云石、石灰和非焦煤破碎后进行混匀，并预热然后喷吹进入熔融还原炉内；并同时以富氧顶吹方式进行熔炼得到铁水和炉渣；将炉渣与钠盐焙烧，使其中的钒、钛转化为钒酸钠和钛酸钠，再对其进行水浸和酸浸，然后过滤，使钒酸钠和钛酸钠分开，最后分别对钒酸钠和钛酸钠以常规方法进行回收钒、钛。此技术克服了高炉炼铁工艺能耗高、污染大、热效率低以及我国大储量钒钛磁铁矿在高炉冶炼的问题，可以直接使用非焦煤和粉矿，摆脱对炼焦和造块的依赖性，缩短了工艺流程，减少了设备投资，拓宽了原燃料的使用范围；环境污染小，反应速度快，生产率高。

Description

一种利用富氧顶吹熔融还原冶炼钒钛磁铁矿的方法
技术领域
本发明涉及一种在富氧顶吹熔融还原条件下利用非焦煤粉作为还原剂冶炼钒钛磁铁矿的方法，属于能源与冶金技术领域。
背景技术
我国攀西地区，钒钛磁铁矿资源极为丰富，已探明的储量在80亿吨以上，是极具有综合利用价值的复合矿石。近二十多年来，我国在高炉冶炼钒钛磁铁矿方面积累了丰富的经验，解决了许多技术难关。目前，攀钢高炉通过添加部分普通矿的方法，使炉渣中的TiO2降低到25%以下，以实现高炉顺行并获得较好的技术经济指标。然而，迄今为止，高炉仍没有实现全钒钛的正常冶炼。如果高炉全部采用钒钛矿，炉渣中的TiO2的含量将超过30%，由其而引起的严重后果是：泡沫渣严重、炉渣粘稠、铁水粘罐、渣铁沟挂渣多、炉渣脱硫能力差、铁水难于达到优质水平。另一方面，高炉冶炼钒钛磁铁矿，难于实现铁、钒、钛的选择性还原，不利于对钒钛磁铁矿的利用。所以，高炉冶炼钒钛磁铁矿仍然存在很多特殊的缺憾和困难。
然而现今，国际铁矿石价格持续飞涨，钢铁企业的生产成本也越来越高，生存压力越来越大，采用新技术开发此类“呆矿”具有十分重要的意义。开发熔融还原技术冶炼全钒钛磁铁矿，是钒钛磁铁矿资源能有效地、合理地综合利用的途径之一。
发明内容
为解决现有技术中的泡沫渣严重、炉渣粘稠、铁水粘罐、渣铁沟挂渣多、炉渣脱硫能力差等问题，本发明提供一种利用富氧顶吹熔融还原冶炼钒钛磁铁矿的方法，通过下列技术方案实现。
一种利用富氧顶吹熔融还原冶炼钒钛磁铁矿的方法，经过下列各步骤：
分别将炉料钒钛磁铁矿、白云石、石灰和非焦煤破碎，以碱度R为0.7～1.5、内配碳比C/O为：0.8～1.3分别取破碎后的炉料进行混匀，并预热到300～400℃，然后喷吹进入熔融还原炉内；并同时以富氧顶吹方式在1450℃～1550℃下进行熔炼20～30min，得到铁水和炉渣；将炉渣与钠盐按质量比为1～2︰1进行混合，在800～900℃下焙烧25～30min，使其中的钒、钛转化为钒酸钠和钛酸钠，再对其进行水浸和酸浸，然后过滤，使钒酸钠和钛酸钠分开，最后分别对钒酸钠和钛酸钠以常规方法进行回收钒、钛。
所述炉料破碎的粒度为≤10mm；
其中，根据碱度R和内配碳比C/O计算并称取钒钛磁铁矿、白云石、石灰和非焦煤破碎的计算式如下：
R范围为0.7～1.5；
非焦煤的加入量为m(coal)：
—x物质的质量；
—z中y的质量分数；
k—针对熔融还原炉传热不同而产生的系数，煤粉在熔融还原炉中作还原剂，同时也为发热剂；
C/O范围为0.8～1.3。
所述富氧的质量浓度为99%、以流量为250L/h喷入炉内。
所述水浸和酸浸是先将钒酸钠和钛酸钠破碎，并按固液比为1～2︰1加入水，然后按水的质量的20～40%加入浓硫酸（质量浓度为98%），最后在80～90℃下，以搅拌速度为50～2000r/min进行搅拌2～3h。
本发明的原理是：
在富氧的助燃下，煤粉供热熔化炉料同时还原钒钛磁铁矿。在熔融还原炉内上方形成强氧化性驱使钒和钛形成最高价氧化物稳定存在于炉渣中。在熔融还原炉中，渣层下方为还原区，在此区域煤粉还原钒钛磁铁矿，在渣层上方为顶吹富氧造成的氧化区，在富氧的助燃下炉腔内可燃气体二次燃烧，以辐射和热传导的方式传送给熔融还原炉下部的渣层和铁浴，维持反应温度。
在整个反应过程中，煤粉中的C不仅作为还原剂，同时也作为发热剂，其中提供热量的反应主要有：
钒钛磁铁矿在高温下熔化并被还原，在下部还原区中钒钛磁铁矿被还原的反应主要有：
上述反应中有部分Ti、V被还原，但由于Ti、V和O的较强亲和力，在强氧化性气氛的驱动下，钛和钒又被氧化成钛与钒的氧化物稳定存在于渣层中，主要反应有：
另外，在反应过程中，炉料入炉进行的喷吹和渣层中CO等气体的产生将会引起熔池强烈扰动，增大渣铁接触面积以及加强二次燃烧热传导，大大改善熔融还原炉内的反应动力学条件。还原得出的铁水在熔池底部，钒和钛则富集在渣中。
将炉渣钠化焙烧，使炉渣中的钒被氧化成高价钠盐化合物，即转变成易溶于水的钒酸钠，而钛被氧化成不溶于水的钛酸钠，从而将钒、钛分离；其主要反应有：
将焙烧后的炉渣首先进行水浸，若效果不好，加入一定浓度的硫酸进行酸浸，然后过滤，得到固体Na2Ti3O7，而溶液中主要平衡有：
pH13～10
pH10～7
pH7～6
由于正常情况下浸出液的pH在7.5～9.0之间，所以钒主要以偏钒酸根的形式存在于溶液中，分离钒、钛渣后，可采用现有工艺对钒渣和钛渣进行分别处理制取钒、钛产品。
理论分析，利用熔融还原炉内的强氧化性气氛和钛氧亲和力高和钒氧亲和力高的特点使钒、钛以最高价形式氧化物出现在炉渣中，将炉渣与钠盐焙烧生成钒酸钠和钛酸钠，再将其进行水浸或酸浸，过滤，将钒酸钠和钛酸钠分开，从而达到综合回收铁钒钛的目的。
本发明的有益效果和优点：
（1）此技术克服了高炉炼铁工艺能耗高、污染大、热效率低以及我国大储量钒钛磁铁矿在高炉冶炼的问题，可以直接使用非焦煤和粉矿，摆脱对炼焦和造块的依赖性，缩短了工艺流程，减少了设备投资，拓宽了原燃料的使用范围；环境污染小，反应速度快，生产率高；
（2）利用钒氧与钛氧亲和力高的特点，顶吹的富氧驱使钒、钛在渣中富集，从而产得较高质量铁水和钒钛富集渣；
（3）利用水浸或酸浸的方法将富含钒钛的炉渣中钒、钛分离，综合回收铁、钒、钛；
（4）利用熔融还原炉的高温炉气预热富氧和入炉炉料，然后经过除尘、余热回收，然后通过尾气处理除去其中CO2，再利用高热值气体作为载气，经气体压缩机喷吹炉料由炉侧进入熔融还原炉，在炉内形成较强的搅拌，改善炉内反应动力学条件；此举能更充分地利用高温炉气，在节能减排方面臻于完美；
（5）本发明将有利于开发我国大量储存的钒钛磁铁铁矿资源，对我国钒、钛工业的发展也有很大的促进作用。
具体实施方式
下面将结合实施例进一步阐明本发明的内容，但这些实例并不限制本发明的保护范围。
根据碱度R和内配碳比C/O计算并称取钒钛磁铁矿、白云石、石灰和非焦煤破碎的计算式如下：
R范围为0.7～1.5；
非焦煤的加入量为m(coal)：
—x物质的质量；
—z中y的质量分数；
k—针对熔融还原炉传热不同而产生的系数，煤粉在熔融还原炉中作还原剂，同时也为发热剂；
C/O范围为0.8～1.3。
实施例1
分别将炉料钒钛磁铁矿、白云石、石灰和非焦煤破碎至粒度为10mm，按上述计算式，以碱度R为0.7、内配碳比C/O为：1.1分别取破碎后的炉料进行混匀，并预热到300℃，然后喷吹进入熔融还原炉内；并同时将质量浓度为99%的富氧以流量为250L/h喷入炉内，以富氧顶吹方式在1500℃下进行熔炼20min，得到铁水和炉渣；将炉渣与氯化钠按质量比为2︰1进行混合，在900℃下焙烧26min，再对其进行水浸和酸浸，是先将钒酸钠和钛酸钠破碎，并按固液比为1︰1加入水，然后按水的质量的20%加入浓硫酸，最后在90℃下，以搅拌速度为1000r/min进行搅拌3h，使其中的钒、钛转化为钒酸钠和钛酸钠，然后过滤，使钒酸钠和钛酸钠分开，最后分别对钒酸钠和钛酸钠以常规方法进行回收钒、钛。
实施例2
分别将炉料钒钛磁铁矿、白云石、石灰和非焦煤破碎至粒度为9mm，按上述计算式，以碱度R为0.9、内配碳比C/O为：1.3分别取破碎后的炉料进行混匀，并预热到350℃，然后喷吹进入熔融还原炉内；并同时将质量浓度为99%的富氧以流量为250L/h喷入炉内，以富氧顶吹方式在1450℃下进行熔炼25min，得到铁水和炉渣；将炉渣与硝酸钠按质量比为1︰1进行混合，在850℃下焙烧25min，再对其进行水浸和酸浸，是先将钒酸钠和钛酸钠破碎，并按固液比为2︰1加入水，然后按水的质量的30%加入浓硫酸，最后在85℃下，以搅拌速度为50r/min进行搅拌2h，使其中的钒、钛转化为钒酸钠和钛酸钠，然后过滤，使钒酸钠和钛酸钠分开，最后分别对钒酸钠和钛酸钠以常规方法进行回收钒、钛。
实施例3
分别将炉料钒钛磁铁矿、白云石、石灰和非焦煤破碎至粒度为8mm，按上述计算式，以碱度R为1.5、内配碳比C/O为：0.8分别取破碎后的炉料进行混匀，并预热到400℃，然后喷吹进入熔融还原炉内；并同时将质量浓度为99%的富氧以流量为250L/h喷入炉内，以富氧顶吹方式在1550℃下进行熔炼30min，得到铁水和炉渣；将炉渣与碳酸钠按质量比为2︰1进行混合，在800℃下焙烧30min，再对其进行水浸和酸浸，是先将钒酸钠和钛酸钠破碎，并按固液比为2︰1加入水，然后按水的质量的40%加入浓硫酸，最后在80℃下，以搅拌速度为2000r/min进行搅拌2.5h，使其中的钒、钛转化为钒酸钠和钛酸钠，然后过滤，使钒酸钠和钛酸钠分开，最后分别对钒酸钠和钛酸钠以常规方法进行回收钒、钛。

Claims (3)

1.一种利用富氧顶吹熔融还原冶炼钒钛磁铁矿的方法，其特征在于经过下列各步骤：分别将炉料钒钛磁铁矿、白云石、石灰和非焦煤破碎，以碱度R为0.7～1.5、内配碳比C/O为0.8～1.3分别取破碎后的炉料进行混匀，并预热到300～400℃，然后喷吹进入熔融还原炉内；并同时以富氧顶吹方式在1450℃～1550℃下进行熔炼20～30min，得到铁水和炉渣；将炉渣与钠盐按质量比为1～2︰1进行混合，在800～900℃下焙烧25～30min，使其中的钒、钛转化为钒酸钠和钛酸钠，再对其进行水浸和酸浸，然后过滤，使钒酸钠和钛酸钠分开，最后分别对钒酸钠和钛酸钠以常规方法进行回收钒、钛；
所述炉料破碎的粒度为≤10mm；
根据碱度R和内配碳比C/O计算并称取钒钛磁铁矿、白云石、石灰和非焦煤破碎的计算式如下：
R范围为0.7～1.5；
非焦煤的加入量为m(coal)：
—x物质的质量；
—z中y的质量分数；
k—针对熔融还原炉传热不同而产生的系数，煤粉在熔融还原炉中作还原剂，同时也为发热剂；
C/O范围为0.8～1.3。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述富氧的质量浓度为99%、以流量为250L/h喷入炉内。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述水浸和酸浸是先将钒酸钠和钛酸钠破碎，并按固液比为1～2︰1加入水，然后按水的质量的20～40%加入浓硫酸，最后在80～90℃下，以搅拌速度为50～2000r/min进行搅拌2～3h。
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