CN102417944A - 一种利用钒钛次铁精矿融态还原冶炼酸溶性钛渣的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种利用钒钛次铁精矿融态还原冶炼酸溶性钛渣的方法。所述方法包括步骤：将钒钛次铁精矿与钛精矿混合，加入碳质还原剂和粘结剂，形成混合料；对所述混合料进行还原，然后进行渣铁分离处理，以得到半钢和钛渣；对经渣铁分离处理得到钛渣的表面进行喷水，以使钛渣的温度在降温过程中迅速跨越600℃～850℃温度区间，形成酸溶性钛渣。本发明的方法能够高效利用钒钛次铁精矿中的Fe和TiO2且具有融态还原过程反应平稳、熔化分离过程效果好、炉况稳定、冶炼周期短电耗水平低和生产成本低等优点。
Description
技术领域
本发明涉及钛渣冶金领域，更具体地讲，涉及一种能够利用钒钛次铁精矿来冶炼酸溶性钛渣的方法。
背景技术
我国攀西地区盛产钛精矿、钒钛铁精矿和钒钛次铁精矿。作为标准产品的钛铁矿是各种钛行业的主要原料，并且通常其中的钛含量按二氧化钛(TiO2)重量百分比计不小于45％，全铁(TFe)含量约为35wt％左右，FeO含量约为33wt％左右。钒钛铁精矿为标准产品，且通常其中的钛含量按二氧化钛(TiO2)重量百分比计为8％～13％，全铁(TFe)含量约为54wt％左右，FeO含量约为33wt％左右。通常，钒钛次铁精矿是介于钛精矿与钒钛铁精矿之间的矿物，由于矿相的原因其不能精选为钛精矿，也不能精选为铁精矿，一般将其作为炼铁配矿原料。通常，钒钛次铁精矿中的钛含量按二氧化钛(TiO2)计算重量百分比约为10.5％～27.0％，全铁(TFe)含量约为45wt％左右，FeO含量约为25wt％左右。例如，钒钛次铁精矿中的全铁(TFe)含量约为45±2wt％，FeO含量约为25±1wt％。
由于钒钛次铁精矿中的钛含量较低，因此，钒钛次铁精矿主要用于高炉炼铁的补充原料，经高炉炼铁工艺处理之后钛元素进入高炉渣中。在现有技术中，对高炉渣中的钛元素进行回收和利用的工艺通常存在成本高、回收利用工艺复杂等不足，这就造成了钒钛次铁精矿中的钛元素没有合理、经济的得到回收利用。此外，由于含钛高炉渣通常采取堆放的方式处理，因此，也造成了一定的环境问题。
在现有技术中，使用电炉冶炼钛渣的工艺通常采用钛精矿、碳质还原剂和粘结剂等为原料。通常，钛精矿的主要组成是TiO2和FeO，其余为SiO2、CaO、MgO、Al2O3和V2O5等，而且钛精矿中的TiO2的重量百分比约为45％以上(例如，为47％)。然而，由于钛精矿原料的TiO2品位高，所以其冶炼过程处于渣多铁少的状态，冶炼过程的大部分时间是在高温状态下熔渣，从而每炉次还原时间周期需要大约2～3.5小时，且在还原过程中容易出现翻渣和塌料等现象。而且，整个工艺还原时间长，过分使用精料，造成低品位资源浪费，技术经济指标落后。
发明内容
针对现有技术的上述不足，本发明的目的在于提供一种冶炼酸溶性钛渣的方法，以解决上述问题中的一个或多个。
本发明提供了一种冶炼酸溶性钛渣的方法，所述方法包括以下步骤：将钒钛次铁精矿与钛精矿混合，加入碳质还原剂和粘结剂，形成混合料；对所述混合料进行还原，然后进行渣铁分离处理，以得到半钢和钛渣；对经渣铁分离处理得到钛渣的表面进行喷水，以使钛渣的温度在降温过程中迅速跨越600℃～850℃温度区间，形成酸溶性钛渣。
根据本发明的冶炼酸溶性钛渣的方法，其中，所述钒钛次铁精矿中钛元素的含量可以按TiO2重量百分比计为10.5％～27％，所述钛精矿中钛元素的含量可以按TiO2重量百分比计不小于45％。此外，所述钒钛次铁精矿与钛精矿混合后形成的泥合含钛物料中钛元素的含量可以按TiO2重量百分比计为31％～40％。例如，所述钒钛次铁精矿与钛精矿的重量比可以在1/4与2/3的范围内。
根据本发明的冶炼酸溶性钛渣的方法，其中，所述碳质还原剂的加入量按其中固定碳的重量可以占钛精矿与钒钛次铁精矿重量之和的15％～25％，所述粘结剂按重量计可以占所述混合料重量的0.5％～0.7％。
根据本发明的冶炼酸溶性钛渣的方法，其中，所述还原步骤可以包括在750℃～1150℃范围内的固态直接还原阶段和在1300℃～1550℃温度范围内的融态还原阶段。此外，所述还原步骤的时间可以为150～210分钟。
根据本发明的冶炼酸溶性钛渣的方法，其中，所述渣铁分离处理时的温度可以为1600℃～1750℃。
根据本发明的冶炼酸溶性钛渣的方法，其中，所述渣铁分离处理还可包括补加碳质还原剂的步骤。
根据本发明的冶炼酸溶性钛渣的方法，其中，所述碳质还原剂可以为焦粉、碳粉或煤粉，所述粘结剂可以为沥青、废纸浆、石油焦或重油。
与现有技术相比，本发明的冶炼酸溶性钛渣的方法具有以下优点：
(1)本发明可以有效回收利用钒钛次铁精矿中的Fe和TiO2，有助于解决钒钛次铁精矿TiO2的利用问题，增加了钛精矿以外的TiO2供给，使钛、钙、镁和铁的还原保持适中水平，同时兼顾钛渣酸解中热需求和有效钛需求，生产的酸溶性钛渣可直接用于钛白生产。
(2)本发明使用钒钛次铁精矿与钛精矿混合形成新的钛炉料结构冶炼钛渣，可改善电炉钛渣冶炼的炉料结构，降低了酸溶性钛渣的熔融还原过程温度，缩短了冶炼周期，优化反应终点的温度控制，降低酸溶性钛渣电耗水平，提高了钛渣生产产能，且降低了钛渣生产成本。
(3)本发明使用钒钛次铁精矿与钛精矿混合形成新的钛炉料结构可以在同等条件下增加半钢产量25％，钛渣产量10％，并保持熔化分离过程电炉炉况稳定，提高了整体经济效益。
(4)本发明中钒钛次铁精矿与钛精矿混合形成新的钛炉料结构经过电炉熔态还原，铁和钛的回收率均可达到90％以上，资源综合利用率高。
(5)采用本发明可利用钒钛次铁精矿制得不同品位的酸溶性钛渣，产品应用前景广阔。
具体实施方式
在下文中，将结合示例性实施例来详细描述本发明的冶炼酸溶性钛渣的方法。
根据本发明的冶炼酸溶性钛渣的方法包括以下步骤：将钒钛次铁精矿与钛精矿混合，加入碳质还原剂和粘结剂，形成混合料；对所述混合料进行还原，然后进行渣铁分离处理，以得到半钢和钛渣；对经渣铁分离处理得到钛渣的表面进行喷水，以使钛渣的温度在降温过程中迅速跨越600℃～850℃温度区间，从而防止了或极大程度上降低了钛渣在该温度区间被金红石化的可能性，形成酸溶性钛渣。在本发明中，所述碳质还原剂可以为焦粉、碳粉或煤粉等，所述粘结剂可以为沥青、废纸浆、石油焦或重油等。
在本发明中，所述钒钛次铁精矿中钛元素的含量可以按TiO2重量百分比计为10.5％～27％，所述钛精矿中钛元素的含量可以按TiO2重量百分比计不小于45％。此外，所述钒钛次铁精矿与钛精矿混合后形成的混合含钛物料中钛元素的含量可以按TiO2重量百分比(记为wt％)算为31％～40％。例如，所述钒钛次铁精矿与钛精矿的重量比可以在1/4与2/3的范围内。在本发明中，将所述钒钛次铁精矿与钛精矿混合后形成的混合含钛物料中的TiO2保持在31wt％～40wt％的范围内，能够得到TiO2品位大约75±2wt％酸溶性钛渣，并且能够有效回收利用钒钛次铁精矿中的Fe和TiO2，增加了钛精矿以外的TiO2供给。
在本发明中，所述碳质还原剂的加入量可以按其中固定碳的重量占钛精矿与钒钛次铁精矿重量之和的15％～25％计算，所述粘结剂按重量计可以占所述混合料重量的0.5％～0.7％。
在本发明中，所述还原步骤可以包括在750℃～1150℃范围内的固态直接还原阶段和在1300℃～1550℃温度范围内的融态还原阶段。此外，所述还原步骤的时间可以为150～210分钟。本发明的冶炼酸溶性钛渣的方法通过由固态直接还原阶段和融态还原阶段组成的两阶段还原，从而能够加快还原速度并缩短还原时间，保持熔池的合理渣铁比例，熔化分离炉况稳定，改善熔炼过程，并能够降低酸溶性钛渣的融态还原(也称为熔融还原)过程的温度，使钛、钙、镁和铁的还原保持适中水平，兼顾钛渣酸解中热量需求和有效钛需求，优化反应终点的温度控制，降低酸溶性钛渣电耗水平。此外，本发明的方法还提高了钛渣生产产能，并降低了钛渣生产成本。
在本发明中，所述渣铁分离处理时的温度可以为1600℃～1750℃。此外，所述渣铁分离处理还可包括补加碳质还原剂的步骤。这里，补加碳质还原剂的作用或有益效果是调节炉况，保证渣铁有效分离。例如，补加的碳质还原剂的加入量可以为原碳质还原剂用量的13％～17％。
由本发明的方法制得的酸溶性钛渣可作为硫酸法生产钛白的原料，所制得的半钢可铸造成用作炼钢冷却剂或用作铁合金生产原料的生铁锭等。
本发明的冶炼酸溶性钛渣的方法也可通过以下方式来实现。
(1)将钒钛次铁精矿与钛精矿混合均匀，然后合理配入碳质还原剂和粘结剂。将钒钛次铁精矿、钛精矿、粘结剂和碳质还原剂按照一定比例混合。例如，钒钛次铁精矿与钛精矿的重量比可以为2∶8或3∶7或4∶6。制备入炉混合料时，粘结剂用量可以是钛原料(钒钛次铁精矿与钛精矿)重量的0.5％～0.7％；碳质还原剂的用量是以矿中100％Fe2O3转化为FeO、90～96％FeO还原成金属铁、30％TiO2还原成Ti3O5以及熔池中铁的渗碳按2％计算理论配碳量，实际配碳量为理论配碳量的95％～130％，然后再通过实际配碳量以及碳质还原剂中的固定碳含量可得到碳质还原剂的用量。碳质还原剂用量按照其中固定碳的含量计算为钛原料(钒钛次铁精矿与钛精矿)重量的15％～25％。
(2)将混合料装入电炉，然后依次对混合料进行固态直接还原和融态还原，接下来，分离渣铁得到半钢和酸溶性钛渣(也可简称为钛渣)。电炉固态直接还原温度控制在750℃～1150℃，融态还原温度控制在1300℃～1550℃，熔化混合料所需热源由煤粉、还原煤气和电能等提供，总还原时间150～210分钟。熔化分离温度控制在1600℃～1750℃，熔化分离时补加部分碳质还原剂。
(3)渣铁熔化分离过程在渣包中通过喷水强制冷却。经熔化分离得到半钢和钛渣实施表面喷水，快速冷却，使钛渣迅速跨越600℃～850℃温度区间，降低制得的钛渣被金红石化的风险。
以下，将结合具体示例来详细描述本发明的冶炼酸溶性钛渣的方法。
示例1
采用的钛精矿成分(wt％)如下：TiO2：45.79；SiO2：3.45；全铁(TFe)：33.40；Al2O3：1.04；MgO：2.68；CaO：1.77；FeO：35.70；MnO：0.891，Na2O：0.056，K2O：0.027。采用的钒钛次铁精矿成分(wt％)如下：TiO2：14.81；SiO2：9.21；TFe：45.80；Al2O3：3.70；MgO：4.00；CaO：2.5；FeO：23.59；MnO：0.286。将钒钛次铁精矿与钛精矿按照(2∶8)的重量比混合，形成混合矿。将混合矿、沥青和焦粉按照100∶6.5∶155的重量比进行配料，形成混合料。按照批次装入电炉进行还原。先在大约750℃～800℃的温度范围内，进行固态直接还原约60min左右，然后，升温至1500℃～1550℃进行融态还原，融态还原的时间约为90min左右。然后进行渣铁分离，渣铁分离的熔分温度约为1650℃，熔化时补加部分无烟煤调节钛渣品位和炉况，无烟煤的补加量为碳质还原剂用量的15％，经熔化分离得到半钢和钛渣。通过向分离得到的钛渣喷水以使其快速跨越600℃～850℃的温度区间，得到的酸溶性钛渣品位分别为76.55％。钛的回收率约为93％。铁的回收率约为95％。
示例2
本示例中的钛精矿和钒钛次铁精矿的成分与示例1中相同。将钒钛次铁精矿与钛精矿按照(3∶7)的重量比混合，形成混合矿。将混合矿、沥青和焦粉按照100∶6.5∶170的重量比进行配料，形成混合料。按照批次装入电炉进行还原。先在大约1100℃～1150℃的温度范围内，进行固态直接还原约60min，然后，升温至1300℃～1350℃进行融态还原，融态还原的时间约为90min。然后进行渣铁熔态还原分离，熔分温度约为1650℃，熔化时补加部分无烟煤调节钛渣品位和炉况，无烟煤的补加量为碳质还原剂用量的15％，经熔化分离得到半钢和钛渣。通过向分离得到的钛渣喷水以使其快速跨越600℃～850℃的温度区间，得到的酸溶性钛渣品位分别为75.62％。钛的回收率约为93％。铁的回收率约为95％。
示例3
本示例中的钛精矿和钒钛次铁精矿的成分与示例1中相同。将钒钛次铁精矿与钛精矿按照(4∶6)的重量比混合，形成混合矿。将混合矿、沥青和焦粉按照100∶6.5∶180的重量比进行配料，形成混合料。按照批次装入电炉进行还原。先在大约1100℃～1150℃的温度范围内，进行固态直接还原约60min，然后，升温至1300℃～1350℃进行融态还原，融态还原的时间约为90min。然后进行渣铁熔态还原分离，熔分温度约为1650℃，熔化时补加部分无烟煤调节钛渣品位和炉况，无烟煤的补加量为碳质还原剂用量的15％，经熔化分离得到半钢和钛渣。通过向分离得到的钛渣喷水以使其快速跨越600℃～850℃的温度区间，得到的酸溶性钛渣品位分别为73.74％。钛的回收率约为93％。铁的回收率约为95％。
综上所述，本发明的方法具有能够高效利用钒钛次铁精矿中的Fe和TiO2、融态还原过程反应平稳、熔化分离过程效果好、炉况稳定和冶炼周期短等优点，并且能够降低酸溶性钛渣的熔融深还原过程温度，使钛、钙、镁和铁的还原保持适中水平，兼顾钛渣酸解中热量需求和有效钛需求，而且还能够优化反应终点的温度控制，持续降低酸溶性钛渣电耗水平，提高钛渣生产产能，以及降低钛渣生产成本。
Claims (10)
1.一种利用钒钛次铁精矿融态还原冶炼酸溶性钛渣的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
将钒钛次铁精矿与钛精矿混合，加入碳质还原剂和粘结剂，形成混合料；
对所述混合料进行还原，然后进行渣铁分离处理，以得到半钢和钛渣；
对经渣铁分离处理得到钛渣的表面进行喷水，以使钛渣的温度在降温过程中迅速跨越600℃～850℃温度区间，形成酸溶性钛渣。
2.根据权利要求1所述的冶炼酸溶性钛渣的方法，其特征在于，所述钒钛次铁精矿中钛元素的含量按TiO2重量百分比计为10.5％～27％，所述钛精矿中钛元素的含量按TiO2重量百分比计不小于45％。
3.根据权利要求2所述的冶炼酸溶性钛渣的方法，其特征在于，所述钒钛次铁精矿与钛精矿混合后形成的混合料中钛元素的含量按TiO2重量百分比计为31％～40％。
4.根据权利要求2所述的冶炼酸溶性钛渣的方法，其特征在于，所述钒钛次铁精矿与钛精矿的重量比在1/4与2/3的范围内。
5.根据权利要求1所述的冶炼酸溶性钛渣的方法，其特征在于，所述碳质还原剂的加入量按其中固定碳的重量占钛精矿与钒钛次铁精矿重量之和的15％～25％，所述粘结剂按重量计占所述混合料重量的0.5％～0.7％。
6.根据权利要求1所述的冶炼酸溶性钛渣的方法，其特征在于，所述还原步骤包括在750℃～1150℃范围内的固态直接还原阶段和在1300℃～1550℃温度范围内的融态还原阶段。
7.根据权利要求6所述的冶炼酸溶性钛渣的方法，其特征在于，所述还原步骤的时间为150～210分钟。
8.根据权利要求1所述的冶炼酸溶性钛渣的方法，其特征在于，所述渣铁分离处理时的温度为1600℃～1750℃。
9.根据权利要求8所述的冶炼酸溶性钛渣的方法，其特征在于，所述渣铁分离处理还包括补加碳质还原剂的步骤。
10.根据权利要求1所述的冶炼酸溶性钛渣的方法，其特征在于，所述碳质还原剂为焦粉、碳粉或煤粉，所述粘结剂为沥青、废纸浆、石油焦或重油。
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| GR01 | Patent grant |