CN104789726A - 一种分离钒钛磁铁矿中铁、钒、钛的方法 - Google Patents

一种分离钒钛磁铁矿中铁、钒、钛的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种分离钒钛磁铁矿中铁、钒、钛的方法，涉及冶金技术领域。本发明通过取消转底炉炉膛区域燃烧行为和过程，采用燃气炉窑提供高温烟气后再输送入转底炉的方法，保证了煤基球团金属化率水平，金属化球团物料直接分离或磁选后得到珠铁/铁粉和含钒钛炉渣，含钒钛炉渣氧化焙烧水浸后得到含钒液和含钛炉渣。取消并避免了电炉熔分深还原工序的诸多问题，渣中钒、钛分离彻底，真正实现了钒钛磁铁矿铁、钒、钛高效分离的目的，全流程热能回收循环利用，能耗低，生产稳定、扩大生产容易。

Description

一种分离钒钛磁铁矿中铁、钒、钛的方法
技术领域
本发明涉及冶金技术领域，更具体地讲，特别是涉及一种分离钒钛磁铁矿中铁、钒、钛的方法。
背景技术
作为攀西地区的特色资源，如何用好钒钛磁铁矿矿，发挥资源的最大优势，是事关钒钛矿资源综合利用的重大战略问题。传统高炉流程冶炼钒钛矿，只回收了铁和钒，钛进入高炉渣没有回收，造成钛资源的大量流失。
早在20世纪70～80年代，国家就组织了攀西钒钛矿资源综合利用新流程科技攻关，希望通过钒钛矿直接还原技术，达到实现钒钛矿中铁、钒、钛资源综合回收利用的目的。新流程试验了竖炉、回转窑、流化床、固定床等多种直接还原工艺和先提铁后提钒再提钛、先提钒后提铁再提钛、先提铁后提钛再提钒等多种工艺流程，但限于当时的技术水平和市场条件，所有方案都出现了一些无法解决的技术、经济难题，如回转窑结圈、竖炉结瘤、流化床失流粘结等，因此都没有实现工业化生产。
2000年以来国内外针对钒钛磁铁矿综合利用进行了新一轮的相关研究，进一步摸清了钒钛矿直接还原的特性，提出了实现钒钛矿中铁、钒、钛分离及资源综合利用必须解决的两个关键问题：一是针对钒钛磁铁矿特性尽可能提高金属化率水平；二是脉石中钒、钛元素的有效分离。
由于钒钛磁铁矿还原的高温特性，预获得高金属化率金属化球团，在实际生产中，只能选择能够实现高温还原条件的转底炉设备。但转底炉还原工艺决定了转底炉炉膛内的燃烧区域也是还原区域，为保证燃烧充分以提升还原温度，整个炉膛内不可避免的为氧化性或弱氧化性气氛，还原过程中逸出的CO也被燃烧消耗，导致金属化率通常难以稳定达到80％以上，仍有不少的铁以氧化物形态存在。上述大量燃烧行为的发生，为保证燃烧的正常进行和炉压的稳定，必须快速的将大量燃烧后高温烟气抽出炉外，这势必导致热量损失严重。而国内外大量实验室研究表明，含碳球团在中性气氛或弱还原性气氛下，利用煤基球团的自还原原理及布多尔反应，均可实现较高程度的还原得到高金属化率球团，甚至金属化率达到90％以上后球团开始析出铁珠。
对于钒钛磁铁矿中铁、钒、钛的分离而言，目前已形成的方法为：煤基球团直接还原获得金属化球团—金属化球团电炉熔分深还原获得含钛炉渣和含钒铁水—含钒铁水吹氧获得半钢和钒渣。该方法可以实现钒钛磁铁矿中铁、钒、钛分离的目标，但存在煤气球团中煤灰分污染物料、球团金属化率不高导致电炉熔分深还原电耗高、酸性含钛炉渣对熔分深还原电炉耐火材料侵蚀大导致无法实现连续工业生产等诸多问题，因此该方法目前没有实现工业应用和生产。
发明内容
本发明的目的是技术现有钒钛磁铁矿中铁、钒、钛分离过程中煤基球团金属化不高、能耗大、元素回收率不高的技术问题。提供一种全新的分离方法，取消转底炉炉膛区域燃烧行为和过程，采用燃气炉窑提供高温烟气后再输送入转底炉的方法，保证煤基球团金属化率水平，金属化球团物料直接分离或磁选后得到珠铁/铁粉和含钒钛炉渣，含钒钛炉渣氧化焙烧水浸后得到含钒液和含钛炉渣。
为了达到上述的技术效果，本发明采取以下技术方案：一种分离钒钛磁铁矿中铁、钒、钛的方法，包括以下步骤：
a、转底炉中装入煤基球团，由外部提供高温烟气，所述高温烟气从转底炉的高温还原区通入并对煤基球团进行加热还原，所述高温烟气的温度控制在1360℃-1480℃、其中O2所占体积含量小于或等于2.5％；CO与H2含量不做特别要求。
b、转底炉还原煤基球团后所得物料进行出炉冷却，冷却方法采用物料直接装入回转窑或密封罐喷吹N2辅助降温或者物料出炉后直接水淬降温。
c、经N2降温或水淬降温后，物料中的渣铁已初步分离，直接分选得到珠铁，将分选珠铁后得到的含钒钛炉渣进一步破磨其磁性得到细粒铁粉。
d、回收细粒铁粉后已破磨的含钒钛炉渣，配入含钒钛炉渣质量为2％-8％的碱金属盐，混匀后氧化焙烧，焙烧温度700℃-1300℃，焙烧时间20min—300min，得到含钒酸盐钛渣。
e、含钒酸盐钛渣在水温80-100℃之间、水浸时间30min—360min条件下浸出其中的钒酸盐，浸后分别得到溶于水的含钒液和不溶于水的含钛炉渣。
进一步的技术方案是：所述钒钛磁铁矿是选自钒钛磁铁精矿、钛精矿、钛铁矿的一种或多种组合。均可以通过本发明方法冶炼获得珠铁/铁粉、含钛炉渣/酸溶性钛渣和含钒液。
进一步的技术方案是：步骤a中，煤基球团是由石油焦与钒钛铁精矿混匀制成，或由低灰分煤粉与钒钛铁精矿混匀制成，或由石油焦、低灰分煤粉和钒钛铁精矿混匀制成。
进一步的技术方案是：步骤a中，所述高温烟气由燃气炉窑产生提供或由冶金、化工行业产生的高温废热烟气提供。
进一步的技术方案是：步骤a中，燃气炉窑是烟气炉或燃烧炉或焚烧炉；燃气炉窑使用的气体燃料为煤气、天然气、沼气或煤粉的一种或多种组合。
进一步的技术方案是：燃气炉窑燃烧燃料时富氧助燃或预热。
进一步的技术方案是：在步骤a中，由燃气炉窑产生提供高温烟气加热还原煤基球团，是指燃气炉窑通过气体燃烧产生中性或弱氧化性高温烟气，与转底炉转动方向相反的逆流方式加热并还原煤基球团，转底炉整个区域在中性或弱氧化性的还原气氛条件下没有气体燃烧行为和过程，利用煤基球团的碳实现直接还原，结合煤基球团中的碳发生布多尔反应生成的CO实现整个还原以及珠铁析出过程；转底炉排出的含有少量CO的还原尾气可进行余热利用，预热煤基球团或含钒钛炉渣后燃烧排放，或返回作为然气炉窑或氧化焙烧的部分燃料循环利用。
进一步的技术方案是：步骤b中，N2喷吹量根据装入的煤基球团还原后物料质量控制，折合N2喷吹量为每吨还原后物料10-200Nm3/h；用水量为每吨还原后物料0.1-1.2m3。
进一步的技术方案是：步骤c中，得到细粒铁粉进行回，该细粒铁粉按质量百分比0-10％的添加比例返回配入原料系统，作为煤基球团的组成部分之一，作为铁珠成核剂有助于还原过程的加速和珠铁更好的析出。
进一步的技术方案是：步骤e中，浸后水溶液为折合V2O5含量8-32g/L的含钒液，作为制取钒产品的中间产品回收利用；浸后不溶于水的炉渣为TiO2含量40％-52％的含钛炉渣，作为制取钛白的中间产品回收利用。
本发明与现有技术相比，具有以下的有益效果：本发明针对钒钛磁铁矿分离铁、钒、钛过程中煤基球团金属化不高、能耗大、各元素回收率不高的诸多技术问题，通过取消转底炉炉膛区域燃烧行为和过程，采用燃气炉窑提供高温烟气后再输送入转底炉的方法，保证了煤基球团金属化率水平，金属化球团物料直接分离或磁选后得到珠铁/铁粉和含钒钛炉渣，含钒钛炉渣氧化焙烧水浸后得到含钒液和含钛炉渣。该方法采用全新还原方式保证了煤气球团的高金属化水平，取消并避免了电炉熔分深还原工序的诸多问题，渣中钒、钛分离彻底，真正实现了钒钛磁铁矿铁、钒、钛高效分离的目的，全流程热能回收循环利用，能耗低，生产稳定、扩大生产容易。
附图说明
图1是本发明流程图。
具体实施方式
下面结合本发明的实施例对本发明作进一步的阐述和说明。
实施例1
按发明内容实施步骤项，燃气炉窑内采用焦炉煤气燃烧产生1475℃、气氛为O2体积含量0.3％的高温烟气，在1t/h设计产能实验转底炉设备上使用配加无烟煤的煤基球团还原。生产得到的金属化物料密封罐盛装，分选得到珠铁/细粒级铁粉和含钒钛炉渣，将含钒钛炉渣加入其质量3％的Na2SO4混匀后在714℃条件下焙烧300min，焙烧后物料在82℃条件下水浸350min，浸出的含钒液中折合V2O5含量为9.2g/L,不溶的物质为含钛炉渣，TiO2含量为42.3％。全工艺流程铁总回收率达到93％，钒回收率达到82％，钛回收率达到94％。
实施例2
按发明内容实施步骤项，燃气炉窑内采用焦炉煤气燃烧产生1405℃、气氛为O2体积含量2.5％的高温烟气，在12t/h设计产能的工艺转底炉设备上使用配加石油焦的煤基球团还原。生产得到的金属化物料密封罐盛装，分选得到珠铁/细粒级铁粉和含钒钛炉渣，将含钒钛炉渣加入其质量8％的Na2SO4混匀后在1050℃条件下焙烧85min，焙烧后物料在96℃条件下水浸80min，浸出的含钒液中折合V2O5含量为18.1g/L,不溶的物质为含钛炉渣，TiO2含量为45.6％。全工艺流程铁总回收率达到90％，钒回收率达到87％，钛回收率达到95％。
实施例3
按发明内容实施步骤项，燃气炉窑内采用混合煤气燃烧产生1365℃、气氛为O2体积含量1.5％的高温烟气，在12t/h设计产能的工艺转底炉设备上使用配加石油焦和5％回收铁粉的煤基球团还原。生产得到的金属化物料水淬，分选得到珠铁/细粒级铁粉和含钒钛炉渣，将含钒钛炉渣加入其质量5％的Na2CO3混匀后在1295℃条件下焙烧22min，焙烧后物料在98℃条件下水浸30min，浸出的含钒液中折合V2O5含量为30.5g/L,不溶的物质为含钛炉渣，TiO2含量为51.0％。全工艺流程铁总回收率达到91％，钒回收率达到90％，钛回收率达到97％。
可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种分离钒钛磁铁矿中铁、钒、钛的方法，其特征在于，包括以下步骤：
a、转底炉中装入煤基球团，由外部提供高温烟气，所述高温烟气从转底炉的高温还原区通入并对煤基球团进行加热还原，所述高温烟气的温度控制在1360℃-1480℃、其中O2所占体积含量小于或等于2.5％；
b、转底炉还原煤基球团后所得物料进行出炉冷却，冷却方法采用物料直接装入回转窑或密封罐喷吹N2辅助降温或者物料出炉后直接水淬降温；
c、经N2降温或水淬降温后，物料中的渣铁已初步分离，直接分选得到珠铁，将分选珠铁后得到的含钒钛炉渣进一步破磨其磁性得到细粒铁粉；
d、已被破磨的含钒钛炉渣，配入含钒钛炉渣质量为2％-8％的碱金属盐，混匀后氧化焙烧，焙烧温度700℃-1300℃，焙烧时间20min—300min，得到含钒酸盐钛渣；
e、将含钒酸盐钛渣在水温80-100℃之间、水浸时间30min—360min条件下浸泡，浸后分别得到钒酸盐、含钒液和含钛炉渣。
2.根据权利要求1所述的一种分离钒钛磁铁矿中铁、钒、钛的方法，其特征在于：所述钒钛磁铁矿是选自钒钛磁铁精矿、钛精矿、钛铁矿的一种或多种组合。
3.根据权利要求1所述的一种分离钒钛磁铁矿中铁、钒、钛的方法，其特征在于：步骤a中，煤基球团是由石油焦、低灰分煤粉中的一种或两种组合再与钒钛铁精矿混匀制成。
4.根据权利要求1所述的一种分离钒钛磁铁矿中铁、钒、钛的方法，其特征在于：步骤a中，所述高温烟气由燃气炉窑产生或是由冶金、化工行业产生的高温废热烟气。
5.根据权利要求4所述的一种分离钒钛磁铁矿中铁、钒、钛的方法，其特征在于：步骤a中，燃气炉窑是烟气炉或燃烧炉或焚烧炉；燃气炉窑使用的燃料为煤气、天然气、沼气或煤粉的一种或多种组合。
6.根据权利要求5所述的一种分离钒钛磁铁矿中铁、钒、钛的方法，其特征在于：燃气炉窑燃烧燃料时富氧助燃或预热。
7.根据权利要求4所述的一种分离钒钛磁铁矿中铁、钒、钛的方法，其特征在于：在步骤a中，由燃气炉窑产生提供高温烟气加热还原煤基球团，是指燃气炉窑通过气体燃烧产生中性或弱氧化性高温烟气，与转底炉转动方向相反的逆流方式加热并还原煤基球团，转底炉整个区域在中性或弱氧化性的还原气氛条件下没有气体燃烧行为和过程，利用煤基球团的碳实现直接还原，结合煤基球团中的碳发生布多尔反应生成的CO实现整个还原以及珠铁析出过程；转底炉排出的含有少量CO的还原尾气可进行余热利用，预热煤基球团或含钒钛炉渣后燃烧排放，或返回作为然气炉窑或氧化焙烧的部分燃料循环利用。
8.根据权利要求1所述的一种分离钒钛磁铁矿中铁、钒、钛的方法，其特征在于：步骤b中，N2喷吹量为每吨还原后物料10-200Nm3/h；用水量为每吨还原后物料0.1-1.2m3。
9.根据权利要求1所述的一种分离钒钛磁铁矿中铁、钒、钛的方法，其特征在于：将步骤c中得到细粒铁粉进行回收，该细粒铁粉按质量百分比0-10％的添加比例返回配入原料系统，作为煤基球团的组成部分之一。
10.根据权利要求1所述的一种分离钒钛磁铁矿中铁、钒、钛的方法，其特征在于：步骤e中，浸后水溶液为折合V2O5含量8-32g/L的含钒液，作为制取钒产品的中间产品回收利用；不溶于水的炉渣为TiO2重量含量40％-52％的含钛炉渣，作为制取钛白的中间产品回收利用。
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