CN105886755B - 一种气基竖炉用低品位钒钛磁铁矿氧化球团抑胀提质工艺 - Google Patents

一种气基竖炉用低品位钒钛磁铁矿氧化球团抑胀提质工艺 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种气基竖炉用钒钛磁铁矿氧化球团抑胀提质工艺，包括：以钒钛磁铁矿为基准，按质量百分比计，将0.08～0.5％的复合粘结剂和0.4～1.2％添加剂外配(二者添加顺序随机)到钒钛磁铁矿粉后混匀，再外配5～7％水混匀，使用圆盘造球机造球，筛分；将筛分得到生球按照一定的焙烧制度在焙烧炉上氧化焙烧后得到氧化球团。本发明中，采用有机粘结剂和膨润土复合作为球团粘结剂，改善了球团的还原性、低温还原粉化、还原膨胀等热态冶金性能。采用本发明的技术方案生产的钒钛磁铁矿氧化球团为后续气基竖炉还原过程抑胀提质起到重要作用。

Description

一种气基竖炉用低品位钒钛磁铁矿氧化球团抑胀提质工艺
技术领域
本发明属于冶金技术领域，涉及一种气基竖炉用低品位钒钛磁铁矿氧化球团抑胀提质工艺。
背景技术
现行的钒钛磁铁矿还原工艺，无论采用传统的高炉、煤基转底炉还是回转窑等设备进行还原，不仅对矿料本身品位要求高，而且还不能高效回收高价组元，尤其是钛的有效回收，不利于钛白粉行业发展的需要。气基竖炉直接还原工艺为高效回收钒钛磁铁矿资源的高价组元带来契机。然而，目前该技术中，钒钛磁铁矿氧化球团在用气体还原时易发生“灾难性”膨胀，是其进行还原生产的难点。主要原因是：钒钛磁铁矿相中的含铁物相2FeO·TiO2、FeO·TiO2和FeO·2TiO2中的铁还原需要较高的还原温度和较长的还原时间；气化还原过程中球团出现膨胀甚至粉化现象，不仅影响还原效率，严重时生产不能顺行。
1979年，CN11-2118/TF第14卷第5期公开了《钒钛磁铁精矿球团灾难性膨胀及其消除办法的研究》，冀春林，陈厚生等提出了一种对钒钛磁铁矿加芒硝球团用弱还原性气氛处理，完全消除了灾难性膨胀。主要技术特征是将太和钒钛磁铁精矿：芒硝：皂土按配比100:6:1进行造球(球团直径5～8mm)，在回转窑上用天然气磁化焙烧(焙烧温度1130～1180℃)后在10L竖炉用H2还原，还原后的球团完整。然而，该工艺虽然可以消除钠化氧化球团的灾难性膨胀，但球团粒径只有5～8mm且氧化过程需用天然气磁化处理，大大增加氧化球团的成本。
1988年，CN11-2118/TF第23卷第7期公开了《MgO在球团矿中赋存形式的研究》，王筱留，宋阳升指出加入少量的MgO、焙烧制度适宜能稳定较多的磁铁矿并改善球团矿性能。然而，该技术只做出了定性分析，没有定量化的试验结果，即并未具体针对对钒钛磁铁矿氧化球团直接还原粉化技术提出明确的工艺参数范围，并不能作为该领域的特定技术指导工业化生产。
2011年，CN51-1245/TF第32卷第4期公开了《攀枝花钒钛铁精矿球团还原膨胀试验研究》，马兰和杨绍利提出了将配加小于1.5％膨润土的攀枝花钒钛磁铁矿球团在CO≤20％的气氛下进行磁化焙烧，所得球团还原时的最大线膨胀率≤5％，球团不粉化。然而，该方法制备的球团氧化焙烧过程需保证CO≤20％的气氛，大大增加了氧化焙烧成本。
发明内容
本发明发明目的是：
提供了一种气基竖炉用低品位钒钛磁铁矿氧化球团抑胀提质工艺，旨在消除钒钛磁铁矿氧化球团在气基竖炉还原过程中发生“灾难性”膨胀，高效提铁质提钛质。本工艺摒弃了传统高炉冶炼钒钛磁铁矿能耗高、污染大、有价元素钛回收率低和煤基转底炉直接还原-电炉熔分工艺渣量大、硫含量高、渣TiO2品位低等缺限，同时避免了只采用膨润土做粘结剂降低球团矿自身品位，增大渣量，降低铁、钛、钒回收率的问题。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种气基竖炉用低品位钒钛磁铁矿氧化球团抑胀提质工艺，其主要的工艺特征：
以钒钛磁铁矿为基准，按质量百分比计，将0.08～0.5％的复合粘结剂和0.4～1.2％添加剂外配(二者添加顺序随机)到钒钛磁铁矿粉后混匀，再外配5～7％水混匀，使用圆盘造球机造球，筛分；将筛分得到生球按照一定的焙烧制度在焙烧炉上氧化焙烧后得到氧化球团，试验流程图见附图1。
所述的钒钛磁铁矿为：50～59wt％TFe，9～13wt％TiO2，8～11wt％(CaO+MgO+SiO2+Al2O3)，粒径0.074mm以下的比例达65wt％以上，且以粒径0.074mm以下的比例达80wt％以上为优选；
所述的复合粘结剂为：聚丙烯酸钠、聚丙烯酰胺或聚乙烯醇中的一种及一种以上与膨润土混合，混合配比5～15：85，混合物料粒径0.5mm以下(优选0.25mm以下)，外配量0.35～0.7％为优选；
所述的添加剂为：轻烧镁粉、菱镁石和白云石中的一种及一种以上，粒径为0.043mm以下，外配量0.6～1.3％为优选；
所述的生球为：粒径9～16mm，跌落强度5次及以上，抗压强度12N/球以上，爆裂温度320℃以上；
所述的焙烧制度：干燥温度250～400℃，时间8～12min；预热温度800～1000℃，时间10～15min；焙烧温度1150～1250℃，焙烧时间15～25min。
一种气基竖炉用钒钛磁铁矿氧化球团抑胀提质工艺，
步骤1、以钒钛磁铁矿为基准，按质量百分比计，将0.08～0.5％的复合粘结剂和0.4～1.2％添加剂添加到钒钛磁铁矿粉后混匀，再添加5～7％水混匀，使用圆盘造球机造球，筛分；
步骤2、将筛分得到生球按照干燥温度250～400℃，时间8～12min；预热温度800～1000℃，时间10～15min；焙烧温度1150～1250℃，焙烧时间15～25min在焙烧炉上氧化焙烧后得到氧化球团。
其中，所述的钒钛磁铁矿为包含：50～59wt％TFe，9～13wt％TiO2，8～11wt％氧化物，所述氧化物包括CaO+MgO+SiO2+Al2O3，除上述三组分外，所述钒钛磁铁矿内还存在其它矿相及微量元素，如V等，所述钒钛磁铁矿粒径0.074mm以下的比例达65wt％以上，且以粒径0.074mm以下的比例达80wt％以上为最优。
其中，所述的复合粘结剂为：聚丙烯酸钠、聚丙烯酰胺或聚乙烯醇中的一种或一种以上与膨润土混合，混合质量配比5～15：85，混合物料粒径0.5mm以下的添加量为所述钒钛磁铁矿的0.35～0.7wt％。
其中，所述的添加剂为：轻烧镁粉、菱镁石和白云石中的一种或一种以上，粒径0.043mm以下，添加量为所述钒钛磁铁矿的0.6～1.3wt％。
其中，所述的氧化球团为：粒径9～16mm，跌落强度5次/球以上，抗压强度12N/球以上，爆裂温度320℃以上。
其中，所述步骤2的焙烧工艺参数为：干燥温度250～400℃，时间8～12min；预热温度800～1000℃，时间10～15min；焙烧温度1150～1250℃，焙烧时间15～25min。
其中，所述复合粘结剂的混合物料粒径在0.25mm以下。
发明技术方案带来的有益效果：
本发明采用有机粘结剂和膨润土复合作为球团粘结剂，改善了球团的还原性、低温还原粉化、还原膨胀等热态冶金性能。采用本发明的技术方案生产的钒钛磁铁矿氧化球团为后续气基竖炉还原过程抑胀提质起到重要作用。
附图说明
图1为氧化球团工艺流程图
具体实施方式
为详细、清晰地说明本发明，下面结合本发明实施例中的附图1，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
检测方法：
跌落强度：单个生球从0.5m高处落到钢板上反复跌落，直到生球破坏为止的次数。
抗压强度：取规定直径(一般为10～12.5mm)的球团矿在压力试验机上测定每个球在破裂前的最大抗压强度，用平均值“N/个球”表示。每组实验取随机氧化球团80个。(本发明抗压强度检测设备：HXQT-10D全自动球团抗压强度试验机。)
爆裂温度：是参照美国AC公司的动态测定法，在Φ650×1000mm的竖式管炉中进行的。从叶氏鼓风机出来的室温空气，经转子流量计控制风速进入管炉中。管炉是通过电阻丝加热的，由可控硅温度自动控制仪表控制温度。该装置中间有一根Φ80×1200mm的不锈钢热风管，该管内装有高度为1000mm的Φ15mm的氧化铝瓷球，电炉加热瓷球，使鼓入的空气迅速被加热成为温度恒定的热气流，反映热风温度的热电偶装在生球干燥杯的底部。试验用来装生球的干燥杯内径为50mm，高度为150mm，底部均匀排列有Φ3mm的圆孔，以便气流进入干燥杯中进行干燥。
测定生球爆裂温度时，每次取50个合格生球装入干燥杯中，将干燥杯放在风速为1.5m/s(冷态)的竖式管中，生球在炉膛内停留5min后取出，以生球破裂4％(即破裂2个球团)所能承受的最高温度(AC公司以生球破10％)为爆裂温度。
低温还原粉化率(RDI)采用国际标准ISO 11257测定。
还原膨胀率(RS)采用国家标准GBT 13240测定
还原度(RI)和金属化率采用国际标准ISO 11258。
实施例1
取5kg含钒钛磁铁矿，其中59wt％TFe，13wt％TiO2，11wt％(CaO+MgO+SiO2+Al2O3)，粒径0.074mm以下的占80％以上。以钒钛磁铁矿为基准，按质量百分比计，外配30g复合粘结剂和50g添加剂，在混料机上搅拌6min，再外配5％水，搅拌10min。将混合料在圆盘造球机造球，筛分，将10～12mm的生球放入焙烧杯中，采用液化气燃气按照如下焙烧制度进行氧化焙烧：干燥从室温开始，升温至350℃，恒温8min，风量35m3/h；之后升温至900℃，恒温15min，风量15m3/h；继续升温至1200℃，恒温25min，风量15m3/h；均热段温度1150℃，时间5min，风量15m3/h，然后冷却至室温，冷却时风量40m3/h。得到含钒钛氧化球团矿：57.83wt％TFe、12.21wt％TiO2，氧化球团的抗压强度2801N/球，低温还原粉化率RDI-3.15mm为2.7％，还原膨胀率11.01％，还原度R90＝73.9％，金属化率92.8％，还原后的抗压强度512N/球。将该方案中氧化球团还原后熔分所得钛渣中TiO261.23wt％，比煤基转底炉还原后熔分渣(54.9wt％TiO2)高6个百分点。
实施例2
取5kg含钒钛磁铁矿，其中50wt％TFe，9wt％TiO2，11wt％(CaO+MgO+SiO2+Al2O3)，粒径0.074mm以下的占65％以上。以钒钛磁铁矿为基准，按质量百分比计，外配30g复合粘结剂和50g添加剂，在混料机上搅拌6min，再外配6％水，搅拌10min。将混合料在圆盘造球机造球，筛分，将10～12mm的生球放入焙烧杯中采用液化气燃气按照如下焙烧制度进行氧化焙烧：干燥从室温开始，升温至300℃，恒温10min，风量35m3/h；之后升温至950℃，恒温10min，风量15m3/h；继续升温至1250℃，恒温20min，风量15m3/h；均热段温度1150℃，时间5min，风量15m3/h，然后冷却至室温，冷却时风量40m3/h。得到含钒钛氧化矿球团矿：48.93wt％TFe、8.19wt％TiO2，氧化球团的抗压强度2491N/个，低温还原粉化率RDI-3.15mm为3.01％，还原膨胀率9.89％，还原度R90＝70.12％，金属化率94.5％，还原后的抗压强度406N/球。将该方案中氧化球团还原后熔分所得钛渣中TiO245.82wt％，比煤基转底炉还原后熔分渣(39.41wt％TiO2)高5个百分点。
实施例3
取5kg含钒钛磁铁矿，其中55wt％TFe，10wt％TiO2，8wt％(CaO+MgO+SiO2+Al2O3)，粒径0.074mm以下的占80％以上。以钒钛磁铁矿为基准，按质量百分比计，外配30g复合粘结剂和50g添加剂，在混料机上搅拌6min，再外配4％水，搅拌10min。将混合料在圆盘造球机造球，筛分，将10～12mm的生球放入焙烧杯中采用液化气燃气按照如下焙烧制度进行氧化焙烧：干燥从室温开始，升温至300℃，恒温10min，风量35m3/h；之后升温至1000℃，恒温10min，风量15m3/h；继续升温至1300℃，恒温15min，风量15m3/h；均热段温度1150℃，时间5min，风量15m3/h，然后冷却至室温，冷却时风量40m3/h。得到含钒钛氧化球团矿：53.98wt％TFe、8.97wt％TiO2，氧化球团的抗压强度2978N/个，低温还原粉化率RDI-3.15mm为3.21％，还原膨胀率10.32％，还原度R90＝74.03％，金属化率95.01％，还原后的抗压强度411N/球。将该方案中氧化球团还原后熔分所得钛渣中TiO263.261wt％，比煤基转底炉还原后熔分渣(55.83wt％TiO2)高7个百分点。
上述实施例中，低温还原粉化率采用国际标准ISO 11257测定，还原膨胀率采用国家标准GBT 13240测定，还原度和金属化率采用国际标准ISO 11258。本发明实施例仅用于示例本发明，而不以任何方式来限制本发明。

Claims (4)

1.一种气基竖炉用钒钛磁铁矿氧化球团抑胀提质工艺，其特征在于：
步骤1、以钒钛磁铁矿为基准，按质量百分比计，将复合粘结剂和添加剂添加到钒钛磁铁矿粉后混匀，再添加5～7％水混匀，使用圆盘造球机造球，筛分；
步骤2、将筛分得到生球按照干燥温度250～400℃，时间8～12min；预热温度800～1000℃，时间10～15min；焙烧温度1150～1250℃，焙烧时间15～25min在焙烧炉上氧化焙烧后得到氧化球团；
所述的钒钛磁铁矿包含：50～59wt％TFe，9～13wt％TiO2，8～11wt％氧化物，所述氧化物包括CaO+MgO+SiO2+Al2O3，所述钒钛磁铁矿粒径0.074mm以下的比例达65wt％以上；
所述的复合粘结剂为：聚丙烯酸钠、聚丙烯酰胺或聚乙烯醇中的一种或一种以上与膨润土混合，混合质量配比5～15：85，混合物料粒径0.5mm以下的添加量为所述钒钛磁铁矿的0.35～0.7wt％；
所述的添加剂为：轻烧镁粉、菱镁石和白云石中的一种或一种以上，粒径0.043mm以下，添加量为所述钒钛磁铁矿的0.6～1.3wt％。
2.根据权利要求1所述的一种气基竖炉用钒钛磁铁矿氧化球团抑胀提质工艺，其特征在于，所述的氧化球团为：粒径9～16mm，跌落强度5次/球以上，抗压强度12N/球以上，爆裂温度320℃以上。
3.根据权利要求1所述的一种气基竖炉用钒钛磁铁矿氧化球团抑胀提质工艺，其特征在于，所述复合粘结剂的混合物料粒径在0.25mm以下。
4.根据权利要求2所述的一种气基竖炉用钒钛磁铁矿氧化球团抑胀提质工艺，其特征在于，所述钒钛磁铁矿粒径在0.074mm以下的比例达80wt％以上。
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