CN106957936A - 一种竖炉还原和磨选分离铁、钒和钛的系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种竖炉还原和磨选分离的系统包括球团预热系统、竖炉还原系统、第一缓冲罐、保温罐、第二缓冲罐、水淬装置和磨选装置。本发明还涉及使用该系统分离铁、钒和钛的方法。本发明使用气基竖炉直接还原‑磁选工艺流程冶炼钒钛矿具有能耗低、环境负荷低、还原过程无外来污染，全面实现铁钒钛的综合利用。

Description

一种竖炉还原和磨选分离铁、钒和钛的系统及方法
技术领域
本发明涉及冶金领域，更具体地，涉及一种从钒钛磁铁矿中竖炉还原和磨选分离的系统及使用该系统分离铁、钒和钛的方法。
背景技术
钒钛磁铁矿含有铁、钒、钛等多种有益元素，具有较高的开采利用价值。但由于钒钛磁铁矿结构复杂，普通的直接还原-磨选工艺路线分离铁、钒、钛的效果不佳。因此，提高磨选分离效率、得到高品质的铁精粉及富钒钛料一直是科研工作者努力的方向。
现有技术中还原钒钛磁铁矿，是以煤基还原为基础。这样引入了外来杂质，磨选结束后，非磁性物中的钒钛品位受到影响，不利于钒钛资源的综合利用。
因此，需要一种完善的还原和磨选分离的系统及方法，能够在不引入外来杂质的基础上分离铁、钒和钛。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种从钒钛磁铁矿中竖炉还原和磨选分离的系统及使用该系统分离铁、钒和钛的方法。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
根据本发明，提供一种竖炉还原和磨选分离的系统，包括：
球团预热系统，球团预热系统具有物料第一进口、气体进口和物料第一出口；
竖炉还原系统，竖炉还原系统具有物料第二进口和物料第二出口，物料第二进口与物料第一出口相连；
第一缓冲罐，第一缓冲罐具有物料第三进口和物料第三出口，物料第二出口通过螺旋出料与物料第三进口相连；
保温罐，保温罐具有物料第四进口、气体出口和物料第四出口，物料第四进口与物料第三出口通过下料沟槽相连，气体出口与预热球团系统的气体进口通过管道相连；
水淬装置，水淬装置具有物料第五进口和物料第五出口，物料第五进口与物料第四出口相连；
磨选装置，磨选装置具有物料第六进口和物料第六出口，物料第六进口与物料第五出口相连，物料第六出口用于输出产品。
进一步地，竖炉还原系统和球团预热系统之间还设置有用于隔绝气氛的第二缓冲罐。
进一步地，竖炉还原系统仅设置有用于还原球团的还原段。
根据本发明，提供一种采用如上的系统分离铁、钒和钛的方法，包括以下步骤：
步骤一：将氧化球团经装料料斗进入球团预热系统并预热球团；
步骤二：将经过预热的球团通过第一缓冲罐之后进入竖炉还原系统；
步骤三：球团在竖炉还原系统中进行还原得到金属化球团，金属化球团经过螺旋出料进入第二缓冲罐中，经气氛吹扫之后的球团进入下料沟槽；
步骤四：金属化球团经下料沟槽进入保温罐中进行保温，之后进入水淬装置；
步骤五：金属化球团在水淬装置中经水淬降温后，然后进入磨选装置中将金属化球团初步破碎细磨、磨选，抽滤、烘干后得到磨选磁性物和磨选非磁性物，其中磨选磁性物为铁精粉，磨选非磁性物为富钒钛料。
进一步地，步骤一中氧化球团的粒径为10-16mm。
进一步地，步骤一中氧化球团的预热温度为400-600℃。
进一步地，竖炉还原系统的还原温度是800-1000℃，还原时间2-6h。
进一步地，保温罐的保温温度为1200-1350℃，保温时间为15-40min。
进一步地，保温罐中为非氧化性气氛，可以是氮气、氩气中的一种。
进一步地，将保温罐中的高温保温气体经过管道输送至球团预热系统作为热源。
进一步地，磨选装置中初步破碎细磨需要将金属化球团磨细至2mm以下，即过孔径为2mm的筛子进行筛选。
进一步地，磨选装置中磨选的条件为：磨矿浓度65-70％，磨矿时间30-60min，磁选强度600-800Oe。
进一步地，磨选装置中磨选出的物质的磨矿粒度为400目以下占总质量的90％以上。
进一步地，磨选装置中磨选出的物质的磨矿粒度为400目以下占总质量的95％以上。
本发明的有益效果是：
1.本发明采用竖炉还原钒钛磁铁矿，即用竖炉中的气氛(例如，氢气、一氧化碳或者混合还原气)直接还原，避免现有技术中引入外来杂质带来的负面技术效果，经磨选后富钒钛料品位较高。
2.竖炉还原系统的竖炉主体全部为还原段，未配备预热段和冷却段，增加了炉体的有效还原空间，提高生产效率。
3.本发明的保温罐中高温气体输送至球团预热系统用于预热球团，实现了热能多级利用，节省资源。
4.采用本发明的系统和方法得到的铁精粉铁品位可达92％以上，收得率到90％以上，富钒钛料中二氧化钛品位大于50％。
5.竖炉内球团还原结束后直接热装进入保温罐，减少热量损失，有利于连续成产，同时，由于球团还原时间与保温时间上的差异性，保温罐的容积将远小于竖炉炉体，投资小。
6.配加保温罐，有利于低温还原下的金属化球团铁晶粒长大，为后期磨选提供有利的条件，且氧化球团配加了碳酸钠，不仅能够加快反应时间，提高金属化率，同时有利于后期湿法提钒。
7.水淬过程可以使球团组织结构破坏，减小磨选能耗。
附图说明
图1是按照本发明的实施例的竖炉还原和磨选分离铁、钒和钛的系统的示意图；
图2是按照本发明的实施例的竖炉还原和磨选分离铁、钒和钛的方法的流程图。
附图标记
1球团预热系统、2第一缓冲罐、3竖炉还原系统、4第二缓冲罐、5保温罐、6水淬装置、7磨选装置、101管道。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，本发明使用的系统包括球团预热系统1、第一缓冲罐2、竖炉还原系统3、第二缓冲罐4、保温罐5、水淬系统6和磨选系统7。
球团预热系统1具有物料第一进口、气体进口和物料第一出口；物料第一进口用于送入球团，物料第一出口连接到用于隔绝气氛的第一缓冲罐2，第一缓冲罐的另一端连接到竖炉还原系统3的物料第二进口，第一缓冲罐2的设置是为了不使竖炉还原系统3的气氛进入球团预热系统1中，影响整个过程。竖炉还原系统3的物料第二出口通过螺旋出料与第二缓冲罐4的物料第三进口相连，第二缓冲罐4的物料第三出口通过下料沟槽连接到保温罐5的物料第四进口，第二缓冲罐4是为了隔绝竖炉还原系统3中的还原气氛和保温罐5的非氧化气氛。保温罐5还设置有一气体出口，气体出口通过管道101连接到球团预热系统1的气体进口，保温罐5中的高温气体输送至球团预热系统1，为预热球团提供热量，实现了热能多级利用。
保温罐5的物料第四出口与水淬装置的物料第五进口相连，水淬装置6还具有用于与磨选装置7的物料第六进口相连的物料第五出口。磨选装置7的物料第六出口用于输出铁精粉和富钒钛料。
竖炉还原系统3的竖炉主体仅设置有用于还原球团的还原段。
本发明实施例所使用的钒钛磁铁矿精矿的主要化学成分如下表1所示：
表1钒钛磁铁矿精矿的主要化学成分/％
成分 TFe FeO V2O5 TiO2 Al2O3 CaO
含量 55.68 10.68 0.825 15.40 3.19 0.23
成分 MgO SiO2 MnO Na2O K2O
含量 0.73 1.74 0.25 0.056 0.013
本发明实施例在造球团过程中添加了2％Na2CO3，后经氧化焙烧得到氧化球团，氧化球团的具体成分如表2所示：
表2氧化球团的主要化学成分/％
TFe FeO CaO MgO SiO2 Al2O3 V2O5 TiO2 MnO Na2O K2O Cr2O3
54.09 1.01 0.29 0.88 2.88 3.46 0.75 15.35 0.24 0.064 0.031 0.23
表1和表2中的TFe是指全铁或总铁。
实施例1
本实施例采用上述系统分离铁、钒和钛。
如图2所示，将粒径为10-16mm的加入2％碳酸钠的竖炉用氧化球团经装料料斗进入球团预热系统1，球团在预热系统中停留1h，并将预热球团升温至450℃；将经过预热的球团通过第一缓冲罐2进行吹扫之后经下料沟槽进入竖炉还原系统3；球团在竖炉还原系统3中经还原气氛进行还原得到金属化球团，还原温度是800℃，还原时间2h，使得球团的金属化率达到90％。金属化球团经过螺旋出料进入第二缓冲罐4中，经气氛吹扫之后的球团进入下料沟槽；金属化球团经下料沟槽进入保温罐5中在非氧化气氛下进行保温，保温温度为1200℃，保温时间为30min。之后进入水淬装置6；金属化球团在水淬装置6中经水淬降温后，然后将金属化球团初步破碎细磨至2mm，然后进入磨选装置7进行磨选。磨选的条件为：磨矿浓度65％，磨矿时间30min，磁选强度800Oe。磨选出的物质的磨矿粒度为400目以下占总质量的92％。抽滤、烘干后得到磨选磁性物和磨选非磁性物，其中磨选磁性物为铁精粉，铁品位90％，收得率94％；磨选非磁性物为富钒钛料，TiO2品位52％。
实施例2
本实施例采用上述系统分离铁、钒和钛。
如图2所示，将粒径为10-16mm的加入2％碳酸钠的竖炉用氧化球团经装料料斗进入球团预热系统1，球团在预热系统中停留1h，并将预热球团升温至600℃；将经过预热的球团通过第一缓冲罐2进行吹扫之后经下料沟槽进入竖炉还原系统3；球团在竖炉还原系统3中经还原气氛进行还原得到金属化球团，还原温度是950℃，还原时间3h，使得球团的金属化率达到94％。金属化球团经过螺旋出料进入第二缓冲罐4中，经气氛吹扫之后的球团进入下料沟槽；金属化球团经下料沟槽进入保温罐5中在非氧化气氛下进行保温，保温温度为1350℃，保温时间为30min。之后进入水淬装置6；金属化球团在水淬装置6中经水淬降温后，然后将金属化球团初步破碎细磨至2mm，然后进入磨选装置7进行磨选。磨选的条件为：磨矿浓度67.7％，磨矿时间40min，磁选强度600e。磨选出的物质的磨矿粒度为400目以下占总质量的95％。抽滤、烘干后得到磨选磁性物和磨选非磁性物，其中磨选磁性物为铁精粉，铁品位93％，收得率92％；磨选非磁性物为富钒钛料，TiO2品位51％。
实施例3
本实施例采用上述系统分离铁、钒和钛。
如图2所示，将直径为10-16mm的加入2％碳酸钠的竖炉用氧化球团经装料料斗进入球团预热系统1，球团在预热系统中停留1h，并将预热球团升温至400℃；将经过预热的球团通过第一缓冲罐2进行吹扫之后经下料沟槽进入竖炉还原系统3；球团在竖炉还原系统3中经还原气氛进行还原得到金属化球团，还原温度是850℃，还原时间6h，使得球团的金属化率达到92％。金属化球团经过螺旋出料进入第二缓冲罐4中，经气氛吹扫之后的球团进入下料沟槽；金属化球团经下料沟槽进入保温罐5中在非氧化气氛下进行保温，保温温度为1250℃，保温时间为15min。之后进入水淬装置6；金属化球团在水淬装置6中经水淬降温后，然后将金属化球团初步破碎细磨至2mm，然后进入磨选装置7进行磨选。磨选的条件为：磨矿浓度70％，磨矿时间60min，磁选强度400e。磨选出的物质的磨矿粒度为400目以下占总质量的90％。抽滤、烘干后得到磨选磁性物和磨选非磁性物，其中磨选磁性物为铁精粉，铁品位91％，收得率89％；磨选非磁性物为富钒钛料，TiO2品位48％。
实施例4
本实施例采用上述系统分离铁、钒和钛。
如图2所示，将直径为10-16mm的加入2％碳酸钠的竖炉用氧化球团经装料料斗进入球团预热系统1，球团在预热系统中停留1h，并将预热球团升温至500℃；将经过预热的球团通过第一缓冲罐2进行吹扫之后经下料沟槽进入竖炉还原系统3；球团在竖炉还原系统3中经气氛在进行还原得到金属化球团，还原温度是1000℃，还原时间3h，使得球团的金属化率达到94％。金属化球团经过螺旋出料进入第二缓冲罐4中，经气氛吹扫之后的球团进入下料沟槽；金属化球团经下料沟槽进入保温罐5中在非氧化气氛下进行保温，保温温度为1350℃，保温时间为40min。之后进入水淬装置6；金属化球团在水淬装置6中经水淬降温后，然后将金属化球团初步破碎细磨至2mm，然后进入磨选装置7进行磨选。磨选的条件为：磨矿浓度66.5％，磨矿时间30min，磁选强度600Oe。磨选出的物质的磨矿粒度为400目以下占总质量的92％。抽滤、烘干后得到磨选磁性物和磨选非磁性物，其中磨选磁性物为铁精粉，铁品位93％，收得率91％；磨选非磁性物为富钒钛料，TiO2品位52％。
实施例1-4使用的非氧化性气氛可以是氮气、氩气中的一种。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并非用来限定本发明的实施范围；如果不脱离本发明的精神和范围，对本发明进行修改或者等同替换，均应涵盖在本发明权利要求的保护范围当中。

Claims (7)

1.一种竖炉还原和磨选分离的系统，其特征在于，包括：
球团预热系统，所述球团预热系统具有物料第一进口、气体进口和物料第一出口；
竖炉还原系统，所述竖炉还原系统具有物料第二进口和物料第二出口，所述物料第二进口与所述物料第一出口相连；
第一缓冲罐，所述第一缓冲罐具有物料第三进口和物料第三出口，所述物料第二出口通过螺旋出料与所述物料第三进口相连；
保温罐，所述保温罐具有物料第四进口、气体出口和物料第四出口，物料第四进口与所述物料第三出口通过下料沟槽相连，所述气体出口与所述预热球团系统的所述气体进口通过管道相连；
水淬装置，所述水淬装置具有物料第五进口和物料第五出口，所述物料第五进口与所述物料第四出口相连；
磨选装置，所述磨选装置具有物料第六进口和物料第六出口，所述物料第六进口与所述物料第五出口相连，所述物料第六出口用于输出产品。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述竖炉还原系统和所述球团预热系统之间还设置有用于隔绝气氛的第二缓冲罐。
3.一种采用权利要求1-2任一项所述的系统分离铁、钒和钛的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：将氧化球团经装料料斗进入球团预热系统并预热所述球团；
步骤二：将经过预热的球团通过第一缓冲罐之后进入竖炉还原系统；
步骤三：球团在竖炉还原系统中进行还原得到金属化球团，所述金属化球团经过螺旋出料进入第二缓冲罐中，经气氛吹扫之后的球团进入下料沟槽；
步骤四：金属化球团经下料沟槽进入保温罐中进行保温，之后进入水淬装置；
步骤五：金属化球团在水淬装置中经水淬降温后，然后进入磨选装置中将金属化球团初步破碎细磨、磨选，抽滤、烘干后得到磨选磁性物和磨选非磁性物，其中所述磨选磁性物为铁精粉，所述磨选非磁性物为富钒钛料。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述步骤一中所述氧化球团的粒径为10-16mm。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述步骤一中所述氧化球团的预热温度为400-600℃。
6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述竖炉还原系统的还原温度是800-1000℃，还原时间2-6h。
7.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述保温罐的保温温度为1200-1350℃，保温时间为15-40min。
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