CN106987672A - 低品位钒钛磁铁矿粉生产天然微合金还原铁粉的方法 - Google Patents

低品位钒钛磁铁矿粉生产天然微合金还原铁粉的方法 Download PDF

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Abstract

一种低品位钒钛磁铁矿粉生产天然微合金还原铁粉的方法，将钒钛磁铁矿粉、硫酸钠、萤石和兰炭转入混料机混匀后，得到还原料，与还原剂一起装入耐火罐中，装罐后进隧道窑进行还原，将经还原的钒钛磁铁矿粉进行粉磨，经磁选后，进入摇床重选，摇床后的铁精矿进入精矿池浓缩脱水，入回转式烘干炉烘干，得到铁精矿干物料；摇床后的尾矿和一次磁选的富钒钛料进入二次磁选，得到精矿富钒钛料和中铁矿；将铁精矿干物料压块后送入中频炉熔融，对熔化的铁水进行高压水枪雾化，得到天然微合金还原铁粉。优点是：该方法工艺合理，钒钛磁铁矿综合利用率高，生产产品铁粉纯度高，加工成零件后强度高、硬度好。

Description

低品位钒钛磁铁矿粉生产天然微合金还原铁粉的方法
技术领域
本发明涉及还原铁粉的生产方法，特别涉及一种低品位钒钛磁铁矿粉生产天然微合金还原铁粉的方法。
背景技术
随着矿产资源不断被开采和利用，高品位矿逐渐减少，于是低品位矿进入了冶金工业，特别是低品位复杂矿产资源越来越多，难以简单选别富集。
辽西钒钛磁铁矿与攀西钒钛磁铁矿相比，具有自身的显著特点，原矿中TiO2含量4％-6％、TFe含量11％-13％，V2O5含量0.03％-0.10％，矿物构成中硅酸铁成分高，矿物晶粒尺寸极细并呈弥散相互嵌布，不利于冶炼。辽西钒钛磁铁矿经过选矿过得到的铁精矿，其中的矿物为伴生状态，在常规的机械方法选别下无法将矿物进行分离。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种低品位钒钛铁粉生产天然微合金还原铁粉的方法，该方法工艺合理，钒钛磁铁矿综合利用率高，生产产品铁粉纯度高，加工成零件后强度高、硬度好。
本发明的技术解决方案是：
一种低品位钒钛铁粉生产天然微合金还原铁粉的方法，其具体步骤如下：
(1)超贫钒钛磁铁矿选矿
将超贫钒钛磁铁矿经选矿后获得TFe品位在44％～47％、TiO2品位在20％～22％的钒钛磁铁矿粉；
(2)配料、还原
将钒钛磁铁矿粉、硫酸钠、萤石和兰炭按照质量比100:(5～7):(2～4):(5～7)转入混料机混匀后，得到还原料，与还原剂一起装入耐火罐中，装料时，由耐火罐的中心至内缘依次分层装入还原剂、还原料、还原剂，所述还原剂由冶金焦、兰炭、白云石和焦末组成，装罐后进隧道窑进行还原，还原温度为1100℃～1200℃，还原时间为30小时～40小时，冷却到200℃以下，出窑卸罐；
(3)磨选
将经还原的钒钛磁铁矿粉经颚式破碎机破碎至粒度≤30mm，进入一段球磨机进行磨矿，出磨后，矿料经螺旋分级机分级粒度＞325目的粗料返回球磨再磨，粒度≤325目的细料进入水力旋流器再次分级，使经分级的细料100目～325目物料占80％以上，进入一次磁选，一次磁选时磁场强度为400GS；粗料进入二段球磨，二段球磨出的粒度＞325目的粗物料返回二段球磨继续球磨，细料经分级后进入一次磁选；一次磁选获得的铁精矿进入摇床重选，摇床后的铁精矿进入精矿池浓缩脱水，入回转式烘干炉烘干，得到铁精矿干物料；摇床后的尾矿和一次磁选的富钒钛料进入二次磁选，二次磁选时磁场强度为3800GS，得到精矿富钒钛料和中铁矿；
(4)烘干、雾化
将铁精矿干物料压块后送入中频炉熔融，对熔化的铁水进行高压水枪雾化，得到天然微合金还原铁粉。
进一步的，所述还原剂中冶金焦的质量含量为32％、兰炭的质量含量为38％、白云石的质量含量为10％、焦末的质量含量为20％。
进一步的，步骤(2)装料时，五个耐火罐为一柱，一柱装还原料80kg～90kg，一柱装还原剂50kg～60kg。
进一步的，采用直径305mm的耐火罐装料时，由耐火罐的中心至内缘依次分层装入的还原剂、还原料、还原剂形成的还原剂层直径为130mm、还原料层厚度为55mm、还原剂层厚度为30mm。
将提纯的辽西钒钛磁铁矿铁精粉、兰炭还原剂、盐类添加剂和催化剂均匀混合成待还原料，再与还原剂相互并不混合的间层式装填于耐火罐中，通过隧道窑进行固体碳还原，还原料经破碎、一段磨矿、一次磁选、摇床、二段磨矿、二次磁选得到高品位铁精粉，烘干后，熔炼成铁水高压水枪雾化后，得到天然微合金还原铁粉。其有益效果是：
(1)还原借助固体还原剂兰炭和添加剂，固体还原剂将矿粉中的氧化铁还原成金属铁，并在硫酸钠和萤石的作用下，使金属铁颗粒聚集增大，最后达到可以分选的效果。
(2)还原-磁选法制备铁粉，其主要原理是将钒钛磁铁矿在固态条件下进行选择性的直接还原，矿物中的铁氧化物被还原成海绵铁，而钒钛仍保持氧化物形态，将所得产品细磨后分选可得高品位铁精矿粉和富钒钛料，铁精矿粉中以固融形式存在的Ti、V、Co、Ni等元素融入固溶体溶质原子铁中，从而使合金固溶体强度与硬度提高。
附图说明
图1是本发明(对应实施例1)的工艺流程图；
图2是本发明(对应实施例1)磨选工艺的流程图；
图3时本发明使用的耐火罐的装料示意图；
图中：图1-还原剂层Ⅰ，2-模具Ⅰ，3-还原料层，4-模具Ⅱ，5-还原剂层Ⅱ。
具体实施方式
实施例1
(1)超贫钒钛磁铁矿选矿
将TiO2含量4.3％、TFe含量13％的朝阳钒钛磁铁矿，粉碎至粒度-50目，用磁选机进行两级选矿，得到TFe品位在46.82％，TiO2品位在20.25％的钒钛铁精矿，具体含量如表1所示；
表1
钒钛磁铁矿 TFe TiO2 S P SiO2 CaO MgO
％ 46.82 20.25 0.025 0.051 7.83 2.98 1.13
K2O Na2O Al2O3 FeO MnO Fe2O3 V V2O5
0.16 0.12 1.84 18.68 0.63 46.18 0.76 1.37
(2)配料、还原
将钒钛磁铁矿粉、硫酸钠、萤石和兰炭按照质量比100:7:3:5转入混料机混匀后，装入耐火罐中(装料采用直径305mm的耐火罐(壁厚2cm)装料，装料时，利用桶状的模具Ⅰ2和模具Ⅱ4将耐火罐由中心至内缘分成三个区域依次装入的还原剂、还原料、还原剂，耐火罐由中心至内缘依次形成直径为130mm的还原剂层Ⅰ1、厚度为55mm的还原料层、厚度为30mm的还原剂层Ⅱ5，抽出模具)，还原剂组成为16kg、兰炭19kg、白云石5kg和焦末10kg；五个耐火罐为一柱，一柱装还原料90kg，一柱装还原剂50kg；装罐后进入138米隧道窑进行还原，还原温度为1100℃，高温还原时间为40小时，将钒钛磁铁矿铁精粉中的氧化铁还原成海绵装金属铁，还原金属铁颗粒聚集增大最后达到可以分选的效果，金属铁粒度常见为20μm～30μm，50μm～60μm次之，最大为70μm～100μm，钛矿主要为五氧化三钛(黑钛石)，粒度为20μm～40μm，进行磨选处理可得到良好的铁、钛分离指标；产品冷却到200℃以下出窑卸罐；
(3)磨选
将经还原的钒钛磁铁矿铁精粉(钒钛海绵铁)经颚式破碎机破碎至粒度≤30mm，进入一段球磨机(Φ1200×7000mm)进行磨矿，出磨后矿料经螺旋分级机分级粒度＞325目的粗料返回球磨再磨，粒度≤325目的的细料进入水力旋流器再次分级，分级后细料(100目～325目占80％wt)进入一次磁选(CTB618型400GS)，粗料进入二段球磨(Φ900×6000mm)，二段球磨出的粗物料返回二段球磨继续球磨，细料(100目～325目占81％wt)进入一次磁选；一次磁选获得的铁精矿进入摇床重选，摇床后的铁精矿进入精矿池浓缩脱水准备烘干，摇床后的尾矿和一次磁选的富钒钛料进入二次磁选(CTB618型3800GS)，二次磁选，得到精矿富钒钛料和中铁矿；
(4)烘干、雾化
将经浓缩脱水的铁精矿进入回转式烘干炉(Φ1500×12000mm)进行干燥，得到铁精矿干物料，将铁精矿干物料压块后送入中频炉熔融(1500℃以上)，对熔化的铁水进行高压水枪雾化，得到天然微合金还原铁粉。
实施例2
(1)超贫钒钛磁铁矿选矿
将超贫钒钛磁铁矿经选矿后获得TFe品位在44.2％、TiO2品位在21.9％的钒钛磁铁矿粉；
(2)配料、还原
将钒钛磁铁矿粉、硫酸钠、萤石和兰炭按照质量比100:5:4:7转入混料机混匀后，装入耐火罐中(装料采用直径305mm的耐火罐装料，装料时，利用桶状的模具Ⅰ(半径为65mm)和模具Ⅱ(半径为120mm)将耐火罐由中心至内缘分成三个区域依次装入的还原剂、还原料、还原剂，耐火罐由中心至内缘依次形成直径为130mm的还原剂层、厚度为55mm的还原料层、厚度为30mm的还原剂层Ⅱ，抽出模具)，还原剂组成为19.2kg、兰炭22.8kg、白云石6kg和焦末12kg；五个耐火罐为一柱，一柱装还原料80kg，一柱装还原剂60kg；装罐后进入138米隧道窑进行还原，还原温度为1200℃，高温还原时间为30小时，将钒钛磁铁矿铁精粉中的氧化铁还原成海绵铁，冷却到200℃以下出窑卸罐，金属铁粒度常见为20μm～30μm，50μm～60μm次之，最大为70μm～100μm，钛矿主要为五氧化三钛(黑钛石)，粒度为20μm～40μm；
(3)磨选
将经还原的钒钛磁铁矿铁精粉经颚式破碎机破碎至粒度≤30mm，进入一段球磨机(Φ1200×7000mm)进行磨矿，出磨后矿料经螺旋分级机分级粒度＞325目的粗料返回球磨再磨，粒度≤325目的的细料进入水力旋流器再次分级，分级后细料(100目～325目占81％wt)进入一次磁选(CTB618型400GS)，粗料进入二段球磨(Φ900×6000mm)，二段球磨出的粗物料返回二段球磨继续球磨，细料(100目～325目占84％wt)进入一次磁选；一次磁选获得的铁精矿进入摇床重选，摇床后的铁精矿进入精矿池浓缩脱水准备烘干，摇床后的尾矿和一次磁选的富钒钛料进入二次磁选(CTB618型3800GS)，二次磁选，得到精矿富钒钛料和中铁矿；
(4)烘干、雾化
将经浓缩脱水的铁精矿进入回转式烘干炉(Φ1500×12000mm)进行干燥，得到铁精矿干物料，将铁精矿干物料压块后送入中频炉熔融，对熔化的铁水进行高压水枪雾化，得到天然微合金还原铁粉。
实施例3
(1)超贫钒钛磁铁矿选矿
将超贫钒钛磁铁矿经选矿后获得TFe品位在45.2％、TiO2品位在21.1％的钒钛磁铁矿粉；(2)配料、还原将钒钛磁铁矿粉、硫酸钠、萤石和兰炭按照质量比100:6:2:6转入混料机混匀后，装入耐火罐中(装料采用直径305mm的耐火罐装料，装料时，利用桶状的模具Ⅰ和模具Ⅱ将耐火罐由中心至内缘分成三个区域依次装入的还原剂、还原料、还原剂，耐火罐由中心至内缘依次形成直径为130mm的还原剂层、厚度为55mm的还原料层、厚度为30mm的还原剂层Ⅱ，抽出模具)，还原剂组成为17.6kg、兰炭20.9kg、白云石5.5kg和焦末11kg；五个耐火罐为一柱，一柱装还原料85kg，一柱装还原剂55kg；装罐后进入138米隧道窑进行还原，还原温度为1150℃，高温还原时间为35小时，将钒钛磁铁矿铁精粉中的氧化铁还原成海绵铁，冷却到200℃以下出窑卸罐，金属铁粒度常见为20μm～30μm，50μm～60μm次之，最大为70μm～100μm，还原后钒钛磁铁矿中钛矿主要为五氧化三钛(黑钛石)，粒度为20μm～40μm；
(3)磨选
将经还原的钒钛磁铁矿铁精粉经颚式破碎机破碎至粒度20mm～30mm，进入一段球磨机(Φ1200×7000mm)进行磨矿，出磨后矿料经螺旋分级机分级粒度＞325目的粗料返回球磨再磨，粒度≤325目的的细料进入水力旋流器再次分级，分级后细料(100目～325目占81％wt)进入一次磁选(CTB618型400GS)，粗料进入二段球磨(Φ900×6000mm)，二段球磨出的粗物料返回二段球磨继续球磨，细料(100目～325目占82％wt)进入一次磁选；一次磁选获得的铁精矿进入摇床重选，摇床后的铁精矿进入精矿池浓缩脱水准备烘干，摇床后的尾矿和一次磁选的富钒钛料进入二次磁选(CTB618型3800GS)，二次磁选，得到精矿富钒钛料和中铁矿；
(4)烘干、雾化
将经浓缩脱水的铁精矿进入回转式烘干炉(Φ1500×12000mm)进行干燥，得到铁精矿干物料，将铁精矿干物料压块后送入中频炉熔融，对熔化的铁水进行高压水枪雾化，得到天然微合金还原铁粉。
表2本发明实施例1～实施例3身缠的天然微合金还原铁粉的各元素指标表(单位：wt％)
从检验数值看，利用朝阳钒钛磁铁矿生产的天然微合金还原铁粉已达到微合金铁粉的各项指标要求。其强度和耐磨性比用普通铁粉或在普通铁粉中人为加入等量级氧化物所制零件的性能都要高。合金元素的作用是铁粉在运输和后序的加工过程中不会产生偏析消除成分偏析起着稳定奥氏体的作用，用于制作烧结件时，烧结冷却后，烧结材料显微结构中残留的奥氏体，能提高烧结件尺寸的一致性，从而使制造的烧结零件较易保持精密尺寸公差，能够有效的提高粉末冶金零件烧结状态的力学性能，提高零件的韧性与冲击性能。合金元素做成零件后，在烧结后可提高零件地力学性能，在进行热处理后，一般用于高强度、高精度的结构零件。同时用朝阳钒钛磁铁矿生产的天然微合金还原铁粉为低磷、低硫的合金铁粉。同时这种铁粉更适合作为合金铁粉的铁基粉，另外在雾化过程中可以根据客户的需要添加其他元素，使合金铁粉具有更优越的性能，和具有更广泛的用途。并且朝阳地区具有得天独厚的矿石储蓄优势，因此用朝阳钒钛磁铁矿生产天然微合金还原铁粉有大好的发展前景，为中国冶金行业指明新的方向。
朝阳金河粉末冶金材料有限公司采用钒钛铁矿制取的天然微合金高端还原铁粉的应用试验研究表明，采用该还原铁粉试制的ABS齿环、叉车补油泵齿轮，经朝阳晟博粉末冶金制品有限公司检测室检测，其外观尺寸及物理机械性能均达到质量要求，该还原铁粉可以制造中强度的粉冶制品，这一点是普通还原铁粉难以达到的，主要原因是该铁粉固溶有多种微量合金元素，是一种天然微合金铁粉。因此采用钒钛铁精矿制取的还原铁粉定位为具有高附加值的、可以用于制造中高强度粉冶制品的粉末冶金铁粉。
以上仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种低品位钒钛铁粉生产天然微合金还原铁粉的方法，其特征是：
具体步骤如下：
(1)超贫钒钛磁铁矿选矿、磨粉
将超贫钒钛磁铁矿经选矿后获得TFe品位在44％～46％、TiO2品位在20％～22％的钒钛磁铁矿粉；
(2)配料、还原
将钒钛磁铁矿粉、硫酸钠、萤石和兰炭按照质量比100:(5～7):(2～4):(5～7)转入混料机混匀后，得到还原料，与还原剂一起装入耐火罐中，装料时，由耐火罐的中心至内缘依次分层装入还原剂、还原料、还原剂，所述还原剂由冶金焦、兰炭、白云石和焦末组成，装罐后进隧道窑进行还原，还原温度为1100℃～1200℃，还原时间为30小时～40小时，冷却到200℃以下，出窑卸罐；
(3)磁选
将经还原的钒钛磁铁矿粉经颚式破碎机破碎至粒度≤30mm，进入一段球磨机进行磨矿，出磨后，矿料经螺旋分级机分级粒度＞325目的粗料返回球磨再磨，粒度≤325目的细料进入水力旋流器再次分级，使经分级的细料100目～325目物料占80％以上，进入一次磁选，一次磁选时磁场强度为400GS；粗料进入二段球磨，二段球磨出的粒度＞325目的粗物料返回二段球磨继续球磨，细料经分级后进入一次磁选；一次磁选获得的铁精矿进入摇床重选，摇床后的铁精矿进入精矿池浓缩脱水，入回转式烘干炉烘干，得到铁精矿干物料；摇床后的尾矿和一次磁选的富钒钛料进入二次磁选，二次磁选时磁场强度为3800GS，得到精矿富钒钛料和中铁矿；
(4)烘干、雾化
将铁精矿干物料压块后送入中频炉熔融，对熔化的铁水进行高压水枪雾化，得到天然微合金还原铁粉。
2.根据权利要求1所述的低品位钒钛铁粉生产天然微合金还原铁粉的方法，其特征是：所述还原剂中冶金焦的质量含量为32％、兰炭的质量含量为38％、白云石的质量含量为10％、焦末的质量含量为20％。
3.根据权利要求1所述的低品位钒钛铁粉生产天然微合金还原铁粉的方法，其特征是：步骤(2)装料时，五个耐火罐为一柱，一柱装还原料80kg～90kg，一柱装还原剂50kg～60kg。
4.根据权利要求1所述的低品位钒钛铁粉生产天然微合金还原铁粉的方法，其特征是：采用直径305mm的耐火罐装料时，由耐火罐的中心至内缘依次分层装入的还原剂、还原料、还原剂形成的还原剂层直径为130mm、还原料层厚度为55mm、还原剂层厚度为30mm。
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