CN107022679A - 一种钒钛磁铁矿的固态还原方法 - Google Patents

一种钒钛磁铁矿的固态还原方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种钒钛磁铁矿的固态还原方法，包括以下步骤：将钒钛磁铁矿和还原煤分别充分磨矿成超细粉；将得到的钒钛磁铁矿超细粉和还原煤超细粉混合，并配加添加剂充分混合均匀后，再配加粘结剂和水搅拌均匀；将搅拌均匀后的混合物进行压球和烘干处理，制得球团；将制得的球团在高温的惰性气体保护下还原并在惰性气体保护下冷却至室温，得到金属化球团。本发明能够在不高于1000℃的反应温度下获得88％以上的金属化率，为铁钒钛的磁选分离和综合利用奠定坚实的基础，同时显著降低能耗。

Description

一种钒钛磁铁矿的固态还原方法
技术领域
本发明涉及一种固态还原方法，并且更具体地，涉及一种钒钛磁铁矿的固态还原方法。
背景技术
钒钛磁铁矿属于典型的难处理复杂伴生矿，高炉流程只能回收其中的绝大部分铁和部分钒，无法实现钛资源的回收利用，含钛高炉渣目前尚无经济有效的方法加以回收利用，由此造成的资源浪费和环境污染都非常严重。
钒钛磁铁矿固态还原-磨选工艺是实现铁钒钛资源综合利用的重要途径，该技术首先采用煤或还原气将矿石中绝大部分铁还原，然后通过磁选将铁和富钒钛渣分离，从而实现铁、钒、钛资源的综合利用。目前钒钛磁铁矿直接还原主要包括回转窑还原-磁选、竖炉还原-磁选和转底炉还原-磁选三种，如何在显著降低还原温度的同时取得理想的还原金属化率是这些技术面临的共同问题。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供的方法能够在显著降低反应温度的条件下取得理想的球团金属化率，有效弥补了其它技术由于反应温度过高和工艺顺行困难等普遍存在的问题。
根据本发明的一方面，提供一种钒钛磁铁矿的固态还原方法，包括以下步骤：
1)将钒钛磁铁矿和还原煤分别充分磨矿成超细粉；
2)将步骤1)中得到的钒钛磁铁矿超细粉和还原煤超细粉混合，并配加添加剂充分混合均匀后，再配加粘结剂和水搅拌均匀；
3)将步骤2)中搅拌均匀后的混合物进行压球和烘干处理，制得球团；
4)将步骤3)中制得的球团在高温的惰性气体保护下还原并在惰性气体保护下冷却至室温，得到金属化球团。
根据本发明的一个实施例，步骤1)中超细粉粒径在10μm以下占80％-90％。
根据本发明的一个实施例，钒钛磁铁矿的粒径在75μm以下、铁含量为45％-60％，还原煤的粒径在75μm以下、固定碳含量不低于90％。
根据本发明的一个实施例，步骤2)中还原煤超细粉和钒钛磁铁矿超细粉按碳氧摩尔比(1-1.8):1进行混合。
根据本发明的一个实施例，配加添加剂的质量百分比为钒钛磁铁矿质量的1％-10％。
根据本发明的一个实施例，添加剂选自以下中的一种或多种：硼砂、Na2CO3、NaOH。
根据本发明的一个实施例，配加粘结剂和水的质量百分比分别为钒钛磁铁矿质量的2％-4％和1％-2％。
根据本发明的一个实施例，粘结剂为淀粉溶液或聚乙烯醇。
根据本发明的一个实施例，步骤3)中进行压球处理的压力为8MPa-12MPa。
根据本发明的一个实施例，步骤3)中烘干处理的温度为100℃-150℃，烘干时间为60min-120min。
根据本发明的一个实施例，步骤4)中高温为900℃-1000℃。
根据本发明的一个实施例，步骤4)中还原的时间为60min-120min。根据本发明的一个实施例，步骤4)中的惰性气体为N2。
通过采用上述技术方案，本发明相比于现有技术具有如下优点：
本发明能够在不高于1000℃的反应温度下获得88％以上的金属化率，为铁钒钛的磁选分离和综合利用奠定坚实的基础，同时显著降低能耗。
附图说明
图1是按照本发明的实施例的钒钛磁铁矿的固态还原方法的流程示意图。
具体实施方式
应当理解，在示例性实施例中所示的本发明的实施例仅是说明性的。虽然在本发明中仅对少数实施例进行了详细描述，但本领域技术人员很容易领会在未实质脱离本发明主题的教导情况下，多种修改是可行的。相应地，所有这样的修改都应当被包括在本发明的范围内。在不脱离本发明的主旨的情况下，可以对以下示例性实施例的设计、操作条件和参数等做出其他的替换、修改、变化和删减。
参照图1，本发明提供一种钒钛磁铁矿的固态还原方法，包括钒钛磁铁矿和还原煤超细粉的制备S100、混料S200、压球S300和固态还原S400四个步骤，具体包括以下步骤：将钒钛磁铁矿和还原煤分别充分磨矿成细粉至粒径在10μm以下的细粉占80％-90％(步骤S100)；将得到的钒钛磁铁矿超细粉和还原煤超细粉混合，并配加添加剂充分混合均匀后，再配加粘结剂和水搅拌均匀(步骤S200)；将搅拌均匀后的混合物进行压球和烘干处理，制得球团(步骤S300)；将制得的球团在900℃-1000℃的惰性气体保护下还原并在惰性气体保护下冷却至室温(步骤S400)，得到金属化球团。
在上述方法中，钒钛磁铁矿的粒径在75μm以下、铁含量为45％-60％，还原煤的粒径在75μm以下、固定碳含量不低于90％。
在上述方法中，步骤2)中还原煤超细粉和钒钛磁铁矿超细粉按碳氧摩尔比(1-1.8):1进行混合，其中按碳氧摩尔比进行混合指的是分析钒钛磁铁矿中与铁结合的总氧摩尔数，以此为基础调整还原煤超细粉中的配碳比。
在上述方法中，配加添加剂的比例为钒钛磁铁矿质量的1％-10％。
在上述方法中，添加剂选自以下中的一种或多种：硼砂、Na2CO3、NaOH。
在上述方法中，配加粘结剂和水的比例分别为钒钛磁铁矿质量的2％-4％和1％-2％。
在上述方法中，粘结剂为淀粉溶液或聚乙烯醇。
在上述方法中，步骤3)中进行压球处理的压力为8MPa-12MPa。
在上述方法中，步骤3)中烘干处理的温度为100℃-150℃，烘干时间为60min-120min。
在上述方法中，步骤4)中还原的时间为60min-120min。
在上述方法中，步骤4)中的惰性气体为N2。
下面参照具体实施例，对本发明进行说明。
实施例1
参照图1，在步骤S100中，将钒钛磁铁矿(粒径75μm以下、铁含量45％)和还原煤(粒径75μm以下、固定碳含量90％)细磨至粒径在10μm以下的细粉占90％；然后进行到步骤S200，将还原煤超细粉和钒钛磁铁矿超细粉按照碳氧摩尔比1.2的比例进行混合，并添加按钒钛磁铁矿质量为3％的Na2CO3混合均匀后，再配加按钒钛磁铁矿质量为4％的淀粉溶液和1％的水搅拌均匀；接着在步骤S300中，在12MPa的压力下压球，在120℃下烘干120min制得球团，最后进行到步骤S400，将烘干的球团在950℃的N2保护下还原90min，并在N2保护下冷却至室温得到金属化球团。
采用本方法的检测结果如表1所示。由表1可知，采用上述技术方案的金属化率达到95.43％。
实施例2
参照图1，在步骤S100中，将钒钛磁铁矿(粒径75μm以下、铁含量50％)和还原煤(粒径75μm以下、固定碳含量92％)细磨至粒径在10μm以下的细粉占90％；然后进行到步骤S200，将还原煤超细粉和钒钛磁铁矿超细粉按照碳氧摩尔比1.2的比例进行混合，并添加按钒钛磁铁矿质量为5％的Na2CO3混合均匀后，再配加按钒钛磁铁矿质量为3％的淀粉溶液和1％的水搅拌均匀；接着在步骤S300中，在12MPa的压力下压球，在120℃下烘干120min制得球团，最后进行到步骤S400，将烘干的球团在950℃的N2保护下还原90min，并在N2保护下冷却至室温得到金属化球团。
采用本方法的检测结果如表1所示。由表1可知，采用上述技术方案的金属化率达到88.29％。
实施例3
参照图1，在步骤S100中，将钒钛磁铁矿(粒径75μm以下、铁含量60％)和还原煤(粒径75μm以下、固定碳含量95％)细磨至粒径在10μm以下的细粉占90％；然后进行到步骤S200，将还原煤超细粉和钒钛磁铁矿超细粉按照碳氧摩尔比1.2的比例进行混合，并添加按钒钛磁铁矿质量为5％的Na2CO3混合均匀后，再配加按钒钛磁铁矿质量为4％的聚乙烯醇和1.5％的水搅拌均匀；接着在步骤S300中，在12MPa的压力下压球，在120℃下烘干120min制得球团，最后进行到步骤S400，将烘干的球团在1000℃的N2保护下还原60min，并在N2保护下冷却至室温得到金属化球团。
采用本方法的检测结果如表1所示。由表1可知，采用上述技术方案的金属化率达到95.08％。
实施例4
参照图1，在步骤S100中，将钒钛磁铁矿(粒径75μm以下、铁含量50％)和还原煤(粒径75μm以下、固定碳含量99％)细磨至粒径在10μm以下的细粉占90％；然后进行到步骤S200，将还原煤超细粉和钒钛磁铁矿超细粉按照碳氧摩尔比1.8的比例进行混合，并添加按钒钛磁铁矿质量为5％的Na2CO3混合均匀后，再配加按钒钛磁铁矿质量为4％的聚乙烯醇和1％的水搅拌均匀；接着在步骤S300中，在12MPa的压力下压球，在120℃下烘干120min制得球团，最后进行到步骤S400，将烘干的球团在1000℃的N2保护下还原120min，并在N2保护下冷却至室温得到金属化球团。
采用本方法的检测结果如表1所示。由表1可知，采用上述技术方案的金属化率达到96.31％。
实施例5
参照图1，在步骤S100中，将钒钛磁铁矿(粒径75μm以下、铁含量60％)和还原煤(粒径75μm以下、固定碳含量90％)细磨至粒径在10μm以下的细粉占90％；然后进行到步骤S200，将还原煤超细粉和钒钛磁铁矿超细粉按照碳氧摩尔比1.8的比例进行混合，并添加按钒钛磁铁矿质量为3％的Na2CO3+2％硼砂混合均匀后，再配加按钒钛磁铁矿质量为3.5％的淀粉溶液和1.5％的水搅拌均匀；接着在步骤S300中，在12MPa的压力下压球，在120℃下烘干120min制得球团，最后进行到步骤S400，将烘干的球团在1000℃的N2保护下还原120min，并在N2保护下冷却至室温得到金属化球团。
采用本方法的检测结果如表1所示。由表1可知，采用上述技术方案的金属化率达到95.88％。
实施例6
参照图1，在步骤S100中，将钒钛磁铁矿(粒径75μm以下、铁含量48％)和还原煤(粒径75μm以下、固定碳含量98％)细磨至粒径在10μm以下的细粉占80％；然后进行到步骤S200，将还原煤超细粉和钒钛磁铁矿超细粉按照碳氧摩尔比1的比例进行混合，并添加按钒钛磁铁矿质量为10％的NaOH混合均匀后，再配加按钒钛磁铁矿质量为2.5％的聚乙烯醇和2％的水搅拌均匀；接着在步骤S300中，在10MPa的压力下压球，在150℃下烘干60min制得球团，最后进行到步骤S400，将烘干的球团在900℃的N2保护下还原120min，并在N2保护下冷却至室温得到金属化球团。
采用本方法的检测结果如表1所示。由表1可知，采用上述技术方案的金属化率达到89.56％。
实施例7
参照图1，在步骤S100中，将钒钛磁铁矿(粒径75μm以下、铁含量55％)和还原煤(粒径75μm以下、固定碳含量96％)细磨至粒径在10μm以下的细粉占85％；然后进行到步骤S200，将还原煤超细粉和钒钛磁铁矿超细粉按照碳氧摩尔比1.5的比例进行混合，并添加按钒钛磁铁矿质量为1％的硼砂混合均匀后，再配加按钒钛磁铁矿质量为3％的淀粉溶液和1.5％的水搅拌均匀；接着在步骤S300中，在8MPa的压力下压球，在100℃下烘干100min制得球团，最后进行到步骤S400，将烘干的球团在950℃的N2保护下还原90min，并在N2保护下冷却至室温得到金属化球团。
采用本方法的检测结果如表1所示。由表1可知，采用上述技术方案的金属化率达到92.36％。
表1不同示例方法得到的检测结果
序号 反应温度(℃) 金属化率(％)
实施例1 950 95.43
实施例2 950 88.29
实施例3 1000 95.08
实施例4 1000 96.31
实施例5 1000 95.88
实施例6 900 89.56
实施例7 950 92.36
从表1可以看出，本发明能够在不高于1000℃的反应温度下获得88％以上的金属化率，为铁钒钛的磁选分离和综合利用奠定坚实的基础，同时显著降低能耗。
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 (10)

1.一种钒钛磁铁矿的固态还原方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)将钒钛磁铁矿和还原煤分别充分磨矿成超细粉；
2)将步骤1)中得到的钒钛磁铁矿超细粉和还原煤超细粉混合，并配加添加剂充分混合均匀后，再配加粘结剂和水搅拌均匀；
3)将步骤2)中搅拌均匀后的混合物进行压球和烘干处理，制得球团；
4)将步骤3)中制得的球团在高温惰性气体保护下还原并在惰性气体保护下冷却至室温，得到金属化球团。
2.根据权利要求1所述的钒钛磁铁矿的固态还原方法，其特征在于，所述钒钛磁铁矿的粒径在75μm以下、铁含量为45％-60％，所述还原煤的粒径在75μm以下、固定碳含量不低于90％。
3.根据权利要求1所述的钒钛磁铁矿的固态还原方法，其特征在于，所述步骤2)中还原煤超细粉和钒钛磁铁矿超细粉按碳氧摩尔比(1-1.8)：1进行混合。
4.根据权利要求3所述的钒钛磁铁矿的固态还原方法，其特征在于，配加添加剂的质量百分比为钒钛磁铁矿质量的1％-10％。
5.根据权利要求4所述的钒钛磁铁矿的固态还原方法，其特征在于，所述添加剂选自以下中的一种或多种：硼砂、Na2CO3、NaOH。
6.根据权利要求3所述的钒钛磁铁矿的固态还原方法，其特征在于，配加粘结剂和水的质量百分比分别为钒钛磁铁矿质量的2％-4％和1％-2％。
7.根据权利要求1所述的钒钛磁铁矿的固态还原方法，其特征在于，所述步骤3)中进行压球处理的压力为8MPa-12MPa。
8.根据权利要求1所述的钒钛磁铁矿的固态还原方法，其特征在于，所述步骤3)中烘干处理的温度为100℃-150℃，烘干时间为60min-120min。
9.根据权利要求1所述的钒钛磁铁矿的固态还原方法，其特征在于，所述步骤4)中高温为900℃-1000℃。
10.根据权利要求1所述的钒钛磁铁矿的固态还原方法，其特征在于，所述步骤4)中的惰性气体为N2。
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