CN109295316A - 含钒钢渣中钒的回收工艺 - Google Patents

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Abstract

一种含钒钢渣中钒的回收工艺，属于冶金及固废综合利用技术领域。回收工艺包括：将回收原料进行预还原处理，得到预还原物料，回收原料包括含钒钢渣、铁质原料、改质剂以及第一碳源还原剂；将预还原物料与第二碳源还原剂进行熔炼，将熔渣和含钒铁水分离；将含钒铁水进行吹氧提钒，得到钒渣与提钒铁水。采用预还原工序对回收原料进行预还原处理后进行熔炼，可选的铁质原料采用钒钛磁铁矿精矿粉提高含钒量，可选的预还原工序之前进行球磨造球提供反应动力学条件，解决了含钒钢渣在火法回收工艺中回收成本高、收率低的技术问题，回收成本低、收率高。

Description

含钒钢渣中钒的回收工艺
技术领域
本发明涉及冶金及固废综合利用技术领域，具体而言，涉及一种含钒钢渣中钒的回收工艺。
背景技术
现有技术中，利用钒钛磁铁矿通过高炉冶炼提取钒的工艺中，含钒铁水提取钒渣之后的铁水中依然残留了少量的钒，在炼钢过程中，将产生约占钢产量7％左右的含钒钢渣，渣中以氧化态形式存在的钒含量约为1-2％。由于钒含量较低且以氧化态形式分散在渣中，较难深度利用。而由于含钒钢渣产量巨大，仅攀钢每年排出的含钒钢渣就约70万吨，含钒总资源量达7000-14000吨。
相关技术中，对含钒钢渣中钒元素的提取工艺中主要有湿法、火法和萃取法。在火法提取工艺中，通常存在生产成本高、收率较低且不稳定等问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种含钒钢渣中钒的回收工艺，解决了含钒钢渣在火法回收工艺中回收成本高、收率低的技术问题。
本发明的实施例是这样实现的：
本发明实施例提供一种含钒钢渣中钒的回收工艺，包括：
将回收原料进行预还原处理，得到预还原物料，回收原料包括含钒钢渣、铁质原料、改质剂以及第一碳源还原剂；
将预还原物料与第二碳源还原剂进行熔炼，将熔渣和含钒铁水分离；
将含钒铁水进行吹氧提钒，得到钒渣与提钒铁水。
上述技术方案中，采用预还原处理，回收原料中的第一碳源还原剂可以预先将含钒钢渣、铁质原料等物料中的铁氧化物进行先期还原，还原率可达90％。不仅可以大幅度地降低电热炉进行熔炼过程中单位产品的电耗，而且在电热炉功率同样的情况下，与未经预还原处理的炉料相比产量也能得到大幅度的提升。
预还原处理可以使用成本较低的煤粉或炭粉等，减少熔炼过程中焦丁等较高成本还原剂的使用，有利于进一步降低成本。同时，采用预还原处理，使预还原后的炉料以金属球团的形式在矿热炉内加热，不仅大幅度降低比重较轻的第二碳源还原剂的加入量，还能有效改善炉料的透气性，有利于矿热炉冶炼的热能利用，进一步地降低回收成本。
通过对矿热炉熔炼温度的控制，在该配料及工序条件下，炉料中将有95％的钒、铁进入铁水，使钒、铁都能得到有效回收，收率高，回收成本降低。通过矿热炉的熔炼，含钒钢渣中的活性氧化钙将与炉料中其它物质发生反应而消失，炉渣可用于建筑行业。
在一个具体的实施方案中，含钒钢渣中钒的回收工艺还包括：在预还原处理前，将回收原料进行研磨并造球。
上述技术方案中，将完成配料的回收原料经过研磨、造球，可有效地解决含钒钢渣与铁氧化物及铁元素的接触条件，提供对钒进行还原以及钒元素与铁元素结合形成共熔体的动力学条件，增加钒的收得率。
在一个具体的实施方案中，回收原料按质量百分比计包括含钒钢渣10-80％、铁质原料10-70％、改质剂1-6％以及第一碳源还原剂6-15％。
上述技术方案中，按照上述比例进行回收原料的配料，使预还原处理中还原程度高。通过对矿热炉熔炼温度的控制，能够有效提高熔炼过程中对铁和钒的提取回收率，对含钒铁水进行吹氧提钒、对提钒铁水处理后铸块，铁和钒的回收率均能够达到93％以上。
在一个具体的实施方案中，铁质原料为钒钛磁铁矿精矿粉。
上述技术方案中，采用钒钛磁铁矿精矿粉代替相关技术中常用的渣铁、铁粉等铁质原料，不仅增加了炉料可提钒总量，还可减少改质剂的用量，改质剂以及第一碳源还原剂可采用粉料，降低原料成本。
在一个具体的实施方案中，按回收原料的质量百分比计，改质剂包括硅质物质0-4％以及助熔剂1-2％。
上述技术方案中，硅质物料用于调节回收原料的碱度，助熔剂有利于降低熔炼过程中熔渣的黏度，改善体系的预还原处理及熔炼的环境。
在一个具体的实施方案中，第一碳源还原剂包括煤粉和炭粉中的一种或两种。
上述技术方案中，煤粉和炭粉采用粉料的形式，其本身的成本较低，同时能够保障预还原处理过程中的还原效率。
在一个具体的实施方案中，回收原料的预还原处理在回转窑或矿热炉内完成。
上述技术方案中，回收原料的预还原处理工艺灵活，直接在回转窑内进行预还原时能够减少矿热炉的电耗，在矿热炉中进行预还原时预还原之后无需转移原料可以直接加料进行下一步的熔炼工序。
在一个具体的实施方案中，预还原处理在回转窑中完成时，第一碳源还原剂还包括：补充碳源还原剂，补充碳源还原剂选自焦丁、兰炭和无烟煤中的一种或多种。
上述技术方案中，当采用回转窑进行预还原处理工序且配料阶段要求有较高的碳氧比时，回收原料中第一碳源还原剂中炭粉、煤粉的比例需要降低，通过补充上述各类块状的补充碳源还原剂，提高碳氧比，能够保证预还原处理的还原效率。
在一个具体的实施方案中，第二碳源还原剂的质量为回收原料的质量的2-5％。
上述技术方案中，由于按照上述的配方比例进行配料，预还原阶段的还原率可达90％，熔炼阶段只需添加上述少量的第二碳源还原剂即可进行充分还原，避免原料过量，成本控制好，同时避免过量的第二碳源还原剂增加电耗。
在一个具体的实施方案中，第二碳源还原剂为焦丁或兰炭丁。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明实施例的含钒钢渣中钒的回收工艺的工艺流程图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。
参见图1所示，下面对本发明实施例的含钒钢渣中钒的回收工艺进行具体说明。
本发明实施例提供一种含钒钢渣中钒的回收工艺，包括：将回收原料进行预还原处理，得到预还原物料，回收原料包括含钒钢渣、铁质原料、改质剂以及第一碳源还原剂；将预还原物料与第二碳源还原剂进行熔炼，将熔渣和含钒铁水分离；将含钒铁水进行吹氧提钒，得到钒渣与提钒铁水。
在一些具体的实施例中，铁质原料为钒钛磁铁矿精矿粉。在其他实施例中，铁质原料不作具体限定，可以是任何能提供铁元素的物料，例如渣铁、铁粉等。
可选的，回收原料中含钒钢渣以及铁质原料的质量百分比分别为10-80％，或20-60％，或30-50％，例如10％、15％、20％、25％、30％、35％、40％、45％、50％、55％、60％、65％、70％、75％、80％。
进一步地，回收原料中改质剂的质量百分比为1-6％，或2-5％，或3-4％，例如1％、2％、3％、4％、5％、6％、7％。
在一些具体的实施例中，改质剂包括硅质物质以及助熔剂。可选地，硅质物质为硅石，助熔剂为萤石。硅石能够有效调节回收原料的碱度，萤石对于降低熔渣的黏度的效果较佳，且硅石和萤石原料易得、成本较低。硅质物质为硅石时，回收原料中硅石的质量百分比为0-4％，或1-3％，例如0、1％、2％、3％、4％，硅石的用料可选的按照回收原料的一元碱度为1.5-2的标准进行配置。助熔剂为萤石时，回收原料中萤石的质量百分比为1-2％，例如1％、1.5％、2％，萤石的用量可选的按照钒钛磁铁矿精矿粉增加则增加的标准进行配置。在其他实施例中，硅质物质和助熔剂不作具体限定，硅质物质可以是任何能提供硅质的物料例如粉煤灰等，助熔剂可以是氧化钙、氧化铝等。
进一步地，回收原料中第一碳源还原剂的质量百分比为6-15％，或8-13％，或10-11％，例如6％、7％、8％、9％、10％、11％、12％、13％、14％、15％，第一碳源还原剂的用量可选的按照回收原料中碳氧比为0.9-1.1的标准进行配置。
在一些可选的实施例中，第一碳源还原剂包括煤粉和炭粉中的一种或两种。一些具体的实施例中，第一碳源还原剂可选地为煤粉一种物料、炭粉一种物料或煤粉和炭粉两种物料的混合粉料。在其他实施例中，第一碳源还原剂的种类不作具体限定，例如还可以包括兰炭、无烟煤、焦丁、煤焦油等，但成本会增高。
在一些具体的实施例中，在预还原处理前，将回收原料进行研磨并造球。研磨工序主要设备采用球磨机，按照物料原始粒度情况确定研磨时间，无需严格规定磨后粒度，水分加入量以满足造球要求即可。造球工序主要设备采用压球机，研磨后通过皮带机将球磨物料运输至造球机进行造球处理。
可选的，预还原处理之前将造球得到的球料进行烘干，烘干工序的主要设备采用圆筒烘干机。
在一些可选的实施例中，预还原工序主要设备采用回转窑。当加长回转窑入料前端的尺寸的情况下，造球得到的球料在回转窑较长的入料前端入料时能够实现烘干，此时可以无需单独采用圆筒烘干机进行烘干操作，节省工序。
在一些可选的实施例中，当采用回转窑进行预还原处理工序且对碳氧比要求较高时，回收原料中第一碳源还原剂中炭粉、煤粉的比例需要降低，补充各类块状的补充碳源还原剂。补充碳源还原剂选自焦丁、兰炭和无烟煤中的一种或多种，其可以选自其中的一种、任意两种或全部三种。加入回转窑时混入的补充碳源还原剂是指：该补充碳源还原剂无需进行研磨、造球，保持其块状的性状，直接在预还原处理工艺时与研磨、造球得到的料球混合加入回转窑进行预还原处理即可。
在一些具体的实施例中，熔炼工序的主要设备采用矿热炉，熔炼过程可采用连续加料间断出铁的连续生产方式生产，也可采用一次性加料后再冶炼出炉的不连续生产方式生产。熔炼工序目的是使预还原后的物料熔化，在高温、加炭的情况下，使炉料中的铁熔化、铁和钒的氧化物大部分被还原为金属进入铁水，同时使含钒铁水与熔渣因容重不同进行分离。
在其他实施例中，预还原工序也可以取消回转窑，将物料直接置入矿热炉中进行预还原处理，预还原之后继续在矿热炉中进行下一步的熔炼工序。
在一些具体的实施例中，熔炼工序中第二碳源还原剂的质量为回收原料的质量的2-5％，或3-4％，例如2％、3％、4％、5％。可选的，第二碳源还原剂为焦丁或兰炭丁，熔炼效果好且效果佳。在其他实施例中，第二碳源还原剂的种类不作具体限定，例如还可以石油焦，但其成本较高。
进一步地，经过一定时间熔炼的含钒铁水放入钢包，吹氧提钒，得到钒渣和提钒铁水，实现钒的提取回收。
在一些可选的实施例中，将熔炼完成后矿热炉上部的熔渣放入水渣池冷却后捞出，水冷炉渣破碎后的得到的碎石可作为建筑材料外销；冷却水循环使用，无外排废水。将提钒后的提钒铁水根据需要进行一定处理后铸块得到铸铁块外销。同时将烘干、预还原处理和熔炼工序中产生的烟气经布袋除尘达标排放，除尘灰全部被视为含钒钢渣进入配料。
上述实施例中，高品质钒渣、生铁块作为主要产品外销；水冷炉渣破碎后可直接外销给建筑企业当作碎石使用；除尘灰全部被视为含钒钢渣进入配料；烟气经布袋除尘达标排放。设备冷却水、炉渣冷却水循环使用，无外排废水。
可选的，作为一个示例，含钒钢渣中钒的回收工艺具体包括如下步骤：
a、配料：将含钒钢渣、钒钛磁铁矿精矿粉、硅石、萤石以及煤粉按比例混合，得到回收原料。
b、研磨：将工序a中得到的回收原料放入球磨机中进行研磨并调整水分至可造球。
c、造球：将工序b中得到的研磨物料通过压球机进行压球。
d、烘干：将工序c中得到的球状物料装入圆筒烘干机进行干燥。
e、预还原：将工序d得到的烘干物料加入回转窑内进行预还原处理。
f、熔炼：将工序e得到的预还原物料加入矿热炉中，同时配加一定量的焦丁进行熔炼。
g、提钒：经过一定时间熔炼，将工序f得到的含钒铁水放入钢包，吹氧提钒，得到钒渣与提钒铁水。
h、出渣：经过一定时间的熔炼，将工序f得到的矿热炉上部熔渣放入水渣池冷却后捞出外销。
i、铁水处理：经过工序g得到的提钒铁水进行处理后铸块外销。
以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。
实施例1-3
一种含钒钢渣中钒的回收工艺，包括：
a、配料，具体物料配比详见表1。
b、研磨：将工序a中得到的回收原料放入球磨机中进行研磨并调整水分至可造球。
c、造球：将工序b中得到的研磨物料通过压球机进行压球。
d、烘干：将工序c中得到的球状物料装入圆筒烘干机进行干燥。
e、预还原：将工序d得到的烘干物料加入回转窑内进行预还原处理。
f、熔炼：将工序e得到的预还原物料加入矿热炉中，同时配加一定量的焦丁进行熔炼，物料用量详见表1。
g、提钒：经过一定时间熔炼，将工序f得到的含钒铁水放入钢包，吹氧提钒，得到钒渣与提钒铁水。
h、出渣：经过一定时间的熔炼，将工序f得到的矿热炉上部熔渣放入水渣池冷却后捞出外销。
i、铁水处理：经过工序g得到的提钒铁水进行处理后铸块外销。
表1第一物料配方(干物质质量百分比/％)
实施例4-5
一种含钒钢渣中钒的回收工艺，与实施例1-3的回收工艺的不同之处在于：物料配比详见表2，取消了回转窑，工序e中预还原处理在矿热炉中进行。
表2第二物料配方(干物质质量百分比/％)
需要说明的是，表1和表2中干物质质量百分比是指以回收原料的干物质总质量为参比，各组分的干物质质量与回收原料的干物质总质量的比值。
对实施例1-5中提供的含钒钢渣中钒的回收工艺的收率参照相关冶金实例进行分析，在调整冶炼温度与冶炼时间的情况下，实施例1-5中对钒以及铁的回收率均能达到93％以上。
综上所述，本发明实施例的含钒钢渣中钒的回收工艺，采用预还原工序对回收原料进行预还原处理后进行熔炼，可选的铁质原料采用钒钛磁铁矿精矿粉提高含钒量，可选的预还原工序之前进行球磨造球提供反应动力学条件，解决了含钒钢渣在火法回收工艺中回收成本高、收率低的技术问题，回收成本低、收率高。
以上所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

Claims (10)

1.一种含钒钢渣中钒的回收工艺，其特征在于，包括：
将回收原料进行预还原处理，得到预还原物料，所述回收原料包括含钒钢渣、铁质原料、改质剂以及第一碳源还原剂；
将所述预还原物料与第二碳源还原剂进行熔炼，将熔渣和含钒铁水分离；
将含钒铁水进行吹氧提钒，得到钒渣与提钒铁水。
2.根据权利要求1所述的回收工艺，其特征在于，还包括：在预还原处理前，将所述回收原料进行研磨并造球。
3.根据权利要求1或2所述的回收工艺，其特征在于，所述回收原料按质量百分比计包括所述含钒钢渣10-80％、所述铁质原料10-70％、所述改质剂1-6％以及所述第一碳源还原剂6-15％。
4.根据权利要求3所述的回收工艺，其特征在于，所述铁质原料为钒钛磁铁矿精矿粉。
5.根据权利要求3所述的回收工艺，其特征在于，按所述回收原料的质量百分比计，所述改质剂包括硅质物质0-4％以及助熔剂1-2％。
6.根据权利要求3所述的回收工艺，其特征在于，所述第一碳源还原剂包括煤粉和炭粉中的一种或两种。
7.根据权利要求6所述的回收工艺，其特征在于，所述回收原料的预还原处理在回转窑或矿热炉内完成。
8.根据权利要求7所述的回收工艺，其特征在于，预还原处理在回转窑中完成时，所述第一碳源还原剂还包括加入回转窑时混入的补充碳源还原剂，所述补充碳源还原剂选自焦丁、兰炭和无烟煤中的一种或多种。
9.根据权利要求3所述的回收工艺，其特征在于，所述第二碳源还原剂的质量为所述回收原料的质量的2-5％。
10.根据权利要求9所述的回收工艺，其特征在于，所述第二碳源还原剂为焦丁或兰炭丁。
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