CN109943719B

CN109943719B - 以钒钛磁铁矿为原料同时制备钛渣和含钒生铁的方法

Info

Publication number: CN109943719B
Application number: CN201910319150.1A
Authority: CN
Inventors: 冉显俊
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2019-04-19
Filing date: 2019-04-19
Publication date: 2021-03-23
Anticipated expiration: 2039-04-19
Also published as: CN109943719A

Abstract

本发明公开了一种以钒钛磁铁矿为原料同时制备钛渣和含钒生铁的方法，属于电炉冶炼钛渣技术领域，包括以下步骤：向电炉中加入重量配比为1:0.17～0.40的钒钛磁铁矿和碳质还原剂进行还原，然后进行渣铁分离得到钛渣和含钒生铁。本发明通过控制碳质还原剂的用量，同时得到了合格的钛渣和含钒生铁，与传统的含钒生铁生产工艺相比，工艺流程短，成本大幅降低，无冶炼废渣排出，清洁环保；与传统的钛渣生产工艺相比，将钛渣中的钒大幅还原出来，提高了钛渣中钒的利用率。

Description

以钒钛磁铁矿为原料同时制备钛渣和含钒生铁的方法

技术领域

本发明属于电炉冶炼钛渣技术领域，具体涉及一种以钒钛磁铁矿为原料同时制备钛渣和含钒生铁的方法。

背景技术

钒(V)是一种过渡族金属元素，因其具有优良的强度、硬度及抗疲劳效应，被广泛地应用于钢铁、化工、航空等领域。大约84％的钒用于钢铁作为合金元素溶解到钢中形成VC和VN，从而提高钢的硬度、强度、韧性和抗磨损性能，其生产产品以钒铁为主。而钒资源作为一种世界上重要的稀缺资源，无单独可采的钒矿物，其在自然界中的分布很分散，主要伴生于硫钒矿、铅钒矿、钒云石、钒酸钾铀矿以及钒钛磁铁矿等矿物中，其中，世界上88％的钒是从钒钛磁铁矿中获得。

钒钛磁铁矿是钒、钛、铁共生并伴生有多种价值元素的共伴生矿资源，矿中钛、钒、铁为主要价值元素，并含有铬、硫、钴、镍、铜、锰、镓、钪以及铂族元素等多种有益组分，矿产资源不仅种类繁多，产地集中(96％集中于攀枝花、白马、红格、太和四大矿区)，而且赋存条件好，综合利用价值高。

目前，世界各国根据本国钒钛磁铁矿资源的特点，对钒钛磁铁矿的分选富集主要采用传统的破碎磨矿—弱磁选铁—浮选选钛工艺技术，有的只选铁而不选钛，铁精矿的品位为TFe≥54％；有的只选钛而不选铁，钛精矿的品位为TiO₂＞45％；而有的矿物(钒钛次铁精矿)因为矿相的原因，很难精选为钛精矿或铁精矿，一般将其作为炼铁配矿原料。由于各国矿石性质的不同，选矿获得的钒钛磁铁矿精矿物质组成也不相同，特别是主要有益元素钒、钛、铁含量的差异，形成了不同的利用途径，一是用作高炉炼铁的原料，回收铁和钒；二是用作回转窑直接还原的原料，后经电炉熔化还原回收铁和钒；三是精矿中TiO₂含量很高，用作电炉冶炼高钛渣的原料，主要目的是回收钛，铁作为副产品回收。无论是哪种用途，都没有实现钒钛磁铁矿中铁、钒、钛的同时高效回收利用，从而造成资源的浪费。

CN105112689A公开了一种钒钛磁铁矿提取钛的方法，在铁精矿电炉还原熔炼中加入钠或钾盐添加剂，得到铁水和含钛炉渣，其中：钒、铁经还原进入铁水，而在熔炼高温条件下，硅、铝杂质与钠或钾盐添加剂形成可溶于稀酸的钠的硅铝酸盐，并与钛及钙镁杂质留在含钛炉渣中；然后，针对含钛炉渣采用湿法冶金除杂方法进行提纯，获得含TiO₂＞75％的钛渣产品。上述方法中电炉还原后得到的钛渣是不合格的，还需要后续提纯才能获得合格的钛渣产品，工艺生产周期长，成本高。

CN102417944A公开了一种利用钒钛次铁精矿熔融钛还原冶炼酸溶性钛渣的方法，所述方法包括步骤：将钒钛次铁精矿与钛精矿混合，加入碳质还原剂和粘结剂，形成混合料；对所述混合料进行还原，然后进行渣铁分离处理，以得到半钢和钛渣；对经渣铁分离处理得到钛渣的表面进行喷水，以使钛渣的温度在降温过程中迅速跨越600℃～850℃温度区间，形成酸溶性钛渣。上述方法虽然增大了钒钛次铁精矿的利用空间，但是还是忽略了矿物中钒的提取，造成了钒的浪费。

发明内容

本发明的目的在于提供一种同时回收利用钒钛磁铁矿中铁、钒、钛的方法。

本发明提供了一种以钒钛磁铁矿为原料同时制备钛渣和含钒生铁的方法，包括以下步骤：向电炉中加入重量配比为1:0.17～0.40的钒钛磁铁矿和碳质还原剂进行还原，然后进行渣铁分离得到钛渣和含钒生铁。

其中，上述以钒钛磁铁矿为原料同时制备钛渣和含钒生铁的方法，所述碳质还原剂的加入方式是：先在空电炉中加入20～40Kg/吨矿的碳质还原剂；随后立即加入混匀的重量配比为1:0.12～0.15的钒钛磁铁矿和碳质还原剂开始还原；出炉前0.4～1小时加入30～60Kg/吨矿的碳质还原剂继续还原。

其中，上述以钒钛磁铁矿为原料同时制备钛渣和含钒生铁的方法，所述钒钛磁铁矿为铁精矿、钛精矿、钒钛次铁精矿。

其中，上述以钒钛磁铁矿为原料同时制备钛渣和含钒生铁的方法，所述铁精矿中TFe为54～56wt％，TiO₂为8～12wt％，V₂O₅为0.3～1.0wt％；所述钛精矿中TFe为30～38wt％，TiO₂为46～50wt％，V₂O₅为0.3～1.0wt％；所述钒钛次铁精矿中TFe为27～50wt％，TiO₂为12～38wt％，V₂O₅为0.2～2.0wt％。

其中，上述以钒钛磁铁矿为原料同时制备钛渣和含钒生铁的方法，所述碳质还原剂中固定碳为80～93wt％。

其中，上述以钒钛磁铁矿为原料同时制备钛渣和含钒生铁的方法，所述碳质还原剂为焦粒、焦粉、碳粉或煤粉。

其中，上述以钒钛磁铁矿为原料同时制备钛渣和含钒生铁的方法，所述电炉变压器的功率为1250～33000kVA，电压为80～180V。

其中，上述以钒钛磁铁矿为原料同时制备钛渣和含钒生铁的方法，所述还原的总时间为2～3小时；所述钛渣在出炉后应立即喷水使其迅速降温至850℃以下。

其中，上述以钒钛磁铁矿为原料同时制备钛渣和含钒生铁的方法，所述出炉前0.4～1小时碳质还原剂的加入方式是分2～3次加入，每次的加入量为10～20Kg/吨矿。

其中，上述以钒钛磁铁矿为原料同时制备钛渣和含钒生铁的方法，所述钛渣中TiO₂≥73wt％；所述含钒生铁中V₂O₅≥0.20wt％，优选的，所述含钒生铁中V₂O₅的量为0.20～2.0wt％。

本发明的有益效果是：

本发明通过控制碳质还原剂的用量，同时得到了合格的钛渣和含钒生铁，与传统的含钒生铁生产工艺相比，工艺流程短，成本大幅降低，无冶炼废渣排出，清洁环保；与传统的钛渣生产工艺相比，将钛渣中的钒大幅还原出来，提高了钛渣中钒的利用率。进一步地，本发明通过分批加入碳质还原剂可以保护电炉，同时降低碳质还原剂的用量，降低成本。本发明还可用钒钛次铁精矿作为原料生产钛渣，降低了钛渣生产所用原料的要求，同时节约成本。本发明还可以用过控制电炉变压器的电压，缩短整个反应的时间，进一步的节约成本。

具体实施方式

具体的，一种以钒钛磁铁矿为原料同时制备钛渣和含钒生铁的方法，包括以下步骤：向电炉中加入重量配比为1:0.17～0.4的钒钛磁铁矿和碳质还原剂进行还原，然后进行渣铁分离得到钛渣和含钒生铁。

本发明的发明人通过大量的试验发现，只有在本发明的碳质还原剂的用量下，才能够同时得到合格的钛渣和含钒生铁，如果碳质还原剂的用量不够，得不到合格的含钒生铁，如果碳质还原剂的用量太多，得到的钛渣不合格。

如果一次性加入碳质还原剂，部分碳质还原剂会直接变成CO₂，并不能参与还原反应，造成碳质还原剂的浪费。因此，为了降低碳质还原剂的用量，降低成本，本发明的碳质还原剂采用分批的方式加入，具体为：先在空电炉中加入20～40Kg/吨矿的碳质还原剂；随后立即加入混匀的重量配比为1:0.12～0.15的钒钛磁铁矿和碳质还原剂开始还原；出炉前0.4～1小时加入30～60Kg/吨矿的碳质还原剂继续还原。

本发明方法中，钒钛磁铁矿具体可以为铁精矿、钛精矿、钒钛次铁精矿，以钒钛次铁精矿为原料生产钛渣时，可以大幅度的降低原料成本，同时提高钒钛次铁精矿的利用率。

碳质还原剂中固定碳的含量越高，杂质含量越少，还原性能越好；固定碳含量越低，杂质含量越高，将会影响最终钛渣的品位。因此，本发明方法中，碳质还原剂中的固定碳为80～93wt％。

具体的，碳质还原剂为焦粒、焦粉、碳粉或煤粉，其中，焦粒的粒径为3～6mm，焦粉的粒径为5mm以下。

本发明通过控制电炉变压器的功率以及电压可以缩短反应时间，节约成本。由于不同电炉变压器的功率不同，则对应的电压不同，本发明技术领域中，电炉变压器的功率可以为1250～33000kVA，对应的电压则为80～180V。实际操作过程中，如果电炉变压器的功率不在本发明的范围内，可以根据实际情况调节相应的电压，只要能够缩短反应时间即可。

本发明中，钛渣出炉后应立即喷水使其迅速降温至850℃以下，以减少金红石的产生。

为了尽可能多的将钒还原，所以出炉前补加碳质还原剂。为了使补加的碳质还原剂均参与还原反应，所以将其分批加入，分批的次数根据实际情况决定，每次的加入量为10～20Kg/吨矿。

下面结合实施例对本发明的具体实施方式做进一步的描述，并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。

实施例1

先在钛渣电炉空炉中，加入垫底焦粉20kg/吨矿；再将购得的钒钛次铁精矿，与焦粉按1:0.13的重量比，充分搅拌均匀后投入到钛渣电炉中；调整电炉变压器(功率为3200kVA)二次输出电压至最低档135V；通电后一次电流由80A缓慢增加到180A，一直到3小时后出炉；在出炉前1小时及半小时，分两次加入焦粉各15kg/吨矿；出炉后的炉料分离后，得到钛渣和含钒生铁；出炉后的钛渣迅速喷水降温至850℃以下，尽量少产生金红石。

从上表中可看出，钛渣品位合格，生铁含钒达0.78％，达到含钒生铁FO₅要求。

实施例2

先在钛渣电炉空炉中，加入垫底焦粉20kg/吨矿；再将购得的钒钛次铁精矿，与焦粉按1：0.14的重量比，充分搅拌均匀后投入到钛渣电炉中；调整电炉变压器(功率为3200kVA)二次输出电压至最低档135V；通电后一次电流由80A缓慢增加到180A，一直到3小时后出炉；在出炉前1小时及半小时，分两次加入焦粉各15kg/吨矿；出炉后的炉料分离后，得到钛渣和含钒生铁；出炉后的钛渣迅速喷水降温至850℃以下。

从上表可看出，钛渣品位合格，生铁含钒0.21％，达到含钒生铁FO₂要求。

对比例1

将购得的钛精矿与焦粉按1:0.15的重量比，充分搅拌均匀后投入钛渣电炉中，通电(电炉变压器功率为3200kVA，二次输出电压为155V)后一次电流由80A缓慢增加至180A，一直到2小时后出炉。出炉后的炉料分离后，得到钛渣和生铁(半钢)。出炉后的钛渣迅速喷水降温至850℃以下。

从上表数据可看出，钛渣品位合格，但生铁达不到含钒生铁要求。

对比例2

将购得的钒钛次铁精矿与焦粉按1:0.15的重量比，充分搅拌均匀后投入钛渣电炉中，通电(电炉变压器功率为3200kVA，二次输出电压为155V)后一次电流由80A缓慢增加至180A，一直到2小时后出炉。出炉后的炉料分离后，得到钛渣和生铁(半钢)。出炉后的钛渣迅速喷水降温至850℃以下。

从上表数据可看出，钛渣品位不合格，生铁也达不到含钒生铁要求。

Claims

1.以钒钛磁铁矿为原料同时制备钛渣和含钒生铁的方法，其特征在于，包括以下步骤：向电炉中加入重量配比为1:0.17～0.19的钒钛磁铁矿和碳质还原剂进行还原，然后进行渣铁分离得到钛渣和含钒生铁；

所述钒钛磁铁矿为钒钛次铁精矿；

所述钛渣中TiO₂≥78wt％；所述含钒生铁中V≥0.20wt％；

所述钒钛次铁精矿中TFe为34.6～50wt％，TiO₂为38wt％，V₂O₅为0.2～2.0wt％；

所述碳质还原剂中固定碳的含量为80-83.4％；

所述电炉变压器的功率为1250～33000kVA，电压为80～180V；

所述还原的时间为2～3小时；

所述碳质还原剂的加入方式是先在空电炉中加入20～40Kg/吨矿的碳质还原剂；随后立即加入混匀的重量配比为1:0.12～0.15的钒钛磁铁矿和碳质还原剂开始还原；出炉前0.4～1小时加入30～60Kg/吨矿的碳质还原剂继续还原。

2.根据权利要求1所述以钒钛磁铁矿为原料同时制备钛渣和含钒生铁的方法，其特征在于：所述碳质还原剂为焦粒、焦粉、碳粉或煤粉。

3.根据权利要求1所述以钒钛磁铁矿为原料同时制备钛渣和含钒生铁的方法，其特征在于：所述钛渣在出炉后应立即喷水使其迅速降温至850℃以下。

4.根据权利要求1所述以钒钛磁铁矿为原料同时制备钛渣和含钒生铁的方法，其特征在于：所述出炉前0.4～1小时碳质还原剂的加入方式是分2～3次加入，每次的加入量为10～20Kg/吨矿。

5.根据权利要求1所述以钒钛磁铁矿为原料同时制备钛渣和含钒生铁的方法，其特征在于：所述含钒生铁中V的量为0.20～2.0wt％。