CN111394588A - 处理提钒尾渣直接产出铁钒铬合金的方法及装置 - Google Patents

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CN111394588A CN202010399474.3A CN202010399474A CN111394588A CN 111394588 A CN111394588 A CN 111394588A CN 202010399474 A CN202010399474 A CN 202010399474A CN 111394588 A CN111394588 A CN 111394588A
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Abstract

本发明公开了一种处理提钒尾渣直接产出铁钒铬合金的方法及装置。其中，该方法包括以下步骤：将提钒尾渣、还原剂和添加剂送入射流熔炼炉，将富氧空气和燃料喷入射流熔炼炉的熔池中进行熔炼；在射流熔炼炉熔化的物料送入矿热炉中，加入还原剂进行深度还原熔融分离，得到铁钒铬合金和尾渣。应用本发明的技术方案，采用射流熔炼和矿热炉结合的方法处理提钒尾渣，直接产出铁钒铬合金，充分利用煤粉、天然气、重油、高炉煤气等资源实现物料的高效熔化，熔化完成后进入矿热炉进行深度还原熔融分离，产出尾渣和铁钒铬合金，操作简便，成本低。

Description

处理提钒尾渣直接产出铁钒铬合金的方法及装置
技术领域
本发明涉及冶金技术领域，具体而言，涉及一种处理提钒尾渣直接产出铁钒铬合金的方法及装置。
背景技术
目前，国内外钒钛磁铁矿储量巨大，钒作为一种有色金属广泛的用于化工、冶金、医疗以及航空航天等领域。我国的钒钛磁铁矿冶炼主要为高炉冶炼，产出的含钒铁水在经炼钢、提钒后即为提钒尾渣，我国每年产出约40万吨左右的提钒尾渣，其中含有的铁、铬、钒等有价金属尚未得以充分有效利用。
通常，提钒尾渣中V2O5含量约1.5％～3.5％，Cr2O3含量约1.5％～4％，铁含量约30％～40％，具有较高的回收利用价值。
有文献资料提到可将提钒尾渣用于水泥原料、生产墙体砖、黏土砖、瓷砖坯料等，但如此利用会造成其中有价金属元素的浪费。基于此，CN201210331163.9提出先将提钒尾渣细磨至一定粒度后，混合还原剂、添加剂在较低温度下预焙烧还原，再升温冶炼铁钒铬合金，该技术存在工艺流程长、投资大的问题；CN201010207295.1提出采用提钒尾渣混合还原剂、添加剂后先进行直接还原再开展熔融还原的方法冶炼，这种方法电耗高，冶炼成本高；采用湿法处理工艺处理提钒尾渣，主要通过浸出、洗涤等多道工艺回收其中锌资源，湿法处理工艺工艺流程长，产出大量浸出液难以处理。
发明内容
本发明旨在提供一种处理提钒尾渣直接产出铁钒铬合金的方法及装置，以解决现有技术中处理提钒尾渣工艺成本高或流程长的技术问题。
为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种处理提钒尾渣直接产出铁钒铬合金的方法。该方法包括以下步骤：将提钒尾渣、还原剂和添加剂送入射流熔炼炉，将富氧空气和燃料喷入射流熔炼炉的熔池中进行熔炼；在射流熔炼炉熔化的物料送入矿热炉中，加入还原剂进行深度还原熔融分离，得到铁钒铬合金和尾渣。
进一步地，在射流熔炼炉熔化的物料经溜槽或渣包转运送入矿热炉中。
进一步地，还原剂为选自由无烟煤、烟煤、褐煤、天然气、碳粉和焦炭组成的组中的一种或多种。
进一步地，射流熔炼炉和矿热炉所需还原剂中C为提钒尾渣中还原有价金属所需C的1.2～1.5倍；优选的，射流熔炼炉中加入的还原剂为总还原剂量的1～15％。
进一步地，提钒尾渣、还原剂和添加剂的水含量＜8％；还原剂和添加剂粒度＜30mm。
进一步地，富氧空气的氧气浓度为50％～99.5％；优选的，燃料为煤粉、天然气、高炉煤气、柴油、汽油或重油；优选的，射流熔炼炉采用1～20根侧吹喷枪和/或1～10根顶吹喷枪。
进一步地，射流熔炼炉的射流熔炼区温度为1350℃～1550℃。
进一步地，矿热炉中熔渣温度为1500℃～1680℃，底部铁钒铬合金温度为1400℃～1550℃，矿热炉中冶炼时间为0.3～3小时。
进一步地，方法还包括控制射流熔炼炉中三元碱度CaO、MgO、SiO2为0.9～1.2；或当提钒尾渣产出过程有钠化焙烧时，控制射流熔炼炉中四元碱度CaO、MgO、Na2O、SiO2为0.9～1.2。
进一步地，添加剂为石灰石、白云石和石灰中的一种或多种。
根据本发明的另一个方面，提供一种处理提钒尾渣直接产出铁钒铬合金的装置。该装置包括：射流熔炼炉，设置有用于提钒尾渣、还原剂和添加剂加入的原料入口、富氧空气喷枪、燃料喷枪和物料出口；矿热炉，设置有物料入口，物料入口与射流熔炼炉的物料出口相连通、还原剂加入口、放渣口及放合金出口。
进一步地，矿热炉的物料入口与射流熔炼炉的物料出口通过溜槽或渣包转装置连通。
进一步地，射流熔炼炉的原料入口和/或矿热炉的还原剂加入口处设置有皮带送料装置。
进一步地，射流熔炼炉的富氧空气喷枪和燃料喷枪为1～20根侧吹喷枪和/或1～10根顶吹喷枪。
进一步地，射流熔炼炉还设置有射流熔炼区及射流熔炼区出烟口，矿热炉还设置电热深度还原区及电热深度还原区出烟口。
进一步地，处理提钒尾渣直接产出铁钒铬合金的装置还包括余热回收装置，余热回收装置与射流熔炼炉的射流熔炼区出烟口和矿热炉的电热深度还原区出烟口连通。
进一步地，处理提钒尾渣直接产出铁钒铬合金的装置还包括收尘器，收尘器设置在余热回收装置下游，与余热回收装置连通。
进一步地，收尘器设置有烟气出口和烟尘出口，烟尘出口与射流熔炼炉的原料入口相连通。
应用本发明的技术方案，采用射流熔炼和矿热炉结合的方法处理提钒尾渣，直接产出铁钒铬合金，充分利用煤粉、天然气、重油、高炉煤气等资源实现物料的高效熔化，熔化完成后进入矿热炉进行深度还原熔融分离，产出尾渣和铁钒铬合金，操作简便，成本低。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1示出了根据本发明一实施例的处理提钒尾渣直接产出铁钒铬合金的流程示意图；以及
图2示出了本发明一实施例的处理提钒尾渣直接产出铁钒铬合金的装置；
其中，上述附图包括以下附图标记：
射流熔炼炉10，矿热炉20，射流熔炼区出烟口11，顶吹喷枪12，原料入口13，侧吹喷枪14，射流熔炼区15，还原剂加入口21，电极22，电热深度还原区出烟口23，电热深度还原区24，放渣口25，放合金出口26，溜槽27。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
针对现有技术中处理提钒尾渣工艺成本高或流程长的技术问题，本发明提出了下列技术方案，采用射流熔炼和矿热炉结合的方法处理提钒尾渣，旨在高效低成本处理提钒尾渣，直接产出铁钒铬合金。
根据本发明一种典型的实施方式，提供一种处理提钒尾渣直接产出铁钒铬合金的方法。该方法包括以下步骤：将提钒尾渣、还原剂和添加剂送入射流熔炼炉，将富氧空气和燃料喷入射流熔炼炉的熔池中进行熔炼；在射流熔炼炉熔化的物料送入矿热炉中，加入还原剂进行深度还原熔融分离，得到铁钒铬合金和尾渣。
应用本发明的技术方案，采用射流熔炼和矿热炉结合的方法处理提钒尾渣，直接产出铁钒铬合金，充分利用煤粉、天然气、重油、高炉煤气等资源实现物料的高效熔化，熔化完成后进入矿热炉进行深度还原熔融分离，产出尾渣和铁钒铬合金，操作简便，成本低。
典型的，在射流熔炼炉熔化的物料经溜槽或渣包转运送入矿热炉中，对应的可以采用连续冶炼和阶段冶炼两种方式，方便生产操作。
在本发明一典型的实施例中，参见图1，处理提钒尾渣直接产出铁钒铬合金的方法包括以下步骤：
(1)将提钒尾渣、还原剂和添加剂通过皮带运输直接入炉；还原剂为煤、木屑、沥青等，要求入炉原料水分不高于8％，还原剂和添加剂粒度不大于30mm，其中射流熔炼炉和矿热炉所需还原剂中C为提钒尾渣中还原铁、铬、钒等有价金属所需C的1.2～1.5倍；
(2)物料根据配料计算通过皮带加入射流熔炼炉，在射流熔炼炉中完成物料升温、熔化，控制此区域加入还原剂量不超过总加入还原剂量的15％；添加剂可为石灰石、白云石、石灰等，通过控制熔炼渣渣型调整添加剂配比，其中渣中CaO、MgO、SiO2三元碱度比0.9～1.2(如提钒尾渣产出过程有钠化焙烧则控制四元碱度CaO、MgO、Na2O、SiO2为0.9～1.2)；射流熔炼炉熔池温度1350～1550℃
(3)射流熔炼炉的喷枪口浸没于熔化的物料熔池中，喷枪设置方式可为侧吹、顶吹两种方式，冶炼所需富氧空气和燃料通过喷枪直接喷入熔池内部，燃料可为煤粉、煤气、天然气、汽油、重油、柴油等燃料中的一种或多种，采用富氧或纯氧操作，氧气浓度65％～99.5％；
(4)熔体从射流熔炼炉中经溜槽或渣包转运至矿热炉中，在矿热炉采用电极供热，可通过炉顶加料口皮带加料、喷吹、喂入碳粉线三种方式将还原剂加入炉内补充还原剂进行深度还原熔融分离，电热深度还原剂保温沉降时间0.3～3h，矿热炉熔池温度1500℃～1680℃。
(5)提钒尾渣和添加剂在射流熔炼炉完成熔化造渣和铁钒铬的初还原，转运至矿热电炉中进行深度还原熔炼得到尾渣和铁钒铬合金，铁钒铬合金可用于特钢冶炼或进一步提钒，尾渣可用于建材生产。
射流熔炼炉和矿热炉冶炼产生的烟气及挥发出的烟尘进入余热锅炉上升烟道，上升烟道出口温度约1450℃～1650℃，经过余热锅炉、收尘器收尘、烟气处理后达标排放，烟尘返回射流熔炼炉进行冶炼。
本发明利用廉价的煤、天然气、高炉煤气等燃料，采用富氧射流技术实现物料的升温熔化，熔化物料转运至矿热炉中利用电极供热，进一步升温深度还原熔融分离，综合回收提钒尾渣中的铁钒铬有价金属并产出铁钒铬合金及尾渣。其中，在射流熔炼炉中仅仅为物料的升温熔化造渣，主要还原及熔融分离在矿热炉中进行。
根据本发明一种典型的实施方式，上述处理提钒尾渣直接产出铁钒铬合金的方法采用下述处理提钒尾渣直接产出铁钒铬合金的装置进行。该装置参见图2，包括射流熔炼炉10和矿热炉20，其中，射流熔炼炉10设置有用于提钒尾渣、还原剂和添加剂加入的原料入口13、富氧空气喷枪、燃料喷枪和物料出口；矿热炉20设置有物料入口，物料入口与射流熔炼炉的物料出口相连通、还原剂加入口21、放渣口25及放合金出口26。
应用本发明的装置，采用射流熔炼和矿热炉结合的方法处理提钒尾渣，直接产出铁钒铬合金，可充分利用煤粉、天然气、重油、高炉煤气等资源实现物料的高效熔化，熔化完成后进入矿热炉进行深度还原熔融分离，产出尾渣和铁钒铬合金，操作简便，成本低。
典型的，在射流熔炼炉熔化的物料经溜槽27或渣包转运送入矿热炉中，对应的可以采用连续冶炼和阶段冶炼两种方式，方便生产操作。在本发明一典型的实施例中，射流熔炼炉的原料入口13和/或矿热炉的还原剂加入口21处设置有皮带送料装置，射流熔炼炉的富氧空气喷枪和燃料喷枪为1～20根侧吹喷枪14和/或1～10根顶吹喷枪10。射流熔炼炉还设置有射流熔炼区及射流熔炼区出烟口11，矿热炉还设置电热深度还原区及电热深度还原区出烟口23。
根据本发明一种典型的实施方式，处理提钒尾渣直接产出铁钒铬合金的装置还包括余热回收装置，余热回收装置与射流熔炼炉的射流熔炼区出烟口和矿热炉的电热深度还原区出烟口连通，以便于烟气余热的回收利用。处理提钒尾渣直接产出铁钒铬合金的装置还包括收尘器，收尘器设置在余热回收装置下游，与余热回收装置连通，能够起到烟尘处理的作用，做到环保。优选的，收尘器设置有烟气出口和烟尘出口，烟尘出口与射流熔炼炉的原料入口相连通，充分做到资源有效利用。
下面将结合实施例进一步说明本发明的有益效果。
实施例1
主体工艺流程：采用射流熔炼和矿热炉结合的方法处理提钒尾渣，将提钒尾渣、添加剂、还原剂按照配比(提钒尾渣、添加剂中的(CaO+MgO)/SiO2，控制比例为0.9)加入到射流熔炼炉，其中要求入炉原料水分不高于8％，还原剂和添加剂粒度不大于30mm，通过炉顶加料机加入。
提钒尾渣中V2O5含量约1.5％，Cr2O3含量约1.5％，铁含量约40％，射流熔炼区采用20根侧吹喷枪的方式，将富氧空气、燃料喷入熔池中，侧吹喷枪口位于熔池中；富氧空气氧浓50％，燃料可为煤粉、天然气、柴油、汽油、重油等。如果仅为顶吹喷枪熔池高度不高于500mm。射流熔炼炉温度1350℃。
在射流熔炼炉中完成熔化后，经溜槽或渣包转运至矿热炉中开展深还原熔融分离，矿热炉采用电极加热，冶炼温度为1500℃，矿热炉中冶炼时间3h。矿热炉冶炼过程中需加入大部分还原剂，该部分还原剂不低于总需还原剂的90％，通过高温深度还原熔融分离冶炼得到尾渣和铁钒铬合金。
该部分还原剂的加入方式为喷吹(氮气输入)；如果为喷吹送入还原剂，则须采用浓相输送，既固气比为20kg/m3。
产出：烟气和烟尘通过余热锅炉、收尘、烟气处理系统后达标排放，烟尘返回原料系统；铁钒铬合金由矿热炉底铁口放出用于炼钢；炉渣为火法炉渣，炉渣中铁含量降至0.52％，钒含量降至0.13％，铬含量降至0.16％；其可用于作为建材原料。
铁钒铬合金钒含量1.79％、铬含量2.26％，铁含量92％。
实施例2
主体工艺流程：采用射流熔炼和矿热炉结合的方法处理提钒尾渣，将提钒尾渣、添加剂、还原剂按照配比(提钒尾渣、添加剂中的(CaO+MgO)/SiO2，控制比例为1.2)加入到射流熔炼炉，其中要求入炉原料水分不高于8％，还原剂和添加剂粒度不大于30mm，通过炉顶加料机加入。
提钒尾渣中V2O5含量约3.5％，Cr2O3含量约4％，铁含量约35％，射流熔炼区采用10根顶吹喷枪或顶侧吹结合的方式，将富氧空气、燃料喷入熔池中，侧吹喷枪口位于熔池中，顶吹喷枪位于熔池表面上部；富氧空气氧浓99.5％，燃料可为煤粉、天然气、柴油、汽油、重油等。如果仅为顶吹喷枪熔池高度不高于500mm。射流熔炼炉温度1550℃。
在射流熔炼炉中完成熔化后，经溜槽或渣包转运至矿热炉中开展深还原熔融分离，矿热炉采用电极加热，冶炼温度为1680℃，矿热炉中冶炼时间3h。矿热炉冶炼过程中需加入大部分还原剂，该部分还原剂不低于总需还原剂的90％，通过高温深度还原熔融分离冶炼得到尾渣和铁钒铬合金。
该部分还原剂的加入方式为炉顶加料口加入；如果为喷吹送入还原剂，则须采用浓相输送，既固气比为30kg/m3。
产出：烟气和烟尘通过余热锅炉、收尘、烟气处理系统后达标排放，烟尘返回原料系统；铁钒铬合金由矿热炉底铁口放出用于炼钢；炉渣为火法炉渣，炉渣中铁含量降至0.45％，钒含量降至0.11％，铬含量降至0.13％；其可用于作为建材原料。
铁钒铬合金钒含量4.41％、铬含量6.36％，铁含量83％。
实施例3
主体工艺流程：采用射流熔炼和矿热炉结合的方法处理提钒尾渣，将提钒尾渣、添加剂、还原剂按照配比(提钒尾渣、添加剂中的(CaO+MgO)/SiO2，控制比例为1.0)加入到射流熔炼炉，其中要求入炉原料水分不高于8％，还原剂和添加剂粒度不大于30mm，通过炉顶加料机加入。
提钒尾渣中V2O5含量约2.5％，Cr2O3含量约3.4％，铁含量约30％，射流熔炼区采用10根侧吹喷枪、6根顶吹喷枪结合的方式，将富氧空气、燃料喷入熔池中，侧吹喷枪口位于熔池中，顶吹喷枪位于熔池表面上部；富氧空气氧浓80.5％，燃料可为煤粉、天然气、柴油、汽油、重油等。如果仅为顶吹喷枪熔池高度不高于500mm。射流熔炼炉温度1480℃。
在射流熔炼炉中完成熔化后，经溜槽或渣包转运至矿热炉中开展深还原熔融分离，矿热炉采用电极加热，冶炼温度为1580℃，矿热炉中冶炼时间2h。矿热炉冶炼过程中需加入大部分还原剂，该部分还原剂不低于总需还原剂的90％，通过高温深度还原熔融分离冶炼得到尾渣和铁钒铬合金。
该部分还原剂的加入方式为喂线(喂入铁皮包裹的碳粉、煤粉线)；如果为喷吹送入还原剂，则须采用浓相输送，既固气比为28kg/m3。
产出：烟气和烟尘通过余热锅炉、收尘、烟气处理系统后达标排放，烟尘返回原料系统；铁钒铬合金由矿热炉底铁口放出用于炼钢；炉渣为火法炉渣，炉渣中铁含量降至0.82％，钒含量降至0.21％，铬含量降至0.19％；其可用于作为建材原料。
铁钒铬合金钒含量4.2％、铬含量6.18％，铁含量83％。
实施例4
按照实施例1的方法，不同之处在于，年处理能力10万吨的冶炼系统，还原剂选无烟煤，冶炼渣CaO、MgO、SiO2三元碱度1.0，还原剂粒度＜20mm、添加剂粒度＜10mm，在射流熔炼炉中加入提钒尾渣、所需100％的添加剂和所需10％的还原剂，熔炼温度1450℃，采用侧部10根喷枪喷吹熔炼，喷枪口位于熔池中，熔池高度500mm，喷枪口距离炉底300mm。
物料熔化后由射流熔炼炉放料口排出经溜槽流入矿热炉，通过炉顶加料口加入所需还原剂剩余的90％，冶炼温度1580℃，冶炼时间1.5h。实现矿热炉渣中铁含量降至0.5％以下，钒含量降至0.12％，铬含量降至0.11％。
实现矿热炉渣中铁含量降至0.73％，钒含量降至0.22％，铬含量降至0.19％。
铁钒铬合金钒含量1.62％、铬含量1.93％。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，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 (18)

1.一种处理提钒尾渣直接产出铁钒铬合金的方法，其特征在于，包括以下步骤：
将提钒尾渣、还原剂和添加剂送入射流熔炼炉，将富氧空气和燃料喷入所述射流熔炼炉的熔池中进行熔炼；
在所述射流熔炼炉熔化的物料送入矿热炉中，加入还原剂进行深度还原熔融分离，得到铁钒铬合金和尾渣。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述射流熔炼炉熔化的物料经溜槽或渣包转运送入矿热炉中。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述还原剂为选自由无烟煤、烟煤、褐煤、天然气、碳粉和焦炭组成的组中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述射流熔炼炉和所述矿热炉所需还原剂中C为所述提钒尾渣中还原有价金属所需C的1.2～1.5倍；
优选的，所述射流熔炼炉中加入的还原剂为总还原剂量的1～15％。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述提钒尾渣、所述还原剂和所述添加剂的水含量＜8％；所述还原剂和所述添加剂粒度＜30mm。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述富氧空气的氧气浓度为50％～99.5％；
优选的，所述燃料为煤粉、天然气、高炉煤气、柴油、汽油或重油；
优选的，所述射流熔炼炉采用1～20根侧吹喷枪和/或1～10根顶吹喷枪。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述射流熔炼炉的射流熔炼区温度为1350℃～1550℃。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述矿热炉中熔渣温度为1500℃～1680℃，底部铁钒铬合金温度为1400℃～1550℃，所述矿热炉中冶炼时间为0.3～3小时。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括控制所述射流熔炼炉中三元碱度CaO、MgO、SiO2为0.9～1.2；或当所述提钒尾渣产出过程有钠化焙烧时，控制所述射流熔炼炉中四元碱度CaO、MgO、Na2O、SiO2为0.9～1.2。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述添加剂为石灰石、白云石和石灰中的一种或多种。
11.一种处理提钒尾渣直接产出铁钒铬合金的装置，其特征在于，包括：
射流熔炼炉，设置有用于提钒尾渣、还原剂和添加剂加入的原料入口、富氧空气喷枪、燃料喷枪和物料出口；
矿热炉，设置有物料入口，所述物料入口与所述射流熔炼炉的物料出口相连通、还原剂加入口、放渣口及放合金出口。
12.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，所述矿热炉的物料入口与所述射流熔炼炉的物料出口通过溜槽或渣包转装置连通。
13.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，所述射流熔炼炉的原料入口和/或所述矿热炉的还原剂加入口处设置有皮带送料装置。
14.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，所述射流熔炼炉的富氧空气喷枪和燃料喷枪为1～20根侧吹喷枪和/或1～10根顶吹喷枪。
15.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，所述射流熔炼炉还设置有射流熔炼区及射流熔炼区出烟口，所述矿热炉还设置电热深度还原区及电热深度还原区出烟口。
16.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，所述处理提钒尾渣直接产出铁钒铬合金的装置还包括余热回收装置，所述余热回收装置与所述射流熔炼炉的射流熔炼区出烟口和所述矿热炉的电热深度还原区出烟口连通。
17.根据权利要求16所述的装置，其特征在于，所述处理提钒尾渣直接产出铁钒铬合金的装置还包括收尘器，所述收尘器设置在所述余热回收装置下游，与所述余热回收装置连通。
18.根据权利要求17所述的装置，其特征在于，所述收尘器设置有烟气出口和烟尘出口，所述烟尘出口与所述射流熔炼炉的原料入口相连通。
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CN114990273A (zh) * 2022-04-22 2022-09-02 中国恩菲工程技术有限公司 高磷铁矿富氧侧吹射流熔炼方法及熔炼装置

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