CN111455122B - 一种从钒钛磁铁矿中分离钒、钛、铁的方法 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种从钒钛磁铁矿中分离钒、钛、铁的方法。该方法包括对钒钛磁铁矿进行破碎以制得粒度小于15mm的矿石，并采用铁矿粒度分级机对矿石进行分类以获取粒度为0‑1mm的矿石和粒度为1‑15mm的矿石；对0‑1mm的矿石进行造球以制得球团，并将1‑15mm的矿石、球团和1‑15mm的残炭混合以制得混合物料；将混合物料置入回转窑内，并向回转窑内添加高挥发分煤以作为还原剂对混合物料进行还原并获得还原物料；采用干膜干选机对还原物料进行分离以获得富钒钛尾矿和铁粉；在熔分电炉中对铁粉进行高温熔化以获得富钒钛渣和半钢；分别对富钒钛尾矿、富钒钛渣和半钢进行处理以获取钒、钛产品，该方法不仅大大提高了钒、钛、铁的回收率，且在分离过程中降低了分离铁与钒钛的难度。

Description

一种从钒钛磁铁矿中分离钒、钛、铁的方法

技术领域

本发明涉及冶金和矿物工程技术领域，尤其涉及一种从钒钛磁铁矿中分离钒、钛、铁的方法。

背景技术

钒钛磁铁矿是一种含钒、钛、铁和其它有价元素如钪、铬、钴、铜、镍等多种元素共生的复合矿，其中，钒具有优良的物理化学性能，因而被称为“现代工业的味精”，广泛用于航空航天、机械制造、化学电池和桥梁等领域。钛由于具有稳定的化学性能、耐高温、耐腐蚀以及高强度等优良特性，被称为“太空金属”，广泛用于航空航天、医学、军事等方面。因此，高效利用钒钛磁铁矿资源，综合回收钒、钛、铁等有价元素，具有很高的商业价值，高效绿色开发钒钛磁铁矿资源已成为当今社会发展的必然要求。

目前，高炉法是我国处理钒钛磁铁矿资源应用最普遍、处理技术最成熟的方法。该方法首先将钒钛磁铁矿造块，然后经高炉冶炼选择性地将矿石中的铁、钒氧化物还原生成含钒铁水，钛则以二氧化钛的形式进入炉渣。进而采用转炉吹炼含钒铁水得到钒渣和半钢，钒渣经湿法工艺得到合格钒产品，半钢通过进一步加工得到合格钢材。钛渣则由于二氧化钛含量低、矿相复杂，且多以玻璃相存在等特点，使得其难以得到有效回收，同时国内外研究机构始终未能解决当炉渣中TiO₂含量高于10％时，炉渣黏度增高致使冶炼过程很难进行的问题。我国攀钢集团利用高炉工艺流程处理钒钛磁铁矿资源，从原矿到钢坯、片状五氧化二钒和钛白产品，仅能获得铁、钒、钛元素回收率分别为60％、39％和10％的指标，高炉流程中钛资源没有得到有效回收利用，造成资源浪费。而且，高炉法还存在工艺流程长、基建投资高、环境污染大、消耗焦炭等缺点。从资源高效绿色开发角度来看，高炉法处理钒钛磁铁矿已经不符合现阶段我国的基本国情，不适合作为钒钛磁铁矿综合利用的发展方向。

预还原-电炉工艺是先将钒钛磁铁矿和煤粉按一定配比混匀、造球，然后将含碳球团通过回转窑、隧道窑、转底炉等设备进行预还原，得到金属化球团，进一步利用电炉将金属化球团继续升温熔炼，通过渣铁分离获得含钒铁水和富钛炉渣的过程。相较于高炉法的冶炼过程，预还原-电炉流程的还原和加热过程是分开进行的，这就使得冶炼过程的难度降低，可获得TiO₂含量45％左右的钛渣、V₂O₅含量大于12％的钒渣以及合格生铁。预还原-电炉法还具有流程短、环境友好、生产效率高等优点。由于钒钛磁铁矿在还原炉内还原后金属化率只有70-80％，造成还原物料在电炉内融化和终还原过程中熔分时间长、钛渣粘度较高、渣铁不易分离、生产能耗高的问题，同时炉渣中二氧化钛含量较低，当炉渣中二氧化钛含量大于30％时，存在着渣铁分离难度加大的问题。

还原-磨选法是在低于矿石熔化温度下，利用铁、钒、钛氧化物还原性之间的差异，选择性地将钒钛磁铁矿中铁氧化物还原为金属铁，而保持钒和钛仍以氧化物的形式存在，并控制还原条件使金属铁颗粒长大到一定粒度，通过分选得到铁精矿和富钒钛料。还原—磨选法优点是可在固态条件下实现钛铁分离，从而避免了熔融条件下容易出现泡沫渣和黏滞渣致使冶炼过程难以进行的问题，而且相较于高炉法和还原-电炉法，还原-磨选法可以得到更优的综合技术指标。但是，还原-磨选法对还原球团金属化率要求较为严苛，钒钛磁铁矿以碳为还原剂时需在温度1300-1350℃、时间8-10h下进行，才能达到金属化率90％以上，并且铁晶粒在还原过程中需长大到一定粒度。

由上可知，现有的从钒钛磁铁矿中分离钒、钛、铁的方法，从钒钛磁铁矿中分离出的钒、钛、铁的回收率较低，且在分离过程中铁与钒钛不易分离。

发明内容

本申请提供一种从钒钛磁铁矿中分离钒、钛、铁的方法，不仅大大提高了从钒钛磁铁矿中分离钒、钛、铁的回收率，且在分离过程中降低了分离铁与钒钛的难度。

为解决上述技术问题，本申请采用的一个技术方案是：提供一种从钒钛磁铁矿中分离钒、钛、铁的方法。该方法包括：对钒钛磁铁矿进行破碎以制得粒度小于15mm的矿石，并采用铁矿粒度分级机对矿石进行分类以获取粒度为0-1mm的矿石和粒度为1-15mm的矿石；对0-1mm的矿石进行造球以制得球团，并将1-15mm的矿石、球团和1-15mm的残炭混合以制得混合物料；将混合物料置入回转窑内，并向回转窑内添加高挥发分煤以作为还原剂对混合物料进行还原并获得还原物料；采用干膜干选机对还原物料进行分离以获得富钒钛尾矿和铁粉；在熔分电炉中对铁粉进行高温熔化以获得富钒钛渣和半钢；对富钒钛尾矿和富钒钛渣进行处理以获取钒、钛产品，对半钢进行处理以获取铁产品。

其中，高挥发分煤的挥发分为45-50％、固定碳含量为46-48％、粒度为3-15mm；高挥发分煤为褐煤。

其中，对0-1mm的矿石进行造球以制得球团，并将1-15mm的矿石、球团和1-15mm的残炭混合以制得混合物料的步骤具体包括：将0-1mm的矿石与膨润土按100：3-5的比例经配料、混合后进行造球，以制得8-15mm球团；将1-15mm的矿石和8-15mm球团的混合物与1-15mm的残炭按100：24-28的比例经配料、混合以制得混合物料。

其中，高挥发分煤包括粒度为3-8mm的粒煤和8-15mm的粒煤；其中，向回转窑内添加高挥发分煤的步骤具体包括：从回转窑的出料端将占混合物料总量的18-22％的8-15mm的粒煤采用压力130-150KPa压缩空气喷吹到回转窑氢冶金焙烧区的前段；将占混合物料总量的18-22％的3-8mm的粒煤采用压力110-130KPa压缩空气喷吹到回转窑氢冶金焙烧区的中段。

其中，混合物料在回转窑内的焙烧时间为50-55min、高温段温度为1250-1300℃。

其中，将混合物料置入回转窑内，并向回转窑内添加高挥发分煤以作为还原剂对混合物料进行还原并获得还原物料的步骤包括：从回转窑的前段和中段沿回转窑的长方向按工艺需求将常温空气供入到回转窑，以使回转窑内产生的可燃气体与常温空气混合并燃烧，以为回转窑的中后段进行供热；从回转窑的出料端将一定量的常温空气供入回转窑，以使回转窑内产生的碳与常温气体混合并燃烧，以为回转窑的出料端供热。

其中，采用干膜干选机对还原物料进行分离以获得富钒钛尾矿和铁粉的步骤具体包括：采用干式磁选机对还原物料进行磁选，以获得磁性还原物料和0-15mm非磁性还原磁料；采用物料粒度分级机对非磁性还原物料进行粒度分级，以获得粒度为0-1mm的煤灰和1-15mm的残炭，并将0-1mm的煤灰直接进行排放，将1-15mm的残炭回收利用；采用干式磨矿机将磁性还原物料细磨至-200目占90％后，采用干式磁选机经场强2500-3000Oe的磁选，以获得铁含量20-25％、TiO₂含量43-45％、V₂O₅含量5.5-6.5％的富钒钛尾矿和铁品位79-82％、金属化率95-97％的铁粉。

其中，在熔分电炉中对铁粉进行高温熔化以获得富钒钛渣和半钢的步骤具体包括：铁粉在不添加粘结剂的情况下，采用铁粉冷压机将铁粉压制成直径25-50mm、强度大于600N的椭圆球；将椭圆球加入到熔分电炉中，在不添加任何还原剂及熔剂的情况下，将椭圆球进行加热、熔化和渣铁分离，以获得铁含量96.15％以上、碳含量0.1-0.2％的半钢和铁含量10-13％、TiO₂含量45-50％、V₂O₅含量5.5-6.0％的富钒钛渣。

其中，椭圆球在熔分电炉内的时间为55-60min、熔分电炉的温度为1600-1650℃。

其中，采用干膜干选机对还原物料进行分离以获得富钒钛尾矿和铁粉的步骤之前，还包括：

将还原物料送入无氧冷却装置，以对还原物料进行降温。

本申请提供的从钒钛磁铁矿中分离钒、钛、铁的方法，通过对钒钛磁铁矿进行破碎以制得粒度小于15mm的矿石，并采用铁矿粒度分级机对矿石进行分类以获取粒度为0-1mm的矿石和粒度为1-15mm的矿石，然后对0-1mm的矿石进行造球以制得球团，并将1-15mm的矿石、球团和1-15mm的残炭混合以制得混合物料，之后将混合物料置入回转窑内，并向回转窑内添加高挥发分煤以作为还原剂对混合物料进行还原并获得还原物料；获得还原物料之后采用干膜干选机对还原物料进行分离以获得富钒钛尾矿和铁粉，并在熔分电炉中对铁粉进行高温熔化以获得富钒钛渣和半钢，之后对富钒钛尾矿和富钒钛渣进行处理以获取钒、钛产品，对半钢进行处理以获取铁产品，从而实现从钒钛磁铁矿中分离钒、钛、铁产品的目的；其中，由于该方法采用高挥发分煤作为还原剂，该高挥发分煤在350-400℃时，即开始热解成富碳的呆滞碳和富氢的挥发分，而在回转窑氢冶金焙烧区的料层空间内，当温度达到950℃以上，在低温条件下产生的焦油、苯、萘、烷、烯、烃类等大分子量气体会产生二次及多次热解，最终产生的气体产物将以H₂为主，然后利用高挥发分煤充分热解产生的H₂对钒钛磁铁矿进行还原，从而不仅实现了H₂的即产即用，降低了获取H₂的难度，且大大提高了从钒钛磁铁矿中分离钒、钛、铁的回收率；同时由于氢冶金的反应温度点低，在同样的燃烧空间温度下，会传入料层更多的热量，从而使钒钛磁铁矿的还原速度加快，工艺耗能较低；另外，通过采用干膜干选机对还原物料进行分离，以获得富钒钛尾矿和铁粉，并对铁粉进行高温熔化处理，有效降低了在分离过程中分离铁与钒钛的难度。

附图说明

图1为本申请第一实施例提供的从钒钛磁铁矿中分离钒、钛、铁的方法的流程图；

图2为本申请第二实施例提供的从钒钛磁铁矿中分离钒、钛、铁的方法的流程图；

图3为本申请一实施例提供的从钒钛磁铁矿中分离钒、钛、铁的方法的工艺流程示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本申请中的术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”、“第三”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。本申请的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。本申请实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

下面结合附图和实施例对本申请进行详细的说明。

请参阅图1，图1为本申请一实施例提供的从钒钛磁铁矿中分离钒、钛、铁的方法的流程图；在本实施例中，提供一种从钒钛磁铁矿中分离钒、钛、铁的方法，该方法涉及的的设备及材料包括：铁矿粒度分级机、膨润土、造球机、配料机、混料机、窑背风机、鼓风机、氢冶金回转窑、压缩空气、空气换热器、高温空气、除尘系统、抽烟机、烟囱、煤炭粒度分级机、无氧冷却装置、水、高温蒸汽、干式磁选机、物料粒度分级机、干磨干选机、富钒钛尾矿、铁粉冷压机、熔分电炉等；该方法具体包括：

步骤S11：对钒钛磁铁矿进行破碎以制得粒度小于15mm的矿石，并采用铁矿粒度分级机对矿石进行分类以获取粒度为0-1mm的矿石和粒度为1-15mm的矿石。

在具体实施过程中，选用铁品位48-55％、TiO₂含量13-15％、V₂O₅含量1.5-2.0％、粒度0-15mm的钒钛磁铁矿，然后对钒钛磁铁矿进行破碎并进行粒度分级；具体的，钒钛磁铁矿采用铁矿粒度分级机分为0-1mm和1-15mm两个粒级范围，然后利用该铁矿粒度分级机将破碎之后的矿石分为0-1mm的矿石和粒度为1-15mm的矿石。

步骤S12：对0-1mm的矿石进行造球以制得球团，并将1-15mm的矿石、球团和1-15mm的残炭混合以制得混合物料。

具体的，将0-1mm的矿石与膨润土按100：3-5的比例在配料机和混料机中进行配料、混合，然后采用圆盘造球机加水造球，以制得8-15mm球团；之后将1-15mm的矿石和8-15mm球团混合，并将混合后的1-15mm的矿石和8-15mm球团与1-15mm的残炭按100：24-28的比例进行配料、混合，以制得混合物料。这样能够避免钒钛磁铁矿破碎之后进行压块的工艺，缩短了工艺流程，且在制备混合物料中加入一定比例的残碳，不仅能够利用残碳在回转窑中对钒钛磁铁矿进行还原，且能够回收利用产生的残碳，以提高资源利用率。

步骤S13：将混合物料置入回转窑内，并向回转窑内添加高挥发分煤以作为还原剂对混合物料进行还原并获得还原物料。

具体的，可选用挥发分为45-50％、固定碳含量为46-48％、粒度为3-15mm的高挥发分煤；其中，由于在高挥发分煤中，氢元素含量一般为4-5％，通过煤的充分热解获得的H₂中能有70％左右用于钒钛磁铁矿还原，这部分H₂可将钒钛磁铁矿中的氧元素脱掉40％左右，这一过程称为“煤热解氢还原过程”。且该冶金还原过程以高挥发分煤产生的H₂为主，排放的烟气中CO₂含量与传统“铁烧焦”工艺相比，排放的烟气中CO₂含量大幅降低。

具体的，采用煤炭粒度分级机对高挥发分煤进行分级，以获得粒度为3-8mm的粒煤和8-15mm的粒煤。

在一具体实施例中，高挥发分煤可选用褐煤。

在具体实施过程中，将混合物料置入回转窑内之后，从回转窑的出料端将占混合物料总量的18-22％的8-15mm的粒煤采用压力130-150KPa压缩空气喷吹到回转窑氢冶金焙烧区的前段；将占混合物料总量的18-22％的3-8mm的粒煤采用压力110-130KPa压缩空气喷吹到回转窑氢冶金焙烧区的中段；从而使喷入到回转窑氢冶金焙烧区前段和中段的粒煤，其表面受热并向内部传热过程中，其挥发分缓慢持续释放，挥发分进入到高温环境中会发生二次及多次热解产出富H₂气体，可实现H₂的即产即用，且H₂分子半径较小，一定温度条件下，对矿石的穿透能力强，有效提高了矿石的焙烧质量。

具体的，上述任何一颗粒煤从回转窑出料端喷入回转窑氢冶金焙烧区料层表面在燃烧空间的抛物运动过程中，由于粒煤表面温度的迅速升高，其表面会有少量挥发分析出，进入回转窑燃烧空间在充分热解后作为燃料使用；且任何一颗粒煤下落到料层表面后，随焙烧物料翻滚行进会迅速进入料层内部与周边高温物料接触，其表层及浅层在升温过程中释放的挥发分会进入到高温料层空隙中，经充分热解产生H₂及活性颗粒碳，H₂将在热态下直接作为还原铁氧化物的还原剂，而活性颗粒碳会停留在钒钛磁铁矿或粒煤的表面。

具体的，在本工艺中，钒钛磁铁矿及残碳组成的混合物料进入回转窑后在窑内翻滚行进过程中受热，温度不断升高，在其行进到回转窑窑体中段时，料温将达到1000℃以上。具体的，从回转窑出料端喷入的粒煤沿窑长方向按工艺需求分布到窑体中后段各处，随物料翻滚进入料层并与其他物料均匀混合，在回转窑内形成了由铁矿石、粒炭、粒煤混合构成的料层分布区域，在这一区域内的热态料层内一定会发生以铁矿石中的氧元素、粒煤中的氢元素、呆滞炭中的碳元素联合主导的以煤充分热解过程、水气化碳过程、铁氧化物还原过程在热态下的高度集成的氢冶金过程；在这一区域存在的粒炭，既有从回转窑入料端进入的呆滞粒炭，也有在该区域前段进入料层的粒煤经充分热解后在中后段所形成的含有活性颗粒碳的粒炭，回转窑内发生这一氢冶金过程所存在的空间称为回转窑氢冶金焙烧区。

具体的，回转窑氢冶金焙烧区料层内部的任何一颗粒煤的表面及浅层会首先受热升温，形成一个高温区，温度达到950℃左右，其芯部由浅至深的任何部位都将经历一个升温过程，当某处温度达到350-400℃时，该处的煤即可产生不充分热解释放出挥发分，挥发分在溢出过程中经过粒煤表面及浅层高温区时，会发生充分热解生成H₂及活性颗粒碳，H₂溢出该粒煤表面进入到高温料层空隙中对钒钛磁铁矿内的铁氧化物进行还原，活性颗粒碳将停留在该粒煤生成的呆滞粒炭的表面及浅层。

具体的，混合物料置入回转窑内之后，在回转窑内翻滚行进中受热升温；当其温度升高到100℃以上时，混合物料中机械H₂O脱除干净，其温度升高到₂00-300℃时化合H₂O开始脱除；当混合物料行进到回转窑氢冶金焙烧区前段时，其温度将达到1000℃左右，进入回转窑氢冶金焙烧区前段及中段料层内的高挥发分煤温度迅速升高，它们所含的H₂O除少量直接进入烟气外，大部分将在料层内受热析出到热态料层空隙中，H₂O会有一部分在热态下气化活性颗粒碳和呆滞碳产生H₂和CO，由于化学反应的选择性，CO将溢出料层做燃料使用，H₂将参与矿石氢冶金过程；高挥发分煤热解释放出挥发分，在热态料层内经二次及多次热解产生含H₂量较高的气体及活性颗粒碳；上述反应产出的H₂会还原矿石并生成H₂O，部分H₂O再与料层中活性颗粒碳或呆滞碳进行碳气化反应生成H₂和CO，H₂再作为还原剂还原矿石......，从而形成耦合效应，实现后续入窑物料脱水、煤的热解过程与铁矿石冶金还原过程在热态下的高度集成，而CO则从料层中溢出后进入燃烧空间作为燃料利用。该过程中H₂容易获取，实现了即产即用。

需要说明的是，回转窑氢冶金焙烧区料层内部碳还原过程：只有当粒煤中挥发分析出达到一定程度后，钒钛磁铁矿中的铁氧化物才会与带有活性颗粒碳的高温呆滞粒炭进行以CO₂为气化剂的碳气化反应为核心的系列冶金还原反应，这一过程对钒钛磁铁矿的还原率仅在10％左右，这一过程称为“碳还原过程”。

具体的，上述钒钛磁铁矿在氢冶金回转窑内焙烧过程中，铁矿石的烧失率一般为22-23％，铁矿石烧失量和粒煤消耗量将全部转化为可燃气体，H2+CO在97％左右，也有少量的焦油、苯、萘及烷、烯、烃等，可燃气体从料层中溢出后可作为高温气体燃料供回转窑使用，这一燃料在燃烧过程中释放的热量能够满足回转窑的热需求。

另外，由于进入高温料层的任何一颗粒煤在升温过程中，都是其表面先接受周边高温物料的辐射传热，其表面接受的热量再向芯部传导，在传热的辐射、对流和传导三种方式中，传导是最慢的；因此，粒煤在升温过程中，深层及芯部的温度会滞后于表面及浅层，而且，煤粒度越大，滞后的时间越长；因此，为提高对H₂的有效利用率，可通过调整粒煤的粒级范围来控制料层内H₂的逸出速度；具体的，粒煤粒度一般选择在3-15mm。

此外，上述实现了煤的充分热解过程与铁矿石冶金还原过程在热态高度集成，整个制铁工艺过程仅采用褐煤等高挥发分煤，不再需要焦煤，可缓解我国焦炭供应紧张局面及炼焦过程中的环境污染压力；且铁氧化物的还原从传统的以冶金焦炭为主的碳冶金过程转变为以“H₂+活性颗粒碳”为主的氢冶金过程，从而使回转窑的工艺耗能量即用于还原铁氧化物及物料物理升温的有效热大幅度降低，即在同样传热量的前提下，产能大幅提升；且由于氢冶金的反应温度点低，铁氧化物在更低的温度下被还原；另外，由于传热量取决于燃烧空间温度与物料温度的差异，因此，同样的燃烧空间温度下，会传入料层更多的热量，从而大大提高了对热量的使用效率，并加快了矿石的还原速度，降低了工艺耗能。

具体的，对钒钛磁铁矿采用低温氢冶金技术，可使钒钛磁铁矿中FeTiO₃直接被H₂还原的温度范围降低到900-1000℃，此温度下钒钛磁铁矿还原中不会产生Fe₂SiO₄液相，可使钒钛磁铁矿中铁化合物在固态下直接还原成金属铁。

在具体实施过程中，可控制回转窑的炉膛温度为1250-1300℃、混合物料在回转窑中的焙烧时间为50-55min，以使钒钛磁铁矿通过高挥发分煤充分还原，同时使钒钛磁铁矿能够在固态条件下进行选择性氢冶金，使其屮的铁氧化物充分还原为金属铁，并使铁颗粒长大到一定粒度。

在一具体实施过程中，混合物料在回转窑内加热及还原过程中，还包括利用设置在回转窑的前段和中段的3-4台窑背风机从回转窑的前段和中段沿回转窑的长方向按工艺需求将常温空气供入到回转窑，以使回转窑内产生的可燃气体与常温空气混合并燃烧，以为回转窑的中后段进行供热；而在回转窑的出料段，由于从高温矿煤混合物料层中溢出的高温可燃气体量较小，从回转窑的出料端将一定量的常温空气供入回转窑，以使回转窑内产生的高温碳与常温气体混合并燃烧，以向回转窑的出料端供热。

在具体实施过程中，可通过控制粒煤的喷出量及挥发分量控制从回转窑排出烟气的温度在600-700℃，高温烟气经过空气换热器与鼓风机鼓入的常温空气进行间接换热，在得到450-500℃高温空气的同时，可将烟气温度降低到150-180℃，高温空气可供物料干燥利用，低温烟气经布袋净化后，洁净烟气由抽烟机加压进行排放。

步骤S14：采用干膜干选机对还原物料进行分离以获得富钒钛尾矿和铁粉。

具体的，采用干式磁选机对还原物料进行磁选，以获得磁性还原物料和0-15mm非磁性还原磁料；然后采用物料粒度分级机对非磁性还原物料进行粒度分级，以获得粒度为0-1mm的煤灰和1-15mm的残炭；在具体实施过程中，将0-1mm的煤灰直接进行排放，将1-15mm的残炭回收利用；之后采用干式磨矿机将磁性还原物料细磨至-200目占90％后，采用干式磁选机经场强2500-3000Oe的磁选，以获得铁含量20-25％、TiO₂含量43-45％、V₂O₅含量5.5-6.5％的富钒钛尾矿和铁品位79-82％、金属化率95-97％的铁粉。

具体的，采用干磨干选机进行矿物分离，有95％以上铁及60-65％钛、钒进入选分产物中，其余部分钛、钒进入选分尾矿中，实现铁与钒、钛的初步分离。其中，对于选分产物中仍然存在的钛、钒等有价元素和依附在铁颗粒表面的脉石，采取选分产物在熔分电炉中进行高温熔化及分离，进一步使选分产物屮的铁与钛、钒和其他杂质分离，从而获得含钒、铁为主的含钒半钢和含钛、钒、铝等氧化物的富钒钛渣，具体过程可参见步骤S15。

步骤S15：在熔分电炉中对铁粉进行高温熔化以获得富钒钛渣和半钢。

具体的，铁粉在不添加粘结剂的情况下，采用铁粉冷压机将铁粉压制成直径25-50mm、强度大于600N的椭圆球；然后将椭圆球加入到熔分电炉中，在不添加任何还原剂及熔剂的情况下，将椭圆球进行加热、熔化和渣铁分离，以获得铁含量96.15％以上、碳含量0.1-0.2％的半钢和铁含量10-13％、TiO₂含量45-50％、V₂O₅含量5.5-6.0％的富钒钛渣。

在一具体实施例中，椭圆球的在熔分电炉内的时间为55-60min、熔分电炉的温度为1600-1650℃。

具体的，上述方法制得的半钢、富钒钛尾矿和富钒钛渣，其中，半钢铁含量96.15％以上、含碳量0.1-0.2％；富钒钛尾矿中铁含量20-25％、TiO₂含量43-45％、V₂O₅含量5.5-6.5％；富钒钛渣中铁量10-13％、TiO₂含量45-50％、V₂O₅含量5.5-6.0％。

具体的，步骤S14和步骤S15，由于还原物料熔分过程中钒、钛没有产生还原，该方法不会出现高炉流程中铁水严重“粘罐”等问题；另外，由于该工艺可在固态条件下实现部分铁与钒钛的分离，降低了铁粉中钒钛的含量，避免了后续铁粉在熔分过程中因渣中钛含量过高，造成熔分工艺产生泡沫渣或粘渣等问题的产生；此外，还原物料经过常温物理磨选，可除去14-16％的富钒钛尾渣，减轻了电炉熔分的物料量及电能的消耗。

步骤S16：对富钒钛尾矿和富钒钛渣进行处理以获取钒、钛产品，对半钢进行处理以获取铁产品。

具体的，对富钒钛尾矿和富钒钛渣可采用湿法工艺生产钒、钛产品，对半钢经转炉冶炼后可生产出钢水，从而实现铁、钒、钛等有价组元的高效分离和富集。具体的，对富钒钛尾矿和富钒钛渣采用湿法工艺生产钒、钛产品的具体实施过程和对半钢经转炉冶炼后可生产出钢水的具体实施过程可参见现有技术中对富钒钛尾矿和富钒钛渣采用湿法工艺生产钒、钛产品的具体实施过程和对半钢经转炉冶炼后可生产出钢水的具体实施过程，且可实现相同或相似的技术效果，在此不再赘述。

通过该方法从钒钛磁铁矿中分离的钒、钛、铁产品，其中，铁回收率90％以上，钒的回收率88％以上，钛的回收率89％以上，大大提高了回收率，经济效益显著。

另外，通过该方法从钒钛磁铁矿中分离的钒、钛、铁产品，不仅增加我国可利用铁矿资源100亿吨以上，可改善和缓解我国铁矿资源的短缺现状；同时，所得产品为含铁80％以上的铁粉，适当处理后可代替废钢直接用于炼钢，可缓解我国钢铁丁业废钢供应不足的问题。

本实施例提供的从钒钛磁铁矿中分离钒、钛、铁的方法，通过对钒钛磁铁矿进行破碎以制得粒度小于15mm的矿石，并采用铁矿粒度分级机对矿石进行分类以获取粒度为0-1mm的矿石和粒度为1-15mm的矿石，然后对0-1mm的矿石进行造球以制得球团，并将1-15mm的矿石、球团和1-15mm的残炭混合以制得混合物料，之后将混合物料置入回转窑内，并向回转窑内添加高挥发分煤以作为还原剂对混合物料进行还原并获得还原物料；获得还原物料之后采用干膜干选机对还原物料进行分离以获得富钒钛尾矿和铁粉，并在熔分电炉中对铁粉进行高温熔化以获得富钒钛渣和半钢，之后对富钒钛尾矿和富钒钛渣进行处理以获取钒、钛产品，对半钢进行处理以获取铁产品，从而实现从钒钛磁铁矿中分离钒、钛、铁产品的目的；其中，由于该方法采用高挥发分煤作为还原剂，该高挥发分煤在350-400℃时，即开始热解成富碳的呆滞碳和富氢的挥发分，而在回转窑氢冶金焙烧区的料层空间内，当温度达到950℃以上，在低温条件下产生的焦油、苯、萘、烷、烯、烃类等大分子量气体会产生二次及多次热解，最终产生的气体产物将以H₂为主，然后利用高挥发分煤充分热解产生的H₂对钒钛磁铁矿进行还原，从而不仅实现了H₂的即产即用，降低了获取H₂的难度，且大大提高了从钒钛磁铁矿中分离钒、钛、铁的回收率；同时，由于氢冶金的反应温度点低，在同样的燃烧空间温度下，会传入料层更多的热量，从而使钒钛磁铁矿的还原速度加快，工艺耗能较低；另外，通过采用干膜干选机对还原物料进行分离，以获得富钒钛尾矿和铁粉，并对铁粉进行高温熔化处理，有效降低了在分离过程中分离铁与钒钛的难度。

请参阅图2和图3，其中，图2为本申请第二实施例提供从钒钛磁铁矿中分离钒、钛、铁的方法的流程图；图3为本申请一实施例提供从钒钛磁铁矿中分离钒、钛、铁的方法的工艺流程示意图。在本实施例中，提供一种从钒钛磁铁矿中分离钒、钛、铁的方法，该方法具体包括：

步骤S21：对钒钛磁铁矿进行破碎以制得粒度小于15mm的矿石，并采用铁矿粒度分级机对矿石进行分类以获取粒度为0-1mm的矿石和粒度为1-15mm的矿石。

步骤S22：对0-1mm的矿石进行造球以制得球团，并将1-15mm的矿石、球团和1-15mm的残炭混合以制得混合物料。

步骤S23：将混合物料置入回转窑内，并向回转窑内添加高挥发分煤以作为还原剂对混合物料进行还原并获得还原物料。

具体的，步骤S21至步骤S23的具体实施过程与上述第一实施例提供的从钒钛磁铁矿中分离钒、钛、铁的方法中的步骤S11至步骤S13的具体实施过程相同或相似，且可实现相同或相似的技术效果，具体可参见上述相关文字描述，在此不再赘述。

步骤S24：将还原物料送入无氧冷却装置，以对还原物料进行降温。

具体的，将氢冶金回转窑排出1200-1250℃的高温还原物料送入到无氧冷却装置中，通过与冷却水的间接换热，在产生高温蒸汽的同时，可将焙烧物料温度降至150℃以下，以从无氧冷却装置中排出常温还原物料，然后进行步骤S25，而蒸汽可外供利用。具体的，还原物料经过无氧冷却处理，可使铁颗粒与脉石两相界面发生收缩，有利于后续磨矿中金属铁颗粒与其它物料的解离。

步骤S25：采用干膜干选机对还原物料进行分离以获得富钒钛尾矿和铁粉。

步骤S26：在熔分电炉中对铁粉进行高温熔化以获得富钒钛渣和半钢。

步骤S27：对富钒钛尾矿和富钒钛渣进行处理以获取钒、钛产品，对半钢进行处理以获取铁产品。

具体的，步骤S25至步骤S27的具体实施过程与上述第一实施例提供的从钒钛磁铁矿中分离钒、钛、铁的方法中的步骤S14至步骤S16的具体实施过程相同或相似，且可实现相同或相似的技术效果，具体可参见上述相关文字描述，在此不再赘述。

本实施例提供的从钒钛磁铁矿中分离钒、钛、铁的方法，与上述第一实施例提供的从钒钛磁铁矿中分离钒、钛、铁的方法相比，不仅能够从钒钛磁铁矿中分离钒、钛、铁产品，且实现了H₂的即产即用，降低了获取H₂的难度，同时大大提高了从钒钛磁铁矿中分离钒、钛、铁的回收率，并在分离过程中降低了分离铁与钒钛的难度；另外，通过将还原物料经过无氧冷却处理，以对还原物料进行降温，并使铁颗粒与脉石两相界面发生收缩，有利于后续磨矿中金属铁颗粒与其它物料的解离。

以上仅为本申请的实施方式，并非因此限制本申请的专利范围，凡是利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本申请的专利保护范围内。

Claims (9)

1.一种从钒钛磁铁矿中分离钒、钛、铁的方法，其特征在于，包括：

对钒钛磁铁矿进行破碎以制得粒度小于15mm的矿石，并采用铁矿粒度分级机对所述矿石进行分类以获取粒度为0-1mm的矿石和粒度为1-15mm的矿石；

对所述0-1mm的矿石进行造球以制得球团，并将所述1-15mm的矿石、所述球团和1-15mm的残炭混合以制得混合物料；

将所述混合物料置入回转窑内，并向所述回转窑内添加高挥发分煤以作为还原剂对所述混合物料进行还原并获得还原物料；其中，所述回转窑的炉膛温度为1250-1300℃；所述高挥发分煤的挥发分为45-50％、固定碳含量为46-48％；所述高挥发分煤包括粒度为3-8mm的粒煤和8-15mm的粒煤；所述向所述回转窑内添加高挥发分煤的步骤具体包括：从所述回转窑的出料端将占所述混合物料总量的18-22％的所述8-15mm的粒煤采用压力130-150KPa压缩空气喷吹到所述回转窑氢冶金焙烧区的前段；将占所述混合物料总量的18-22％的所述3-8mm的粒煤采用压力110-130KPa压缩空气喷吹到所述回转窑氢冶金焙烧区的中段；

采用干磨干选机对所述还原物料进行分离以获得富钒钛尾矿和铁粉；

在熔分电炉中对所述铁粉进行高温熔化以获得富钒钛渣和半钢；

对所述富钒钛尾矿和所述富钒钛渣进行处理以获取钒、钛产品，对所述半钢进行处理以获取铁产品。

2.根据权利要求1所述的从钒钛磁铁矿中分离钒、钛、铁的方法，其特征在于，所述高挥发分煤为褐煤。

3.根据权利要求1所述的从钒钛磁铁矿中分离钒、钛、铁的方法，其特征在于，所述对所述0-1mm的矿石进行造球以制得球团，并将所述1-15mm的矿石、所述球团和1-15mm的残炭混合以制得混合物料的步骤具体包括：

将所述0-1mm的矿石与膨润土按100：3-5的比例经配料、混合后进行造球，以制得8-15mm球团；

将所述1-15mm的矿石和所述8-15mm球团的混合物与1-15mm的残炭按100：24-28的比例经配料、混合以制得混合物料。

4.根据权利要求1所述的从钒钛磁铁矿中分离钒、钛、铁的方法，其特征在于，所述混合物料在所述回转窑内的焙烧时间为50-55min。

5.根据权利要求1所述的从钒钛磁铁矿中分离钒、钛、铁的方法，其特征在于，所述将所述混合物料置入回转窑内，并向所述回转窑内添加高挥发分煤以作为还原剂对所述混合物料进行还原并获得还原物料的步骤包括：

从所述回转窑的前段和中段沿所述回转窑的长方向按工艺需求将常温空气供入到所述回转窑，以使所述回转窑内产生的可燃气体与所述常温空气混合并燃烧，以为所述回转窑的中后段进行供热；

从所述回转窑的出料端将一定量的所述常温空气供入所述回转窑，以使所述回转窑内产生的碳与所述常温气体混合并燃烧，以为所述回转窑的出料端供热。

6.根据权利要求1所述的从钒钛磁铁矿中分离钒、钛、铁的方法，其特征在于，所述采用干磨干选机对所述还原物料进行分离以获得富钒钛尾矿和铁粉的步骤具体包括：

采用干式磁选机对所述还原物料进行磁选，以获得磁性还原物料和0-15mm非磁性还原物料；

采用物料粒度分级机对所述非磁性还原物料进行粒度分级，以获得粒度为0-1mm的煤灰和1-15mm的残炭，并将0-1mm的煤灰直接进行排放，将1-15mm的残炭回收利用；

采用干式磨矿机将所述磁性还原物料细磨至-200目占90％后，采用干式磁选机经场强2500-3000Oe的磁选，以获得铁含量20-25％、TiO₂含量43-45％、V₂O₅含量5.5-6.5％的富钒钛尾矿和铁品位79-82％、金属化率95-97％的铁粉。

7.根据权利要求1所述的从钒钛磁铁矿中分离钒、钛、铁的方法，其特征在于，所述在熔分电炉中对所述铁粉进行高温熔化以获得富钒钛渣和半钢的步骤具体包括：

所述铁粉在不添加粘结剂的情况下，采用铁粉冷压机将所述铁粉压制成直径25-50mm、强度大于600N的椭圆球；

将所述椭圆球加入到熔分电炉中，在不添加任何还原剂及熔剂的情况下，将所述椭圆球进行加热、熔化和渣铁分离，以获得铁含量96.15％以上、碳含量0.1-0.2％的半钢和铁含量10-13％、TiO₂含量45-50％、V₂O₅含量5.5-6.0％的富钒钛渣。

8.根据权利要求7所述的从钒钛磁铁矿中分离钒、钛、铁的方法，其特征在于，所述椭圆球的在所述熔分电炉内的时间为55-60min、所述熔分电炉的温度为1600-1650℃。

9.根据权利要求1所述的从钒钛磁铁矿中分离钒、钛、铁的方法，其特征在于，所述采用干磨干选机对所述还原物料进行分离以获得富钒钛尾矿和铁粉的步骤之前，还包括：

将所述还原物料送入无氧冷却装置，以对所述还原物料进行降温。

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