CN111748687A - 一种钒钛磁铁矿煤基还原工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种钒钛磁铁矿煤基还原工艺，采用的生产工艺为：将钒钛磁铁精矿、高挥发分煤、粘结剂、聚焦剂按100：38～40：1～3：1～2比例进行配料、混匀和造球，球团经干燥后在转底炉内加热升温过程中，通过煤充分热解产生的H2和以H2O做气化剂的碳气化反应产生H2对钒钛磁铁矿进行还原，控制炉膛温度1250～1300℃、焙烧时间50～55min，可使钒钛磁铁矿得到充分还原，还原物料通过干磨干选和电炉熔分后，可得到半钢、富钒钛尾矿、富钒钛渣。本发明具有钒钛磁铁矿还原充分、产品金属化率高、生产能耗低、单炉产能高、本质减排的优点；富钒钛尾矿和富钒钛渣通过酸浸后，可回收钒钛磁铁矿中的铁、钒、钛等有价元素。

Description

一种钒钛磁铁矿煤基还原工艺
技术领域
本发明属于冶金和矿物工程技术领域，具体涉及一种钒钛磁铁矿煤基还原工艺。
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，广泛用于航空航天、机械制造、化学电池和桥梁等领域，因而被称为“现代工业的味精”。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。
在钒钛磁铁矿中，铁化合物的颗粒较细，在直接还原过程中较细的铁化合物颗粒之间夹杂大量TiO2、SiO2、MgO、AI2O3颗粒，此外，钒钛磁铁矿的铁品位为48～55%，还原过程所需的温度较高，致使许多还原出来的金属铁很难结晶连片并长大。当还原后的金属化产品采用磨选工艺生产铁粉时，需将金属化产品磨细到很小的粒度，才能实现铁与脉石矿物的分离，而较细的磨矿粒度为磁选工艺带来较大困难。
钒钛磁铁矿中铁主要以磁铁矿、赤铁矿、钛铁矿、褐铁矿形式存在，其中磁铁矿、赤铁矿和褐铁矿中的铁氧化物比较容易还原，而钛铁矿中由于Fe和Ti紧密共生，使铁氧化物的晶格结构较为稳定，而钛铁矿中的铁采用碳还原时，需在1250～1300℃温度下进行，其还原反应的化学方程式为：
FeTiO３(S)＋C(S)＝Fe(S)＋TiO２(S)＋CO(g)
FeTiO３(S)＋CO(g)＝Fe(S)＋TiO２(S)＋CO2(g)
由于钒钛磁铁矿碳还原的温度较高，还原过程中容易出现液相而影响还原过程的进行，造成还原产品的金属化率较低。为提高钒钛磁铁矿碳还原后的金属化率，国内外进行了大量的技术研究。由于钒钛磁铁矿原矿的铁品位一般较低，不能直接加入高炉进行冶炼，需预先通过磁选、浮选、重选以及联合选矿工艺得到铁品位较高的钒钛磁铁精矿，在原矿磨选过程中约有75～85%的钛进入到铁精矿中，钒钛铁精矿与30%普通铁精矿混合后进行烧结，烧结矿加入到高炉中进行冶炼，可生产出含钒铁水，而钛进入到渣相中，这种工艺存在的问题有：钒钛磁铁矿高炉冶炼排出的炉渣中钛含量一般不低于22～27%，且钛氧化物以玻璃相的形式存在，不仅使这部分钛资源无法得到回收利用，而且渣的粘度较高，不利于高炉的渣铁分离以及排渣，同时该流程需消耗大量的焦炭，存在工艺流程长、能耗较高的缺点。
针对钒钛磁铁矿利用中存在的上述问题，国内外采用的生产工艺有：（1）钒钛磁铁矿直接还原-磁选法生产铁粉和富含钒钛的物料。将钒钛磁铁矿在固态下进行选择性碳还原，将其中的铁氧化物还原为单质铁，而钒、钛仍以氧化物的形式存在于还原产品中，还原产品经破碎、磨矿和磁选后，可使铁与大部分钛、钒得到分离。这种方法存在的主要问题有：钒钛磁铁矿在还原过程中，由于碳还原的温度较高，其温度范围与还原过程中硅酸铁的生成温度范围相重叠，使钒钛磁铁矿还原过程中矿粒表面产生了液相，液相的形成阻止了还原气体向矿粒心部的扩散，从而出现还原产品金属化率较低的现象。金属化率较低的还原产品在后续的磨矿及磁选中，不仅铁粉中钛含量较高，而且磨选的金属回收率也较低。（2）直接还原－电炉熔分法生产铁水和富钒钛渣。将钒钛磁铁矿在还原炉中直接还原得到的焙烧矿，然后加入到电炉中进行熔化及渣铁分离，可使钒钛富集在炉渣中，再从从炉渣中提取钒、钛等有价元素。这种方法存在的问题主要有：由于钒钛磁铁矿在还原炉内碳还原后金属化率较低，造成还原物料在电炉内熔化和渣铁分离过程中熔分时间长、钛渣粘度较高、铁渣不易分离、生产能耗高的问题。
从以上可以看出，目前制约钒钛磁铁矿直接还原的主要因素有：钒钛磁铁矿在碳还原中还原产物的金属化率一般为70～80%，还原物料在后续磨选过程中，金属铁与二氧化钛不易分离，存在着金属化铁粉中钒、钛含量较高、富钒钛渣中钛含量较低的问题。
碳冶金是钢铁工业传统发展方式的典型工艺，还原剂是碳，最终产物是二氧化碳。氢冶金还原剂为氢气，最终产物是水，二氧化碳为零排放。传统的直接还原工艺主要是利用CO作还原剂，去除铁矿石中的氧。CO的分子大，难以渗透到铁矿石内部。H2的分子量最小，分子直径也最小，很容易渗透到铁矿石内部。在矿石中，H2的渗透速度是CO的5倍，H2的还原潜能是CO的11倍。因此，与CO的还原潜能相比，氢冶金比碳冶金还原效率成倍增长。
所谓氢冶金就是在铁矿石冶炼过程中主要使用H2作还原剂。H2是最活泼的还原剂，在铁氧化物的气-固还原反应过程中用H2作还原剂时，其主要产物是金属铁和水蒸气，还原后的尾气对环境没有影响。因此，大力开发氢冶金，以H2作为钒钛磁铁矿还原过程中的还原剂，可以大大提高钒钛磁铁矿还原产品的金属化率，从而提高钒钛磁铁矿直接还原-磁选法、直接还原－电炉熔分法中铁与钒、钛的分离效率。
能够规模经济地制取H2是氢冶金工艺发展的前提和基础。目前，大规模制氢的方法有4种：煤气化制氢，天然气裂解制氢，石油气化和裂化制氢，水电解制氢。另外，焦炉煤气也是廉价大量制取氢气的选择气体。可以看出，这些铁矿石氢冶金技术中，都需事先制造出H2，然后再将H2经储存和输送后，再通入到高温铁矿石中进行还原，其产品生产成本较高。由于产品生产成本的限制，以上的各种氢冶金工艺都只是停留在试验室试验和机理研究基础上，没有产业化方面的应用示例。
煤的热解是指将煤在隔绝空气或惰性气氛的条件下加热，发生一系列物理变化和化学反应的复杂过程。煤炭的主体结构是三维高分子化合物，由结构相类似的结构单元之间通过共价桥键和非化学键联结，这些结构单元的核心是缩合的芳环结构。在煤的大分子结构内部还分布着一定比例的小分子化合物，这个特征在低阶煤中更为明显。煤的热解是由于煤中弱键结构的受热断裂，生成小分子自由基碎片。当煤受热温度高于煤中弱键结构断裂的温度时，煤的大分子结构中弱键就会断裂形成小分子自由基碎片，并形成挥发份。挥发份在离开煤粒后，受周围高温环境的影响，挥发份中各物质之间会进一步发生缩聚、裂解等二次及多次反应。在900～1000℃温度范围内，煤的热解会很充分，最终的气体产物将以H2为主。
根据以上情况，本发明为开发利用钒钛磁铁矿资源，采用较短的工艺流程，在较低能耗、较小成本和低污染情况下，高效回收钒钛磁铁矿中的铁、钒、钛等有价元素，采用褐煤等高挥发份煤种做还原剂及燃料，将H2作为铁矿石直接还原的主力还原剂，在转底炉内实现煤的脱水及热解过程与铁矿石还原过程在热态下的高度集成，同时将转底炉生产的金属化物料采用干磨干选机、熔分电炉进行铁与钒钛的分离，提出了一种钒钛磁铁矿煤基直接还原工艺。
发明内容
本发明提供了一种钒钛磁铁矿煤基还原工艺，目的在于解决目前钒钛磁铁矿资源冶炼成本高，金属回收率低的问题。
为此，本发明采用如下技术方案：
一种钒钛磁铁矿煤基还原工艺，包括以下步骤：
S1原料选用：原料采用铁品位48～55%、SiO2含量3～5%、粒度200目以下占80%以上的钒钛磁铁精矿；燃料及还原剂采用高挥发分煤；
S2原料处理：将步骤S1中的钒钛磁铁精矿和高挥发分煤分别进行干燥，除去水分；然后将干燥后的高挥发分煤磨细至200目以下占80%以上；
S3球团制备：按照重量份，选取钒钛磁铁精矿100份、高挥发分煤38～40份、粘结剂1～3份、聚焦剂1～2，进行配料、混匀，然后加水制备湿球团，得到粒度20～25mm的湿球团；再将制得的湿球团放置到干燥设备上进行干燥；
S4球团焙烧：将步骤S3制得的球团铺设到转底炉的炉底上，控制铺设厚度60～70mm；然后开始焙烧，控制炉膛温度1250～1300℃、焙烧时间50～55min，使钒钛磁铁矿得到充分还原；
S5卸料：球团到达转底炉出料区，通过出料装置排出，即获得高温金属化球团，其金属化率95～97%，碳含量为0.5～1%，冷态强度大于1500N；高温金属化球团排出后立即转入无氧冷却装置中，将金属化球团冷却到80℃以下；
S6干磨干选：将步骤S5得到的金属化球团进行干磨和干选，可得到铁含量10～15%、TiO2含量45～47%、V2O5含量2.5～3.5%的富钒钛尾渣以及铁品位81～85%、金属化率95～97%的铁粉；
S7铁粉处理：将步骤S6得到的铁粉加压制备成直径25～50mm，强度大于600N的的椭圆球；将所述椭圆球放入电炉中加热，控制炉温1600～1650℃、加热时间55～60min，可使椭圆球中铁与渣进行分离，得到铁含量98%以上、碳含量0.1～0.2%的半钢以及铁含量8～10%、TiO2含量45～50%、V2O5含量3～4%的富钒钛渣；
S8富钒钛尾渣处理：将步骤S6得到的富钒钛尾渣以及步骤S7得到的富钒钛渣浸酸处理，可得到高品位V2O5粉和TiO2粉。
进一步地，所述步骤S2中钒钛磁铁精矿使用精矿干燥机进行干燥，高挥发分煤使用煤干燥机进行干燥，并采用蓄热式换热器排出的300～400℃高温烟气作为干燥热源。
进一步地，所述步骤S3中使用湿球干燥机对湿球进行干燥，采用从余热锅炉排出的300～400℃的烟气作为热源进行干燥。
进一步地，所述高挥发分煤为挥发分45～50%、固定碳含量43～48%、粒度小于10mm的褐煤或泥煤。
本发明中：粘结剂采用膨润土，其主要成份是蒙脱石，是一种非金属矿物；金属聚集剂采用高品位铁精矿，铁品位为62%以上、SiO2含量6-8%；液相调质剂采用碳酸钠，呈白色粉末或细粒结晶，是一种冶炼助熔剂。
本发明的反应原理如下：
钒钛磁铁矿中铁主要以磁铁矿、赤铁矿、钛铁矿、褐铁矿形式存在，其中磁铁矿、赤铁矿和褐铁矿中的铁比较容易还原，钛铁矿中的铁采用H2还原时，可在900～1000℃温度下直接还原，其还原反应的化学方程式为：
FeTiO３(S)＋H2(g)＝Fe(S)＋TiO２(S)＋H2O(g)
此温度下钒钛磁铁矿还原中不会形成Fe2SiO4液相，可使钒钛磁铁矿在固态下直接还原成金属铁，便于H2渗透进入矿石之中。
含碳球团在氢冶金转底炉内加热升温过程中，其表层优先被加热升温，球团表层温度升高到350～400℃时，表层还原煤中的焦油、苯、萘及烷、烯、烃、H2等挥发分开始析出，直接进入炉膛高温燃烧空间进行充分热解并作为燃料燃烬。当球团表层温度升高至900℃左右时，表层的铁氧化物达到还原温度，球团芯部的煤也由浅层到深层逐渐开始热解，热解产生的焦油、苯、萘及烷、烯、烃等在经过球团表层或浅层的高温环境时会发生充分热解，最终生成活性颗粒碳和H2，活性颗粒碳会沉积在球团表层及浅层，而H2会与达到还原温度的金属氧化物进行还原反应。
球团在升温过程中，通过煤充分热解产生的H2和以H2O做气化剂通过碳气化反应（C+H2O→CO+ H2）产生的H2对钒钛磁铁矿进行还原，实现了煤的充分热解过程与钒钛磁铁矿冶金还原过程在热态下的高度集成。
球团在转底炉内的煤热解氢还原过程：在褐煤等高挥发分煤中，氢元素含量一般为4～5%，由于化学反应的选择性，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可将球团中铁氧化物的氧元素脱掉40%左右，这一过程称为“煤热解氢还原过程”。
含碳球团在氢冶金转底炉内的碳气化氢还原过程：煤热解产生的H2还原铁氧化物产生了H2O，H2O又与新生成的活性颗粒碳或呆滞碳进行碳气化反应生成H2和CO，H2再作为还原剂还原铁氧化物，再生成的H2O又会气化碳生成新的H2和CO，如此往复循环产生剧烈的耦合效应。由于化学反应的选择性，这个过程所生成的CO只有少部分参加还原金属氧化物的反应，大部分将排出料层进入炉膛作为燃料使用，通过这一过程可以将球团中铁氧化物的氧元素再脱掉55%左右，这一过程称为“碳气化氢还原过程”。
球团在转底炉内的碳气化氢还原过程：含碳球团在氢冶金转底炉内的碳还原过程：只有当球团中还原煤挥发分析出达到一定程度后，球团中铁氧化物才会与煤热解产生的呆滞碳进行以CO2为气化剂的碳气化反应为核心的系列冶金还原反应，这一过程对球团中铁氧化物的还原率仅在5%左右，这一过程称为“碳还原过程”。
金属氧化物在炉内的加热反应过程如下：
炉膛内部通过上部烧嘴燃料燃烧进行供热，炉内温度可达1250℃以上。在转底炉炉体转动过程中，球团先后经历装入区预热、加热区升温、还原区还原以及卸料区的出料过程，可使球团得到还原。转底炉内产生的烟气在炉料上方与物料旋转方向逆向流动过程中，依靠炉壁和火焰的辐射传热，将燃料燃烧产生的热量传递给焙烧球团，当含碳球团加热到还原温度后，球团内部的金属氧化物颗粒与碳颗粒及还原气体发生反应，最终生成铁含量较高的金属化球团。金属化球团到达出料口时，用出料机将还原完成的金属化球团排出。由于转底炉内温度高达1250～1300℃，在炉底转动一周期间内，可根据球团的还原情况，调节球团在炉内的停留时间，使球团中的金属氧化物几乎全部还原，还原中未消耗的碳仍留在海绵铁中。由于含碳球团中的碳在整个球团内均匀分布，当球团达到一定温度时，分布在球团内的无数碳粒及还原气体与铁、锌等氧化物发生还原反应，因此球团内部的还原可称为“自还原”。
相比于传统的回转炉，本工艺具有以下优点：
（1）通过球团内配煤工艺，将钒钛磁铁精矿与高挥发分煤按一定的比例混合，再添加一定比例的粘结剂后进行造球，球团再在转底炉内进行高温还原反应，实现金属氧化物的还原。
（2）金属氧化物在转底炉内的高温还原速度快，粉尘中许多有害元素和物质能够在高温下挥发或分解，可燃物作为燃料燃烧。
（3）转底炉为封闭系统，炉内微负压操作，生产过程中基本上无污染排放，最终的固体产物和经过净化的烟气均符合环保要求，而且烟气余热得到充分利用。
（4）回转窑在还原含铁物料过程中，回转窑内温度过高容易出现结圈，因此回转窑的温度控制在1100～1200℃；而本工艺采不存在炉内结圈问题，可将炉内温度提高至1250～1280℃，使炉温处于物料的软熔点温度以下，可提高炉内火焰向物料的传热温差，从而提高转底炉的产能和还原质量。
本发明的有益效果在于：
1.钒钛磁铁矿采用氢冶金工艺实现高效还原
本发明在钒钛磁铁矿的气-固还原过程中，提高气体还原剂中H2比例，可明显提高铁化合物的还原速率和还原效率。与CO的还原潜能相比，H2的还原潜能大大高于CO，可使钒钛磁铁矿得到高效还原；
2.钒钛磁铁矿采氢冶金可实现各有价金属的综合利用
本发明实现了其中铁、钒、钛等有价元素的高效利用，资源回收率均大于85%，经济效益显著，同时采用高挥发份煤代替焦炭生产铁水，可大大降低生产成本，缓解焦炭资源紧缺及炼焦过程中的环境污染压力；
3.钒钛磁铁矿还原以H2为主且易获取
矿煤混合物组成的球团中，高挥发分煤充分热解后产生大量H2，H2还原铁氧化物后生成气态H2O，H2O气化碳又产生新的H2和CO；省去了常规生产中需要单独生产储备H2 的环节，减少生产环节，降低生产成本；
4.降低碳排放
本发明对钒钛磁铁矿的还原剂使用高挥发分煤，其固定碳含量低，氢元素含量高，冶金还原过程以H2为主，排放的烟气中CO2含量与传统“铁烧焦”工艺相比大幅降低，有效降低了碳排放。
附图说明
图1是本发明的工艺流程图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明：
实施例1：
一种钒钛磁铁矿煤基还原工艺，包括以下步骤：
S1原料选用：原料采用铁品位48～55%、SiO2含量3～5%、粒度200目以下占80%以上的钒钛磁铁精矿；燃料及还原剂采用高挥发分煤，优选挥发分45～50%、固定碳含量43～48%、粒度小于10mm的褐煤；
S2原料处理：将步骤S1中的钒钛磁铁精矿加入到精矿干燥机进行干燥，将高挥发分煤加入到煤干燥机中进行干燥，除去物料中的水分；然后将干燥后的高挥发分煤磨细至200目以下占80%以上；
S3球团制备：按照重量份，选取钒钛磁铁精矿100份、高挥发分煤38份、粘结剂2份、聚焦剂1，进行配料、混匀，然后采用圆盘造球机加水制备湿球团，得到粒度20～25mm的湿球；再将制得的湿球团放置到湿球干燥机上进行干燥；
S4球团焙烧：将步骤S3制得的球团输送到转底炉入料端，由布料器将其均匀铺设到转底炉的炉底上，控制铺设厚度60～70mm；然后开始焙烧，控制炉膛温度1280～1300℃、焙烧时间50～52min，使钒钛磁铁矿得到充分还原；
S5卸料：球团到达转底炉出料区，通过螺旋出料装置连续排出，即获得高温金属化球团，其金属化率95～97%，碳含量为0.5～1%，冷态强度大于1500N；高温金属化球团排出后立即转入无氧冷却装置中，将金属化球团冷却到80℃以下；
S6干磨干选：将步骤S5得到的金属化球团依次送入干式磨矿机和干式磁选机中进行筛分，可得到铁含量10～15%、TiO2含量45～47%、V2O5含量2.5～3.5%的富钒钛尾渣以及铁品位81～85%、金属化率95～97%的铁粉；
S7铁粉处理：在不添加粘结剂的情况下，将步骤S6得到的铁粉加压制备成直径25～35mm，强度大于600N的的椭圆球；
将椭圆球放入电炉中加热，在不添加任何还原剂及熔剂的情况下，使椭圆球中铁与渣进行分离；控制炉温1630～1650℃、加热时间55～57min，可得到铁含量98%以上、碳含量0.1～0.2%的半钢以及铁含量8～10%、TiO2含量45～50%、V2O5含量3～4%的富钒钛渣；
S8富钒钛尾渣处理：将步骤S6得到的富钒钛尾渣以及步骤S7得到的富钒钛渣浸酸处理，可得到高品位V2O5粉和TiO2粉。
实施例2：
一种钒钛磁铁矿煤基还原工艺，包括以下步骤：
S1原料选用：原料采用铁品位48～55%、SiO2含量3～5%、粒度200目以下占80%以上的钒钛磁铁精矿；燃料及还原剂采用高挥发分煤，优选挥发分45～50%、固定碳含量43～48%、粒度小于10mm的褐煤；
S2原料处理：将步骤S1中的钒钛磁铁精矿加入到精矿干燥机进行干燥，将高挥发分煤加入到煤干燥机中进行干燥，除去物料中的水分；然后将干燥后的高挥发分煤磨细至200目以下占80%以上；
S3球团制备：按照重量份，选取钒钛磁铁精矿100份、高挥发分煤40份、粘结剂1份、聚焦剂2，进行配料、混匀，然后采用圆盘造球机加水制备湿球团，得到粒度20～25mm的湿球；再将制得的湿球团放置到湿球干燥机上进行干燥；
S4球团焙烧：将步骤S3制得的球团输送到转底炉入料端，由布料器将其均匀铺设到转底炉的炉底上，控制铺设厚度60～70mm；然后开始焙烧，控制炉膛温度1250～1270℃、焙烧时间52～53min，使钒钛磁铁矿得到充分还原；
S5卸料：球团到达转底炉出料区，通过螺旋出料装置连续排出，即获得高温金属化球团，其金属化率95～97%，碳含量为0.5～1%，冷态强度大于1500N；高温金属化球团排出后立即转入无氧冷却装置中，将金属化球团冷却到80℃以下；
S6干磨干选：将步骤S5得到的金属化球团依次送入干式磨矿机和干式磁选机中进行筛分，可得到铁含量10～15%、TiO2含量45～47%、V2O5含量2.5～3.5%的富钒钛尾渣以及铁品位81～85%、金属化率95～97%的铁粉；
S7铁粉处理：在不添加粘结剂的情况下，将步骤S6得到的铁粉加压制备成直径40～50mm，强度大于600N的的椭圆球；
将椭圆球放入电炉中加热，在不添加任何还原剂及熔剂的情况下，使椭圆球中铁与渣进行分离；控制炉温1600～1620℃、加热时间58～60min，可得到铁含量98%以上、碳含量0.1～0.2%的半钢以及铁含量8～10%、TiO2含量45～50%、V2O5含量3～4%的富钒钛渣；
S8富钒钛尾渣处理：将步骤S6得到的富钒钛尾渣以及步骤S7得到的富钒钛渣浸酸处理，可得到高品位V2O5粉和TiO2粉。
实施例3：
一种钒钛磁铁矿煤基还原工艺，包括以下步骤：
S1原料选用：原料采用铁品位48～55%、SiO2含量3～5%、粒度200目以下占80%以上的钒钛磁铁精矿；燃料及还原剂采用高挥发分煤，优选挥发分45～50%、固定碳含量43～48%、粒度小于10mm的褐煤；
S2原料处理：将步骤S1中的钒钛磁铁精矿加入到精矿干燥机进行干燥，将高挥发分煤加入到煤干燥机中进行干燥，除去物料中的水分；然后将干燥后的高挥发分煤磨细至200目以下占80%以上；
S3球团制备：按照重量份，选取钒钛磁铁精矿100份、高挥发分煤39份、粘结剂3份、聚焦剂2，进行配料、混匀，然后采用圆盘造球机加水制备湿球团，得到粒度20～25mm的湿球；再将制得的湿球团放置到湿球干燥机上进行干燥；
S4球团焙烧：将步骤S3制得的球团输送到转底炉入料端，由布料器将其均匀铺设到转底炉的炉底上，控制铺设厚度60～70mm；然后开始焙烧，控制炉膛温度1270～1290℃、焙烧时间53～55min，使钒钛磁铁矿得到充分还原；
S5卸料：球团到达转底炉出料区，通过螺旋出料装置连续排出，即获得高温金属化球团，其金属化率95～97%，碳含量为0.5～1%，冷态强度大于1500N；高温金属化球团排出后立即转入无氧冷却装置中，将金属化球团冷却到80℃以下；
S6干磨干选：将步骤S5得到的金属化球团依次送入干式磨矿机和干式磁选机中进行筛分，可得到铁含量10～15%、TiO2含量45～47%、V2O5含量2.5～3.5%的富钒钛尾渣以及铁品位81～85%、金属化率95～97%的铁粉；
S7铁粉处理：在不添加粘结剂的情况下，将步骤S6得到的铁粉加压制备成直径35～45mm，强度大于600N的的椭圆球；
将椭圆球放入电炉中加热，在不添加任何还原剂及熔剂的情况下，使椭圆球中铁与渣进行分离；控制炉温1620～1640℃、加热时间57～59min，可得到铁含量98%以上、碳含量0.1～0.2%的半钢以及铁含量8～10%、TiO2含量45～50%、V2O5含量3～4%的富钒钛渣；
S8富钒钛尾渣处理：将步骤S6得到的富钒钛尾渣以及步骤S7得到的富钒钛渣浸酸处理，可得到高品位V2O5粉和TiO2粉。
本发明钒钛磁铁矿还原建立在氢冶金基础上，氢冶金转底炉的工艺耗能量即用于还原金属氧化物，使得物料理升温的有效热大幅降低，意味着在同样传热量的前提下，产能会大幅提升。此外，氢冶金的反应温度点低，铁氧化物在更低的温度下被还原，有活性颗粒碳参加时温度会更低；由于传热量取决于炉膛温度与物料温度的差异，因此同样的炉膛温度下，会传入料层更多的热量，提高对热量的使用效率。
本工艺采用煤基氢冶金-磨选技术可使钒钛磁铁矿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，而钒、钛在其中仍保持氧化物形态，然后将所得金属化物料进行细磨、分选，可得到品位较高的铁粉及富钒钛尾矿；再对富钒钛尾矿进行处理提取钒钛，这种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，同时金属化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。
本工艺钒钛磁铁矿经煤基氢冶金后，采用干磨机和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。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。在整个工艺中，铁回收率90%以上，钒的回收率88%以上，钛的回收率89%以上。
需要说明的是，以上仅是本发明的部分实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种钒钛磁铁矿煤基还原工艺，其特征在于,包括以下步骤：
S1原料选用：原料采用铁品位48～55%、SiO2含量3～5%、粒度200目以下占80%以上的钒钛磁铁精矿；燃料及还原剂采用高挥发分煤；
S2原料处理：将步骤S1中的钒钛磁铁精矿和高挥发分煤分别进行干燥，除去水分；然后将干燥后的高挥发分煤磨细至200目以下占80%以上；
S3球团制备：按照重量份，选取钒钛磁铁精矿100份、高挥发分煤38～40份、粘结剂1～3份、聚焦剂1～2，进行配料、混匀，然后加水制备湿球团，得到粒度20～25mm的湿球团；再将制得的湿球团放置到干燥设备上进行干燥；
S4球团焙烧：将步骤S3制得的球团铺设到转底炉的炉底上，控制铺设厚度60～70mm；然后开始焙烧，控制炉膛温度1250～1300℃、焙烧时间50～55min，使钒钛磁铁矿得到充分还原；
S5卸料：球团到达转底炉出料区，通过出料装置排出，即获得高温金属化球团，其金属化率95～97%，碳含量为0.5～1%，冷态强度大于1500N；高温金属化球团排出后立即转入无氧冷却装置中，将金属化球团冷却到80℃以下；
S6干磨干选：将步骤S5得到的金属化球团进行干磨和干选，可得到铁含量10～15%、TiO2含量45～47%、V2O5含量2.5～3.5%的富钒钛尾渣以及铁品位81～85%、金属化率95～97%的铁粉；
S7铁粉处理：将步骤S6得到的铁粉加压制备成直径25～50mm，强度大于600N的的椭圆球；将所述椭圆球放入电炉中加热，控制炉温1600～1650℃、加热时间55～60min，可使椭圆球中铁与渣进行分离，得到铁含量98%以上、碳含量0.1～0.2%的半钢以及铁含量8～10%、TiO2含量45～50%、V2O5含量3～4%的富钒钛渣；
S8富钒钛尾渣处理：将步骤S6得到的富钒钛尾渣以及步骤S7得到的富钒钛渣浸酸处理，可得到高品位V2O5粉和TiO2粉。
2.根据权利要求1所述的钒钛磁铁矿煤基还原工艺，其特征在于，所述步骤S2中钒钛磁铁精矿使用精矿干燥机进行干燥，高挥发分煤使用煤干燥机进行干燥，并采用蓄热式换热器排出的300～400℃高温烟气作为干燥热源。
3.根据权利要求1所述的钒钛磁铁矿煤基还原工艺，其特征在于，所述步骤S3中使用湿球干燥机对湿球进行干燥，采用从余热锅炉排出的300～400℃的烟气作为热源进行干燥。
4.根据权利要求1所述的钒钛磁铁矿煤基还原工艺，其特征在于,所述高挥发分煤为挥发分45～50%、固定碳含量43～48%、粒度小于10mm的褐煤或泥煤。
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1641045A (zh) * 2005-01-07 2005-07-20 四川龙蟒集团有限责任公司 从钒钛磁铁矿中分离提取金属元素的方法
CN111500812A (zh) * 2020-05-08 2020-08-07 张岩 一种从钒钛磁铁精矿中分离钒、钛、铁的方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1641045A (zh) * 2005-01-07 2005-07-20 四川龙蟒集团有限责任公司 从钒钛磁铁矿中分离提取金属元素的方法
CN111500812A (zh) * 2020-05-08 2020-08-07 张岩 一种从钒钛磁铁精矿中分离钒、钛、铁的方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
陈双印: "钒钛磁铁矿金属化还原-选分-电热熔分新工艺", 《东北大学学报》 *

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