CN116119723A - 钒钛磁铁精矿预氧化制备熔剂型铁酸钙的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种钒钛磁铁矿预氧化制备熔剂型铁酸钙的方法，包括如下步骤：将细磨钒钛磁铁精矿进行氧化焙烧，再降温冷却，之后与生石灰混匀，造球，在空气气氛下焙烧，降温冷却，细磨。采用钒钛磁铁精矿制备熔剂型铁酸钙，具有原料来源广泛，成本低的特点；制备的铁酸钙环境污染小，熔化性能好。
Description
技术领域
本发明技术属于钢铁冶金领域，特别涉及采用钒钛磁铁精矿制备熔剂性铁酸钙的方法。
背景技术
铁酸钙具有熔点低、粘度低、粘结性好等特点，广泛应用于冶金过程如作为铁矿石烧结过程粘结相，用作炼钢过程的预熔型造渣剂等。在铁矿石烧结过程中，铁酸钙作为烧结矿主要粘结相,对烧结矿性能具有积极改善作用，铁酸钙能显著改善烧结矿冷态强度、成品率及还原性能。但由于国内优质铁矿资源贫乏，进口优质铁矿资源品质劣化、价格上涨。烧结原料品质劣化不可避免，造成了烧结矿质量不断下降，烧结成本增加等问题。对于处理难烧结矿物，研究和实践表明，铁酸钙可作为烧结过程添加剂，大大改善烧结特性，扩大国内铁矿资源利用范围。烧结过程中铁酸钙生成是烧结矿配矿需要考虑的重要因素，对优化配矿具有重要指导作用。铁酸钙由于其熔点低，粘度低等特性，也可作炼钢过程预熔渣。在炼钢及精炼过程中，采用预熔渣造渣技术，可以提供良好的造渣能力，节省石灰石消耗，改善炼钢动力学条件，降低炼钢成本。
传统的铁酸钙制备工艺需要采用高品位铁矿进行制备，但国内高品位铁矿资源贫乏，且进口铁矿粉价格较高，限制了低成本铁酸钙的大规模应用。国内攀西地区有丰富的钒钛磁铁矿资源，钒钛铁精矿相较于高品位矿有较大成本优势，采用钒钛磁铁矿制备铁酸钙，能显著降低铁酸钙制备成本。目前，采用钒钛磁铁精矿制备铁酸钙技术未见报道。基于此，本发明提出了一种低成本钒钛磁铁矿制备铁酸钙的方法。
发明内容
针对上述存在的问题，本发明主要解决的技术问题是：如何通过钒钛磁铁精矿制备熔剂型铁酸钙。
本发明提供了一种钒钛磁铁矿预氧化制备熔剂型铁酸钙的方法，包括如下步骤：
步骤1：氧化焙烧：将细磨钒钛磁铁精矿进行氧化焙烧。焙烧气氛为空气气氛，焙烧温度为1100-1200℃，焙烧时间为30-60min；
步骤2：降温冷却：将焙烧后的钒钛铁精矿粉末放置于气氛中降低至室温；
步骤3：配料与混匀：将所涉及的原料进行充分混匀，各原料按质量份确定为：60-70份焙烧后的钒钛铁精矿、30-40份生石灰；
步骤4：造球：将步骤3混匀后的试样制成小球状生球样品；
步骤5：将小球状生球样品在空气气氛下焙烧，焙烧温度为1150℃-1250℃，焙烧时间为30-60min；
步骤6：降温冷却：将焙烧后的小球放置于气氛中冷却至室温；
步骤7：细磨：将步骤6冷却后的小球置于磨样机中磨成细粉，且粒度在100目以下，即可得到熔剂型铁酸钙。
作为优选，采用铁品位高于56％(优选58％)的钒钛铁精矿，且钒钛铁精矿的粒度小于200目的质量分数大于90％。
作为优选，所述步骤2中将焙烧后的钒钛铁精矿粉末放置于空气气氛中，以40-60℃/min的降温速率降低至室温。
作为优选，所述生石灰粉末的粒度小于200目。
作为优选，所述步骤4中小球状生球样品的直径不大于20mm。
作为优选，所述步骤6中的冷却过程在空气中冷却即可。
本发明具有如下优点：
1)采用钒钛磁铁精矿制备熔剂型铁酸钙，具有原料来源广泛，成本低的特点；
2)本发明制备的铁酸钙环境污染小，熔化性能好。
附图说明
图1为合成的铁酸钙XRD结果和铁酸钙标准峰。
图2为钒钛磁铁矿合成铁酸钙过程中主要反应的吉布斯自由能。
具体实施方式
下面对本发明作进一步详细说明。
实施例1
钒钛磁铁精矿预氧化制备熔剂性铁酸钙的方法，包括如下步骤：
步骤1：氧化焙烧：将细磨钒钛磁铁精矿进行氧化焙烧。钒钛铁精矿粒度越小，可以缩短氧化焙时间。具体实施可采用铁品位56.6％的钒钛铁精矿，且钒钛磁铁精矿的粒度选择小于100目，采用回转窑对钒钛磁铁精矿进行氧化焙烧，控制焙烧温度为1150℃，焙烧时间为60min；
步骤2：降温冷却：将焙烧后的钒钛铁精矿粉末放置于空气气氛中自然冷却至室温；
步骤3：配料与混匀：将所涉及的原料进行充分混匀，各原料按质量份确定为：65份焙烧后的钒钛铁精矿、35份生石灰；生石灰的粒度小于100目；
步骤4：造球：将步骤3混匀后的试样制成小球状生球样品，具体实施时可采用圆盘造球机进行造球，所造小球的直径控制在15mm左右，小球直径不大于20mm。
步骤5：将造好的小球放置于空气气氛中，焙烧温度为1200℃，焙烧时间为60min。具体实施时可采用回转窑进行焙烧。
步骤6：降温冷却：将焙烧后的小球放置于空气气氛中自然冷却至室温；
步骤7：细磨：将步骤6冷却后的小球破碎研磨成粉末，且粒度在100目以下，即可得到熔剂型铁酸钙。具体实施时可采用球磨机进行破碎研磨。
对制备完成后的熔剂型铁酸钙进行XRD检测，检测结果如图1所示，从图中可以看出，制备产物基本为铁酸钙。
制备完成后的熔剂型铁酸钙的熔点为熔点1205℃。
本发明所述钒钛磁铁精矿预氧化制备熔剂型铁酸钙的原理是：
本发明所制备的熔剂型铁酸钙主要成分是铁酸一钙(CaFe2O4)和铁酸二钙(Ca2Fe2O5)，采用钒钛磁铁精矿制备的铁酸钙，其还含有少量的钙钛矿(CaTiO3)组成。
采用固相合成法制备熔剂型铁酸钙，铁酸钙制备过程中，涉及的主要反应为：CaO+Fe2O3＝CaFe2O4和2CaO+Fe2O3＝Ca2Fe2O5，而FeO不能直接参与铁酸钙的形成。在钒钛磁铁精矿中有较高含量的FeO，因此将钒钛磁铁精矿进行预氧化处理，使其中的FeO氧化形成Fe2O3，方便后续铁酸钙的制备。
钒钛磁铁矿氧化过程中物相变化规律为：FeTiO3→FeTiO3+Fe2O3+TiO2→Fe2O3+TiO2+Fe2Ti3O9→Fe2O3+TiO2+Fe2TiO5→Fe2TiO5。在氧化焙烧过程中，需要有O2参与，控制气氛在空气下，可以同时兼顾成本。
随着氧化时间的延长，Fe3O4会转化为Fe2O3，FeTiO3会先转化为Fe2O3+TiO2，而后又转化为Fe2TiO5。因此，氧化焙烧过程时间不宜过长，在1200℃下控制在60min内。
石灰在储存和运输过程中，会和环境中的水或二氧化碳反应，生成Ca(OH)2和CaCO3，在焙烧过程中，Ca(OH)2和CaCO3在高温下分解形成有较高活性的CaO，其后与氧化焙烧后钒钛铁精矿中的Fe2O3反应形成铁酸钙，与TiO2反应形成CaTiO3。焙烧过程涉及的主要反应有：Ca(OH)2＝CaO+H2O，CaCO3＝CaO+CO2，CaO+Fe2O3＝CaFe2O4，2CaO+Fe2O3＝Ca2Fe2O5，CaO+TiO2＝CaTiO3。其中，该体系下可能发生反应的吉布斯自由能如图2所示，从图中可以看出，体系中最稳定的物质为CaTiO3，其次为Ca2Fe2O5和CaFe2O4。降低钒钛铁精矿中的TiO2含量可以减少该方法制备的熔剂型铁酸钙中的钙钛矿含量。
Claims (6)
1.钒钛磁铁矿预氧化制备熔剂型铁酸钙的方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：氧化焙烧：将钒钛磁铁精矿进行氧化焙烧，焙烧气氛为空气气氛，焙烧温度为1100-1200℃，焙烧时间为30-60min；
步骤2：降温冷却：将步骤1焙烧后的钒钛铁精矿冷却至室温；
步骤3：配料与混匀：将步骤2得到的钒钛铁精矿与生石灰混匀，各原料按质量份为：60-70份焙烧后的钒钛铁精矿、30-40份生石灰；
步骤4：造球：将步骤3混匀后的试样制成小球状生球样品；
步骤5：将步骤4得到的小球状生球样品在空气气氛下焙烧，焙烧温度为1150℃-1250℃，焙烧时间为30-60min；
步骤6：降温冷却：将步骤5焙烧后的小球冷却至室温；
步骤7：细磨：将步骤6冷却后的小球置于磨样机中磨成细粉，且粒度在100目以下，即可得到熔剂型铁酸钙。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，采用铁品位高于56％的钒钛铁精矿，且钒钛铁精矿的粒度小于200目的质量分数大于90％。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述生石灰粉末的粒度小于200目。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤4中小球状生球样品的直径不大于20mm。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤2和6中的冷却过程在空气中冷却。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤2中将焙烧后的钒钛铁精矿粉末放置于空气气氛中，以40-60℃/min的降温速率降低至室温。
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