專利名稱：釩鈦磁鐵礦冷固結(jié)含炭球團直接還原電爐熔分生產(chǎn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于冶金行業(yè)中環(huán)保的綜合利用煉鐵技術(shù)領(lǐng)域。特別適用于釩鈦磁鐵礦冷固結(jié)含炭球團的制備與直接還原和電爐熔分的生產(chǎn)方法。該方法是針對釩鈦磁鐵礦復(fù)合礦采用造球、直接還原和提取釩、鈦、鐵、鉻等金屬的生產(chǎn)方法。
背景技術(shù)：
中國鐵礦資源主要集中在鞍山、冀東、攀西地區(qū)。攀西地區(qū)的釩鈦磁鐵礦資源是中國的戰(zhàn)略性資源。中國鈦資源總量占世界的38.85％，其中90.3％在攀西地區(qū)。世界釩資源98％以釩鈦磁鐵礦形式存在，中國釩資源總量占世界的11.6％，其中63％集中在攀西地區(qū)。中國已探明以鉻礦形式存在的鉻總儲量(按Cr2O3計算)只有600多萬噸，其中90％分布于難于開采的西藏；攀枝花紅格礦區(qū)釩鈦磁鐵礦中含有兩倍于其V2O5的鉻資源，折合鉻礦(45％Cr2O3)近2000萬噸，是全國鉻礦儲量的3倍多。
目前釩鈦磁鐵礦資源在工業(yè)化生產(chǎn)上綜合利用的唯一方法是采用“釩鈦磁鐵礦精礦燒結(jié)礦+釩鈦磁鐵礦精礦氧化球團+焦炭+高爐冶煉”工藝煉鐵，再從鐵水中提取釩。該工藝存在以下主要問題(1)不能進行全釩鈦磁鐵礦冶煉，為了解決高爐泡沫渣問題，燒結(jié)礦、球團礦中需要添加30％左右普通礦，高爐冶煉過程添加10％左右普通礦；(2)高爐冶煉過程釩的回收率不足50％；(3)含有8～13％TiO2的釩鈦磁鐵精礦經(jīng)高爐冶煉后爐渣中雖然還含有TiO222～25％，但目前作為廢渣被丟棄，精礦中的TiO2無法再回收，釩鈦磁鐵礦中70％的鈦資源在高爐冶煉過程中被“流失”(回收率0％)。(4)攀枝花紅格礦區(qū)釩鈦磁鐵礦中Cr2O3含量是V2O5的兩倍，而且Cr2O3與V2O5共用一套工藝設(shè)備的綜合提取成本較低，有具備產(chǎn)業(yè)化的條件，但因高爐的冶煉是采用以混合礦為主的工藝方法，而該方法無法單獨回收Cr2O3(回收率0％)；(5)使用寶貴的冶金焦炭；(6)燒結(jié)、球團、焦化、高爐投資大，生產(chǎn)成本高；(7)水資源耗費大；(8)環(huán)境污染嚴重。
在現(xiàn)有技術(shù)中，采用普通礦的非高爐冶煉方法主要分為氣基和煤基兩類，而該方法又主要分為直接還原-磨選、直接還原-電爐熔分、熔融還原三種工藝，但是到目前為止，還沒有一種工藝可應(yīng)用于釩鈦磁鐵礦(復(fù)合礦)的非高爐冶煉方法中。
雖然有人也曾在文獻中對釩鈦磁鐵礦的綜合利用有過介紹，例如在《復(fù)合礦綜合利用》(王文忠主編.P107-109，東北大學(xué)出版社，1994)，在該文獻中介紹了兩種釩鈦磁鐵礦綜合利用的傳統(tǒng)方法。第一種方法是高溫氧化鈉化焙燒方法，先用釩鈦磁鐵礦精礦配加膨潤土和大量Na2SO4造球，經(jīng)鈉化氧化焙燒獲得氧化球團，氧化球團冷卻后水浸提釩，浸釩后氧化球團配入大量褐煤或次煙煤塊，進入回轉(zhuǎn)窯直接還原，直接還原球團熱狀態(tài)下進入電爐熔分，可實現(xiàn)鐵、釩、鈦的綜合回收，鐵、釩、鈦回收率分別為85-89％、58％和74％。在該方法中存在的主要問題是(1)生產(chǎn)流程長，需要增加氧化焙燒、水浸提釩后烘干等過程；(2)鈉化劑消耗高，由于配入大量Na2SO4，氧化焙燒過程烘干時生球大量粉化；(3)提釩過程產(chǎn)生粉末多，提釩后球團強度大幅度下降，不能滿足回轉(zhuǎn)窯內(nèi)還原需要，還原過程產(chǎn)生大量粉末；(4)還原劑只能使用褐煤、次煙煤塊，該資源在大多數(shù)釩鈦磁鐵礦的分布地區(qū)不能被經(jīng)濟獲取；(5)鐵氧化物靠外部擴散的環(huán)境來完成還原反應(yīng)，還原時間長(180～240min)；(6)C/Fe比高(0.6～1)；(7)球團先高溫氧化再降溫提釩，再升溫到高溫還原，能源消耗高；(8)鐵、釩、鈦回收率低。該方法經(jīng)過多次的試用還從未獲得過成功。第二種方法是高溫氧化還原法，該方法是先用釩鈦磁鐵精礦配加膨潤土造球，冷固結(jié)球團經(jīng)高溫預(yù)熱(900～1000℃)固結(jié)(半氧化球團)，配入大量褐煤或次煙煤塊后，再經(jīng)回轉(zhuǎn)窯直接還原，直接還原球團熱狀態(tài)下進入電爐熔分后可實現(xiàn)鐵、釩、鈦的綜合回收。鐵、釩、鈦回收率分別為89％、55％和80％，實現(xiàn)了鐵、釩、鈦綜合回收，減少了鈉化劑消耗，但仍存在的主要問題是(1)還原劑只能使用褐煤、次煙煤塊，該資源在大多數(shù)釩鈦磁鐵礦的分布地區(qū)不能經(jīng)濟獲取；(2)冷固結(jié)球團經(jīng)高溫預(yù)熱(900～1000℃)固結(jié)(半氧化球團)后強度不能滿足回轉(zhuǎn)窯內(nèi)還原需要，還原過程產(chǎn)生大量粉末；(3)鐵氧化物是靠外部擴散還原的環(huán)境來完成還原反應(yīng)的，因此還原的時間長(180～240min)；(4)C/Fe比高(0.6～1)；(5)鐵、釩、鈦回收率低。由于存在以上的問題，所以該工藝方法仍未應(yīng)用于工業(yè)化生產(chǎn)。
早期還有公開的85103346專利申請，該專利內(nèi)容是采用有機化合物固結(jié)球團直接還原的方法，該方法是將自配的高分子復(fù)合粘結(jié)劑腐植酸鹽溶液同鐵精礦、煤粉混勻潤磨后造球，復(fù)合球團經(jīng)干燥、高溫預(yù)熱固結(jié)，再同非煉焦粗煤粉混合進入長徑比大的回轉(zhuǎn)窯還原，該方法指出內(nèi)配非煉焦煤9～10％情況下的釩鈦磁鐵礦復(fù)合球團還原溫度為1200～1250℃。該方法對釩鈦磁鐵礦而言存在以下主要問題(1)該方法獲得的球團是一種低配炭球團，內(nèi)配非煉焦煤9～10％不能完成全部還原反應(yīng)，需要大量外配炭(10～1mm非煉焦煤占球團重量的40～60％)，鐵氧化物主要是以外部為主、內(nèi)部為輔的還原方式來完成還原反應(yīng)，其窯頭噴入5～1mm非煉焦煤作還原保護劑，C/Fe比高(0.45～0.6，未包含磁選分離的剩余還原劑)，磁選分離產(chǎn)生的大量剩余褐煤、次煙煤塊因質(zhì)量變差不能循環(huán)使用，因此能源消耗高；(2)未經(jīng)提純的腐植酸鹽含灰份高，加入量大(2～3％)，大幅度降低球團金屬品位，加大提取釩、鈦的難度和成本；(3)腐植酸鹽以水溶液方式在配料時加入，混合料難以混勻，潤磨效果差，造球不均勻；(4)由于生球中未加入膨潤土而耐高溫強度差，只能低溫烘干(150～200℃)處理；因加入大量腐植酸鹽，生球烘干后雖抗壓強度好，但因未加入膨潤土而落下強度差(發(fā)脆)，在中高溫預(yù)熱時(600～1000℃)爆裂情況明顯，回轉(zhuǎn)窯還原過程難以順行；(5)對于低配炭釩鈦磁鐵礦球團，雖然給出1200～1250℃的還原溫度區(qū)，但事實上在回轉(zhuǎn)窯內(nèi)快速升溫和高溫還原10～15分鐘將金屬化率提高到90％以上是難以實現(xiàn)的。由于在該方法中存有上述難以克服的缺陷，所以該專利在公布20年仍未被應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)。
再有ZL99115348.0還介紹了一種綜合利用釩鈦磁鐵礦新工藝的專利，該方法是采用釩鈦磁鐵礦精礦添加復(fù)合粘結(jié)劑以及固體Na2SO4和Na2CO3造球，冷固結(jié)球團經(jīng)烘干后與褐煤或次煙煤塊一道進入還原爐進行還原，還原球團經(jīng)過密封冷卻后進行磨選鐵粉，非磁性物采用兩段稀酸洗后作為提釩選鈦原料，其磨選釩、鈦回收率分別達到84％和85％。該方法所存在的主要問題是(1)還原劑只能使用優(yōu)質(zhì)褐煤、次煙煤塊，該資源在大多數(shù)釩鈦磁鐵礦分布地區(qū)不能經(jīng)濟獲取；(2)鐵氧化物靠外部擴散還原的環(huán)境來完成還原反應(yīng)，還原時間長(180～240min)；(3)需加入大量催化劑(Na2SO4和Na2CO3合計2％)降低還原溫度(降至1100～1150℃)，同時大幅度降低球團金屬品位，加大提取釩、鈦的難度和成本；(4)因為在生球中未加入膨潤土而耐高溫強度差，只能低溫烘干(150～200℃)處理；因加入大量腐植酸鈉和糊精，生球烘干后抗壓強度好，但因未加入膨潤土而落下強度差(發(fā)脆)，且中高溫預(yù)熱時(600～1000℃)爆裂情況明顯，回轉(zhuǎn)窯還原過程難以順行；(5)能源消耗大，C/Fe比高(0.5～0.6，未包含磁選分離的剩余還原劑)，磁選分離產(chǎn)生的大量剩余褐煤、次煙煤塊因質(zhì)量變差不能循環(huán)使用；(6)能源利用低(還原熱球團冷卻到常溫)，經(jīng)磨選的鐵粉若用于煉鋼還需經(jīng)過壓團和電爐加熱；(7)還原球團不易磨，兩段磨礦粒度要求高(-320目80～95％)；(8)當(dāng)釩鈦磁鐵礦精礦鈦含量偏低時(如TiO2≤9％)，因未考慮配入高品位鈦精礦來增加還原球團的鈦含量，大大增加了還原球團的選鈦難度和成本。由于存在上述的問題，該工藝也未應(yīng)用在工業(yè)化生產(chǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出一種采用釩鈦磁鐵礦精礦制備適用溫度寬、C/Fe和能源消耗低的冷固結(jié)含炭球團、直接還原效果好和電爐熔分提取釩、鈦、鐵、鉻收得率高，和綜合利用的釩鈦磁鐵礦冷固結(jié)含炭球團直接還原和電爐熔分的生產(chǎn)方法。
本發(fā)明方法是為了綜合利用釩鈦磁鐵礦中鐵、釩、鈦、鉻，經(jīng)濟獲取還原劑資源，解決冷固結(jié)含炭球團生球烘干溫度低、落下強度差、中高溫預(yù)熱爆裂以及還原時間長、C/Fe比高、能源消耗大和利用率低等問題，特提出本發(fā)明適用于工業(yè)化操作的生產(chǎn)方法。
在本發(fā)明目的中所提出的生產(chǎn)方法，是包括釩鈦磁礦精礦冷固結(jié)含炭球團的制備工藝、直接還原的工藝、還原球團的電爐熔分工藝三部分組成。在本發(fā)明方法中所采用的釩鈦磁礦精礦冷固結(jié)含炭球團的組合成分重量％為釩鈦磁鐵精礦75～85％、粒度-200目占40％以上；還原劑粉15～25％、粒度-80目占40％以上；粘結(jié)劑0.5～3％。其中還原劑粉是指細磨的無煙煤、煙煤、焦炭粉中的任意一種或一種以上的組合。粘結(jié)劑是指膨潤土、粒度-200目占90％以上和腐植酸鹽、粒度-80目占40％以上的任意一種或兩種的組合。
本發(fā)明所提出的適用于制備釩鈦磁礦精礦冷固結(jié)含炭球團、直接還原和電爐熔分的生產(chǎn)方法，該方法是由釩鈦磁礦精礦制備冷固結(jié)含炭球團的工藝、直接還原的工藝、還原球團的電爐熔分的工藝三部分組成，其特征在于將釩鈦磁鐵礦精礦與還原劑粉和粘結(jié)劑經(jīng)配料、混合、烘干、潤磨、造球獲得冷固結(jié)含炭球團；冷固結(jié)含炭球團經(jīng)過烘干、篩分后進入還原爐還原，在還原過程中可向球團料層加入還原劑保證還原過程的還原氣氛；還原球團在熱狀態(tài)下直接進入電爐進行熔化分離出鐵水和釩、鈦、鉻等貴重金屬富集的電爐渣，其具體工藝方法如下(1)釩鈦磁鐵礦精礦冷固結(jié)含炭球團的造球工藝按成分的重量％，是將75～85％的釩鈦磁鐵精礦、粒度-200目-占40％以上，15～25％的還原劑粉、粒度-80目占40％以上，0.5～3％的粘結(jié)劑進行配料。在成分中的還原劑粉是指細磨的無煙煤、煙煤、焦炭粉中的任意一種或一種以上的組合。粘結(jié)劑是指膨潤土、粒度-200目占90％以上和腐植酸鹽、粒度-80目占40％以上的任意一種或兩種的組合。待配料經(jīng)過混勻、烘干、潤磨后再進行造球，造球前物料中的水分含量為6.5～8.5％，造球后冷固結(jié)含炭球團中水分含量為9.5～10.0％，C/Fe比為0.25～0.40，球團粒徑為6～18mm。
在上述的釩鈦磁鐵礦精礦冷固結(jié)含炭球團成分中的其他特征是，還原劑粉是指無煙煤粉、煙煤粉、焦炭粉中的任意一種或一種以上的組合。粘結(jié)劑是指粒度-200目占90％以上的膨潤土，和粒度-80目占40％以上的腐植酸鹽中的任意一種或兩種的組合。其他特征還根據(jù)釩鈦磁鐵精礦的鐵、釩、鈦、鉻含量，配料時配入0～30％鈦精礦(粒度-200目占40％以上)和0～20％普通鐵精礦(粒度-200目占40％以上)取替相應(yīng)比例的釩鈦磁鐵礦精礦，或用來調(diào)整球團內(nèi)的鐵、釩、鈦、鉻含量，但釩鈦磁鐵精礦、鈦精礦、普通鐵精礦總配比不變。在釩鈦磁鐵礦精礦冷固結(jié)含炭球團的造球過程中，采用在后續(xù)的造球機中通過造球外裹還原劑粉的方式，液體狀態(tài)的腐植酸鹽溶液是在造球過程中采用噴入方式添加。在本發(fā)明方法中的釩鈦磁鐵礦冷固結(jié)含炭球團的造球工藝中，其混料、烘干、潤磨、造球均為現(xiàn)有工藝技術(shù)。
(2)釩鈦磁鐵礦精礦冷固結(jié)含炭球團直接還原工藝是包括烘干、預(yù)熱和還原三段，可在一個設(shè)備中分段完成或在2～3個不同的設(shè)備中分段進行。在烘干段是采用逐漸升溫的方式進行烘干，烘干溫度范圍為250～600℃，烘干時間范圍為10～40分鐘，待烘干后的冷固結(jié)含炭球團經(jīng)過篩分去除-6mm粉末后進入預(yù)熱段的設(shè)備中進行預(yù)熱，預(yù)熱溫度范圍為600～1100℃，預(yù)熱時間范圍為10～30分鐘，預(yù)熱后的冷固結(jié)含炭球團再經(jīng)過篩分去除-5mm粉末后進入還原段，球團在還原爐中的還原溫度為1150～1300℃，還原時間為30～90min。還原球團溫度為1000～1250℃，在不同的還原時間水平下，還原球團含殘?zhí)?～5％，金屬化率85～98％。在本發(fā)明方法中還原球團的烘干、預(yù)熱、直接還原過程的供熱方式，是采用煤氣、混合煤氣、噴入水煤漿、煤粉燃燒中的任意一種或一種組上的組合。為了保證直接還原工藝的效果，該方法其他特征還在于向還原爐內(nèi)噴入或在球團料層中加入還原劑粉的重量應(yīng)≤10％的冷固結(jié)含炭球團重量，該還原劑粉的粒度是-1mm占90％以上的無煙煤、煙煤、焦炭粉中的任意一種或一種以上的組合。電爐熔分所產(chǎn)生的可燃高溫氣體直接進入還原爐用作球團還原熱源，還原爐內(nèi)高溫?zé)煔膺M入預(yù)熱設(shè)備用作球團預(yù)熱熱源，預(yù)熱煙氣進入烘干設(shè)備用作烘干熱源。
(3)還原球團的電爐熔分工藝，是將溫度為1000～1250℃，含殘?zhí)?～5％，金屬化率85～98％的高溫還原球團直接進入電爐中進行熔化分離鐵水和電爐渣，熔化分離溫度1600～1800℃，熔化分離時間40～90分鐘。在電爐熔分過程中對還原球團中的殘?zhí)窟M行剩余的還原反應(yīng)，從而保證鐵的回收率在93～97％。其他特征還有當(dāng)還原球團中金屬化率低于90％，同時含殘?zhí)坎蛔?％時，應(yīng)向電爐中添加占還原球團重量0.1～4％的還原劑，保證還原球團中剩余的鐵氧化物被還原。通過控制直接還原溫度和還原球團的殘?zhí)亢?，控制釩、鉻在熔化分離過程中的流向，釩、鈦、鉻向電爐渣的富集率分別為85～9 0％，95～9 9％，8 5～9 0％，鐵水為低釩、低炭、微鈦(半鋼)。通過球團配料控制，將爐渣堿度控制在0.20～0.40(倍)，渣鐵分離效果好，鐵回收率95％，可以獲得V2O5＝1.0～3.5％，TiO2＝15.0～56.0％，Cr2O3＝0.10～7.0％的釩鈦鉻渣，該電爐渣易磨易選，可以直接作為常規(guī)方法提選釩、鉻、鈦的優(yōu)質(zhì)原料。從造球到電爐產(chǎn)出鐵水，C/Fe為0.36～0.4。
本發(fā)明對釩鈦磁鐵礦精礦采用冷固結(jié)含炭球團直接還原電爐熔分技術(shù)可實現(xiàn)鐵與釩、鈦、鉻的理想分離。采用本發(fā)明方法與現(xiàn)有技術(shù)的高爐法相比較具有以下優(yōu)點(1)不使用冶金焦炭，還原劑粉為無煙煤、煙煤、焦粉或三種的任意組合，易經(jīng)濟獲??；(2)省去燒結(jié)、球團、焦化工序，節(jié)省固定資產(chǎn)的投資50％以上，減少了水資源的消耗和環(huán)境的大幅度污染；(3)充分利用還原、熔分過程余熱煙氣和還原球團的物理熱，全流程的對比可節(jié)能40％左右；(4)在不添加造渣劑的情況下，渣鐵分離效果很好；(5)將釩回收率提高40％左右，電爐渣易磨，TiO2易選，回收率提高80％以上，可以單獨冶煉紅格礦區(qū)釩鈦磁鐵礦同時回收釩和鉻，鉻回收率提高80％以上；(6)產(chǎn)品綜合成本下降35％左右。采用本發(fā)明方法與高溫氧化鈉化法相比較的優(yōu)點是(1)省去氧化焙燒過程，節(jié)約固定資產(chǎn)投資10％，同時不使用鈉化劑，避免氧化焙燒過程烘干時生球大量粉化和提釩過程產(chǎn)生粉末多、提釩后球團強度大幅度下降不能滿足回轉(zhuǎn)窯內(nèi)還原需要、還原過程產(chǎn)生大量粉末等問題；(2)解決了還原劑粉只能使用褐煤、次煙煤塊的問題，還原劑粉的來源被擴展和成本降低；(3)由于本發(fā)明方法的鐵氧化物是靠內(nèi)部分子的接觸還原來完成還原反應(yīng)，還原時間被縮短1倍以上，產(chǎn)量提高1倍以上，設(shè)備運行費用降低50％左右；(4)C/Fe降低40～50％，煙氣和還原球團熱量被有效利用，節(jié)能40％左右；(5)鐵、釩、鈦回收率分別提高5％、25％、10％左右；(6)全流程產(chǎn)品綜合成本下降30％左右。采用本發(fā)明方法與高溫氧化還原電爐熔分法相比較還具備以下優(yōu)點(1)省去氧化焙燒過程，節(jié)約固定資產(chǎn)投資10％；(2)解決了還原劑只能使用褐煤、次煙煤塊的問題，還原劑粉的來源被擴展和成本降低；(3)鐵氧化物靠內(nèi)部分子接觸還原來完成還原反應(yīng)，還原時間縮短1倍以上，產(chǎn)量提高1倍以上，設(shè)備運行費用降低50％；(4)C/Fe降低40～50％，節(jié)能20％左右；(5)鐵、釩、鈦回收率分別提高5％、28％、6％左右；(6)全流程產(chǎn)品綜合成本下降20％左右。采用本發(fā)明方法與釩鈦磁鐵礦精礦高分子固結(jié)球團直接還原法相比較具備的優(yōu)點(1)不需要大量外配炭，鐵氧化物基本靠內(nèi)部分子接觸還原來完成還原反應(yīng)；(2)C/Fe降低30～40％，煙氣和還原球團熱量被有效利用，節(jié)能30％左右；(3)腐植酸鹽以固體在配料時加入或在造球時以水溶液方式噴入，配合料混勻、潤磨、造球效果好；(4)生球因加入膨潤土，烘干溫度大幅度提高，球團落下強度提高，在中高溫預(yù)熱不爆裂；(4)同比造球到直接還原產(chǎn)品綜合成本下降20％左右。采用本發(fā)明方法與釩鈦磁鐵礦精礦冷固結(jié)球團煤基直接還原磨礦磁選法相比具有以下優(yōu)點(1)解決了還原劑粉只能使用褐煤、次煙煤塊的問題，還原劑的來源大幅度擴展，成本降低；(2)不需加入大量催化劑，同等原料條件下還原球團金屬品位提高，降低了后續(xù)工序提取釩、鈦的難度和成本；(3)C/Fe比降低40～50％，煙氣和還原球團熱量被有效利用，節(jié)能40％左右；(4)鐵氧化物靠內(nèi)部分子接觸還原來完成還原反應(yīng)，還原時間縮短1倍以上，產(chǎn)量提高1倍以上，設(shè)備運行費用降低50％左右；(5)磨礦量減少65％以上，電爐渣易磨易選，磨礦節(jié)能80％以上；(6)同比造球到獲得鐵水產(chǎn)品綜合成本下降25％左右。
具體實施例方式
實施例1在四川攀枝花地區(qū)的焦爐煤氣綜合利用項目中實施此方案。將-200目55％的釩鈦磁鐵精礦(紅格礦V2O50.67％，Cr2O31.3％，TiO212.5％)和-200目70％的無煙精煤粉以及-200目99％的高效膨潤土、-180目50％腐植酸鹽分別按76.0％、22.25％、1.0％、0.75％的比例配料。配合料經(jīng)過混勻和潤磨后進入造球機制成12mm的冷固結(jié)含炭球團，造球前物料水分7.5％，球團水分9.5％，球團C/Fe比為0.39。冷固結(jié)含炭球團烘干溫度為300℃，預(yù)熱溫度980℃，還原溫度為1250℃，預(yù)熱-還原時間為80分鐘，還原球團金屬化率93.0％，含殘?zhí)?.0％。電爐熔化分離溫度1700℃，熔化分離時間45分鐘，不加入炭和造渣劑。鐵水C≤0.05％，V≤0.10％，Ti微量，V≤0.07％，鐵回收率95％，85％的釩和98％的鈦、鉻進入電爐渣中，電爐渣中V2O5、Cr2O3、TiO2分別達到2.0％、4.0％、41.0％。
實施例2在四川攀枝花地區(qū)的焦爐煤氣綜合利用項目中實施此方案。將-200目65％的釩鈦磁鐵精礦(攀枝花米易白馬礦，不含鉻，V2O50.78％，TiO210％)和-180目70％的無煙精煤粉以及-200目99％以上的高效膨潤土、-180目50％腐植酸鹽分別按76.5％、22％、1.0％、0.5％比例配料。配合料經(jīng)過混勻和潤磨后進入造球機制成10mm的冷固結(jié)含炭球團，造球前物料水分7.0％，球團水分9.5％，球團C/Fe比為0.38。冷固結(jié)含炭球團烘干溫度為500℃，預(yù)熱溫度1050℃，還原溫度為1225℃，預(yù)熱-還原時間為90分鐘，還原球團金屬化率95.0％，含殘?zhí)?.5％。電爐熔化分離溫度1650℃，熔化分離時間50分鐘，不加入炭。鐵水C≤0.05％，V≤0.05％，Ti、Cr微量，鐵回收率95％，90％的釩和99％的鈦進入渣中，渣中V2O5、TiO2分別達到2.7％、36.0％。
實施例3在四川攀枝花地區(qū)的焦爐煤氣綜合利用項目中實施此方案。將-200目70％的釩鈦磁鐵精礦(攀枝花米易白馬礦，不含鉻，V2O50.83％，TiO28.0％)和-200目40％的鈦精礦(TFe34％，TiO247.5％)、-180目70％的貧瘦精煤粉、-180目70％的無煙精煤粉以及-200目99％以上的高效膨潤土、-180目50％腐植酸鹽分別按58％、20％、10％、10.5％0.75％、0.75％比例配料。配合料經(jīng)過混勻和潤磨后進入造球機制成14mm的冷固結(jié)含炭球團，造球前物料水分7.0％，球團水分9.5％，球團C/Fe比為0.37。冷固結(jié)含炭球團烘干溫度為600℃，預(yù)熱溫度890℃，還原溫度為1200℃，預(yù)熱-還原時間為110分鐘，還原球團金屬化率94.5％，含殘?zhí)?.1％。電爐熔化分離溫度1620℃，熔化分離時間55分鐘，不加入炭。鐵水C≤0.05％，V≤0.0 3％，Ti微量，鐵回收率95％，95％的釩和99％的鈦進入渣中，渣中V2O5、TiO2分別達到2.0％、48.5％。
我們根據(jù)四川攀枝花地區(qū)現(xiàn)有的不同資源進行了6組份的試驗與生產(chǎn)，首先我們采用本發(fā)明方法對釩鈦磁鐵礦精礦冷固結(jié)含炭球團進行造球的試驗，其冷固結(jié)含炭球團的成分重量％和制備工藝均列在表1中；對冷固結(jié)含炭球團的直接還原工藝也列在表1中；對球團還原后直接進入電爐的熔分工藝，以及采用本發(fā)明方法進行實施的對比效果見表2。為了對比方便，我們還在對比實驗表中列舉了現(xiàn)有技術(shù)方法的實例。在下列對比表中，序號1-6為本發(fā)明實施例，序號7-9為現(xiàn)有公布或已實施技術(shù)方法的實施例。
表1為本發(fā)明實施例與現(xiàn)有技術(shù)的造球成分及工藝、直接還原工藝的對比

表2為本發(fā)明實施例與現(xiàn)有技術(shù)球團還原后直接進入電爐熔分工藝的對比效果

權(quán)利要求
1.一種釩鈦磁礦精礦冷固結(jié)含炭球團，其特征在于該釩鈦磁礦精礦冷固結(jié)合炭球團的組合成分重量％為釩鈦磁鐵礦精礦為75～85％、粒度-200目占40％以上；還原劑為15～25％、粒度-80目占40％以上；粘結(jié)劑為0.5～3％。其中還原劑是指細磨的無煙煤粉、煙煤粉、焦炭粉中的任意一種，粘結(jié)劑是指粒度-200目占90％以上的膨潤土和粒度-80目占40％以上的腐植酸鹽中的任意一種。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述，釩鈦磁炭粉鐵礦精礦冷固結(jié)含炭球團的特征在于還原劑粉是指細磨的無煙煤、煙煤、焦中的任意一種以上的組合。
3.一種適用于制備釩鈦磁鐵礦精礦冷固結(jié)含炭球團、直接還原和電爐熔分的生產(chǎn)方法，該方法是由釩鈦磁鐵礦精礦制備冷固結(jié)含炭球團工藝、直接還原工藝、還原球團的電爐熔分工藝三部分組成，其特征是將釩鈦磁鐵礦精礦與還原劑粉和粘結(jié)劑經(jīng)配料、混合、烘干、潤磨、造球獲得冷固結(jié)含炭球團；冷固結(jié)含炭球團經(jīng)過烘干、篩分后進入還原爐還原，還原過程中向球團料層加入還原劑保護還原過程的還原性氣氛；還原球團在熱狀態(tài)下直接進入電爐進行熔化分離出鐵水和釩、鈦、鉻等貴重金屬富集的電爐渣，其具體工藝方法如下(1)釩鈦磁鐵礦精礦冷固結(jié)含炭球團的造球工藝，按成分的重量％將75～85％的釩鈦磁鐵精礦、粒度-200目占40％以上，15～25％的還原劑粉、粒度-80目占40％以上，0.5～3％的粘結(jié)劑進行配料，粘結(jié)劑是指膨潤土和腐植酸鹽中的任意一種，配料經(jīng)過混勻、烘干、潤磨后再進行造球，造球前物料中含水量為6.5～8.5％，造球后的冷固結(jié)含炭球團中含水量為9.5～10.0％，C/Fe比為0.25～0.40，冷固結(jié)含炭球團的粒徑為6～18mm。(2)釩鈦磁鐵礦精礦冷固結(jié)含炭球團直接還原工藝是包括烘干、預(yù)熱和還原三段，在烘干段的設(shè)備中采用逐漸升溫烘干，烘干溫度范圍為250～600℃，烘干時間范圍為10～40分鐘，待烘干后的冷固球團經(jīng)過篩分去除-6mm粉末后進入預(yù)熱段的設(shè)備中進行預(yù)熱，預(yù)熱溫度范圍為600～1100℃，預(yù)熱時間范圍為10～30分鐘，預(yù)熱后的冷固結(jié)含炭球團再經(jīng)過篩分去除-5mm粉末后進入還原段在還原爐中逐漸還原，還原溫度為1150～1300℃，還原時間為30～90分鐘；(3)還原球團的電爐熔分工藝是將溫度為1000～1250℃，含殘?zhí)?～5％，金屬化率85～98％的還原球團直接進入電爐中進行熔化分離鐵水和電爐熔渣，熔化分離溫度1600～1800℃，熔化分離時間40～90分鐘。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述方法，其特征在于冷固結(jié)含炭球團成分中的還原劑粉是指無煙煤、煙煤、焦炭粉中的任意一種或一種以上的組合。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述冷固結(jié)含炭球團及方法，其特征在于冷固結(jié)含炭球團成分中的粘結(jié)劑是指粒度-200目占90％以上的膨潤土，和粒度-80目占40％以上的腐植酸鹽中的兩種的組合。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述冷固結(jié)含炭球團及方法，其特征在于配料時加入粒度-200目占40％以上的0～30％鈦精礦和粒度-200目占40％以上的0～20％普通鐵精礦取代相應(yīng)比例釩鈦磁鐵礦精礦，但釩鈦磁鐵精礦、鈦精礦、普通鐵精礦總配比不變。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述方法，其特征在于釩鈦磁鐵礦精礦冷固結(jié)含炭球團在后續(xù)的造球設(shè)備中通過造球外裹還原劑粉。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述方法，其特征在于液體狀態(tài)的腐植酸鹽溶液是在造球過程中采用噴入方式添加。
9.根據(jù)權(quán)利要求3所述方法，其特征是直接還原過程的供熱方式是采用煤氣、混合煤氣、噴入水煤漿、煤粉燃燒中的任意一種或一種以上的組合。
10.根據(jù)權(quán)利要求3所述方法，其特征是在直接還原的球團料層中加入占冷固結(jié)含炭球團重量的≤10％、粒度-1mm占90％以上的還原劑粉。
11.根據(jù)權(quán)利要求3所述方法，其特征是在電爐熔分過程中，當(dāng)還原球團的金屬化率低于90％和含殘?zhí)苛坎蛔?％時，向電爐中添加占還原球團重量0.1～4％的還原劑。
全文摘要
本發(fā)明屬于冶金行業(yè)中環(huán)保的綜合利用煉鐵技術(shù)領(lǐng)域。特別適用于釩鈦磁鐵礦冷固結(jié)球團的制備與直接還原和電爐熔分的生產(chǎn)方法。本發(fā)明所提出的采用釩鈦磁鐵礦精礦制備的冷固結(jié)含炭球團，和冷固結(jié)含炭球團直接還原、電爐熔分的生產(chǎn)方法，特征是將釩鈦磁鐵礦精礦與還原劑和粘結(jié)劑經(jīng)配料、烘干、潤磨、造球獲得冷固結(jié)含炭球團，冷固結(jié)含炭球團經(jīng)烘干和篩分后進入還原爐，在還原過程中可加入還原劑保證還原氣氛，還原球團在熱態(tài)下直接進入電爐進行熔化分離出鐵水和釩、鈦、鉻等貴重金屬富集的電爐渣。本發(fā)明方法適用釩鈦磁鐵礦精礦制備使用溫度寬、C/Fe和能源消耗低的冷固結(jié)含炭球團，該含炭球團還具有直接還原效果好和電爐熔分提取釩、鈦、鐵、鉻收得率高，制備工藝簡單和設(shè)備運行費用低，全流程產(chǎn)品綜合成本明顯降低，并且節(jié)水、環(huán)保效果顯著等特點。
文檔編號C21B13/00GK1804059SQ200510134249
公開日2006年7月19日 申請日期2005年12月15日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月15日
發(fā)明者鮮帆, 楊定國, 孫建坤 申請人:鮮帆, 楊定國, 孫建坤