本發(fā)明屬于冶金技術(shù)領(lǐng)域，具體而言，本發(fā)明涉及釩鈦磁鐵礦的還原方法。

背景技術(shù)：

釩鈦磁鐵礦屬于典型的難處理復(fù)雜伴生礦，高爐流程只能回收其中的絕大部分鐵和部分釩，無法實現(xiàn)鈦資源的回收利用，含鈦高爐渣目前尚無經(jīng)濟有效的方法加以回收利用，由此造成的資源浪費和環(huán)境污染都非常嚴(yán)重。

釩鈦磁鐵礦固態(tài)還原-磨選工藝是實現(xiàn)釩鈦磁鐵礦資源綜合利用的重要途徑，該技術(shù)首先采用煤或還原氣將礦石中絕大部分鐵還原，然后通過磁選將鐵和富釩鈦渣分離，從而實現(xiàn)鐵、釩、鈦資源的綜合利用。目前釩鈦磁鐵礦直接還原主要包括回轉(zhuǎn)窯還原-磁選、豎爐還原-磁選和轉(zhuǎn)底爐還原-磁選三種，如何在顯著降低還原溫度的同時取得理想的還原金屬化率是這些技術(shù)面臨的共同問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明旨在至少在一定程度上解決相關(guān)技術(shù)中的技術(shù)問題之一。為此，本發(fā)明的一個目的在于提出一種釩鈦磁鐵礦的還原方法，采用該方法可以在顯著低于普通粒徑含鐵礦物的還原溫度下(1000℃以下)獲得85％以上的還原金屬化率，同時顯著降低還原能耗。

本發(fā)明提出了一種釩鈦磁鐵礦的還原方法。根據(jù)本發(fā)明的實施例，所述方法包括：

(1)將釩鈦磁鐵礦進行球磨處理，以便得到釩鈦磁鐵礦細(xì)粉；

(2)將還原劑進行球磨處理，以便得到還原劑細(xì)粉；

(3)將所述釩鈦磁鐵礦細(xì)粉、所述還原劑細(xì)粉、添加劑、粘結(jié)劑和水進行混合成型處理，以便得到混合球團；

(4)將所述混合球團進行干燥處理，以便得到干燥球團；

(5)在惰性氣氛下，將所述干燥球團進行還原處理，以便得到金屬化球團。

由此，根據(jù)本發(fā)明實施例的釩鈦磁鐵礦的還原方法通過將釩鈦磁鐵礦和還原劑分別進行球磨處理，得到超細(xì)級別的釩鈦磁鐵礦細(xì)粉和還原劑細(xì)粉，可顯著增加釩鈦磁鐵礦和還原劑的表面能，從而顯著提高礦物和還原劑的化學(xué)反應(yīng)活性，同時通過將釩鈦磁鐵礦超細(xì)粉和還原劑超細(xì)粉以及添加劑、粘結(jié)劑和水的混合成型處理后進行還原處理，可以顯著增大釩鈦磁鐵礦和還原劑與添加劑的接觸面積，大大改善還原反應(yīng)的動力學(xué)條件，因此可以在顯著低于普通粒徑含鐵礦物的還原溫度下(1000℃以下)獲得85％以上的還原金屬化率，同時顯著降低還原能耗。

另外，根據(jù)本發(fā)明上述實施例的釩鈦磁鐵礦的還原方法，還可以具有如下附加的技術(shù)特征：

在本發(fā)明的一些實施例中，在步驟(1)中，所述釩鈦磁鐵礦細(xì)粉中粒徑不大于10μm的占80％-90％。由此，有利于增加釩鈦磁鐵礦細(xì)粉的比表面積，從而增加后續(xù)所得金屬化球團的金屬化率。

在本發(fā)明的一些實施例中，在步驟(2)中，所述還原劑細(xì)粉中粒徑不大于10μm的占80％-90％。由此，有利于增加還原劑細(xì)粉的比表面積，從而提高還原劑的反應(yīng)活性。

在本發(fā)明的一些實施例中，在步驟(3)中，所述釩鈦磁鐵礦細(xì)粉和所述還原劑細(xì)粉、所述添加劑、所述粘結(jié)劑、所述水的質(zhì)量比為(100)：(20～50)：(1～8)：(1～3)：(0～5)。由此，可使得釩鈦磁鐵礦在后續(xù)還原處理時被充分還原，從而進一步增加后續(xù)所得金屬化球團的金屬化率。

在本發(fā)明的一些實施例中，在步驟(3)中，所述成型處理的壓力為8-12mpa。由此，可以提高混合球團中各成分之間的接觸面積。

在本發(fā)明的一些實施例中，在步驟(4)中，所述干燥處理的溫度為80-150攝氏度，時間為60-120min。由此，可以起到有效的固結(jié)作用，防止球團在還原過程中發(fā)生粉化。

在本發(fā)明的一些實施例中，在步驟(5)中，所述還原處理的溫度為900-1100攝氏度，時間為60-120min。由此，有利于提高所得金屬化球團的金屬化率。

本發(fā)明的附加方面和優(yōu)點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發(fā)明的實踐了解到。

附圖說明

本發(fā)明的上述和/或附加的方面和優(yōu)點從結(jié)合下面附圖對實施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中：

圖1是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的釩鈦磁鐵礦的還原方法流程示意圖；

圖2是根據(jù)本發(fā)明再一個實施例的釩鈦磁鐵礦的還原方法流程示意圖。

具體實施方式

下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標(biāo)號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，旨在用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對本發(fā)明的限制。

在本發(fā)明的一個方面，本發(fā)明提出了一種釩鈦磁鐵礦的還原方法。根據(jù)本發(fā)明的實施例，參考圖1，該方法包括：

s100：將釩鈦磁鐵礦進行球磨處理

該步驟中，將釩鈦磁鐵礦進行球磨處理，以便得到釩鈦磁鐵礦細(xì)粉。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，通過將釩鈦磁鐵礦進行球磨處理，得到超細(xì)級別的釩鈦磁鐵礦細(xì)粉，可顯著增加釩鈦磁鐵礦的表面能，從而顯著提高礦物的化學(xué)反應(yīng)活性，從而有利于增加釩鈦磁鐵礦細(xì)粉在后續(xù)處理時與其他物料的接觸面積。需要說明的是，釩鈦磁鐵礦的粒徑并不受特別限制，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以根據(jù)實際需要進行選擇，例如，可以為粒徑200目以下占比50％的釩鈦磁鐵礦。

根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，釩鈦磁鐵礦細(xì)粉的粒徑并不受特別限制，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)實際需要進行選擇，根據(jù)本發(fā)明的一個具體實施例，釩鈦磁鐵礦細(xì)粉中粒徑可以為不大于10μm的占80％-90％。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，如果礦物中粒度不大于10μm的不足80％，會導(dǎo)致相同溫度和時間下的還原金屬化率將隨著大顆粒礦物占比的提高而迅速降低，導(dǎo)致相同還原溫度和時間的條件下就很難獲得85％以上金屬化率的金屬化球團(金屬化率極可能低于70％)，或者必須采用更高的溫度才能獲得85％以上金屬化率的金屬化球團。

s200：將還原劑進行球磨處理

該步驟中，將還原劑進行球磨處理，以便得到還原劑細(xì)粉。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，通過還原劑進行球磨處理，得到超細(xì)級別的還原劑細(xì)粉，可顯著增加還原劑的表面能，從而顯著提高還原劑的化學(xué)反應(yīng)活性，進而增加在后續(xù)還原干燥球團時的還原效率，提高所得金屬化球團的金屬化率。需要說明的是，還原劑的類型并不受特別限制，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)實際需要進行選擇，例如，可以為煤粉、木炭粉、石油焦粉等。并且還原劑的粒徑也不受特別限制，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以根據(jù)實際需要進行選擇，例如，可以為粒徑200目以下占比高于90％的還原劑。

根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，還原劑細(xì)粉的粒徑并不受特別限制，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)實際需要進行選擇，根據(jù)本發(fā)明的一個具體實施例，還原劑細(xì)粉中粒徑可以為不大于10μm的占80％-90％。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，如果還原劑的粒度中不大于10μm的不足80％，會導(dǎo)致相同溫度和時間下的金屬化率將隨著大顆粒占比的提高而降低，就很難獲得85％以上的金屬化率的金屬化球團。

s300：將釩鈦磁鐵礦細(xì)粉、還原劑細(xì)粉、添加劑、粘結(jié)劑和水進行混合成型處理

該步驟中，將釩鈦磁鐵礦細(xì)粉、還原劑細(xì)粉、添加劑、粘結(jié)劑和水進行混合成型處理，以便得到混合球團。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，通過將釩鈦磁鐵礦細(xì)粉、還原劑細(xì)粉、添加劑、粘結(jié)劑和水進行混合，使得釩鈦磁鐵礦細(xì)粉、還原劑細(xì)粉、添加劑、粘結(jié)劑和水混合均勻，有利于增加釩鈦磁鐵礦細(xì)粉、還原劑細(xì)粉、添加劑、粘結(jié)劑和水的接觸面積，然后對混合均勻的釩鈦磁鐵礦細(xì)粉、還原劑細(xì)粉、添加劑、粘結(jié)劑和水進行成型處理，得到混合球團，可進一步減小釩鈦磁鐵礦細(xì)粉、還原劑細(xì)粉、添加劑、粘結(jié)劑和水之間的距離，增加彼此的接觸面積，從而進一步提高后續(xù)所得干燥球團的還原處理的處理效率，提高所得金屬化球團的金屬化率。需要說明的是，添加劑的類型并不受特別限制，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)實際需要進行選擇，例如，可以為碳酸鈉、氫氧化鈉和硼砂中的至少之一。粘結(jié)劑的類型也不受特別限制，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)實際需要進行選擇，例如，可以為膨潤土、聚乙烯醇、淀粉溶液等，并且混合球團的大小也不受特別限制，例如混合球團可以為長徑10～20mm，短徑10mm的橢球型。

根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，釩鈦磁鐵礦細(xì)粉和還原劑細(xì)粉、添加劑、粘結(jié)劑、水的質(zhì)量比并不受特別限制，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以根據(jù)實際需要進行選擇，根據(jù)本發(fā)明的一個具體實施例，釩鈦磁鐵礦細(xì)粉和還原劑細(xì)粉、添加劑、粘結(jié)劑、水的質(zhì)量比可以為(100)：(20～50)：(1～8)：(1～3)：(0～5)。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，還原劑配比過高會造成還原后球團嚴(yán)重粉化，不便于實現(xiàn)該技術(shù)流程的工業(yè)化實施，而還原劑配比過低則會導(dǎo)致礦石的還原不充分，不能獲得理想金屬化率的金屬化球團(金屬化率85％以上)；而含鈉添加劑的配比過高不利于混合物料的成型，也會顯著提高生產(chǎn)成本，而含鈉添加劑配比過低則難以起到促進礦石還原的作用，不能獲得理想金屬化率的金屬化球團(金屬化率85％以上)；而水和粘結(jié)劑的配比過高或過低都會導(dǎo)致混合物料的成型困難。

根據(jù)本發(fā)明的再一個實施例，成型處理的壓力并不受特別限制，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以根據(jù)實際需要進行選擇，根據(jù)本發(fā)明的一個具體實施例，成型處理的壓力可以為8-12mpa。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，若成型處理壓力過高會顯著降低成球團內(nèi)部孔隙率，不利于還原氣態(tài)產(chǎn)物的排出，不能獲得理想金屬化率的金屬化球團(金屬化率85％以上)，而成型處理壓力過低會導(dǎo)致礦石與還原劑不能充分緊密接觸，同樣不能獲得理想金屬化率的金屬化球團(金屬化率85％以上)，而且極易導(dǎo)致還原球團的粉化。

s400：將混合球團進行干燥處理

該步驟中，將混合球團進行干燥處理，以便得到干燥球團。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，將上述所得的混合球團進行干燥處理可將混合球團中的結(jié)晶水和自由水從混合球團中除去，一方面有利于增加所得干燥球團的孔隙率，從而增加后續(xù)干燥球團與還原氣的接觸面積，提高干燥球團的還原效率，降低干燥球團還原處理的能耗，并相應(yīng)提高所得金屬化球團的金屬化率；另一方面，結(jié)晶水和自由水的脫除對于后續(xù)干燥球團的還原處理來說相當(dāng)于減少了干燥球團中雜質(zhì)的量，進而可進一步提高所得金屬化球團的金屬化率。

根據(jù)本發(fā)明的實施例，干燥處理的條件并不受特別限制，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)實際需要進行選擇，根據(jù)本發(fā)明的一個具體實施例，干燥處理的溫度可以為80-150攝氏度，時間可以為60-120min。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，若濕球干燥處理溫度過高、時間過長會顯著增加能耗，甚至導(dǎo)致濕球在烘干過程中發(fā)生開裂，而干燥處理溫度過低容易導(dǎo)致烘干不充分，影響球團的還原效果，甚至造成球團在還原過程中發(fā)生爆裂。

s500：在惰性氣氛下，將干燥球團進行還原處理

該步驟中，在惰性氣氛下，將干燥球團進行還原處理，以便得到金屬化球團。具體的，干燥球團中的高價釩、高價鈦和高價鐵會被還原為單質(zhì)釩、單質(zhì)鈦和單質(zhì)鐵，而整個還原處理是在惰性氣氛下進行的，一方面有利于加快干燥球團與還原氣的反應(yīng)速率，另一方面可防止還原處理所得的單質(zhì)釩、單質(zhì)鈦和單質(zhì)鐵被氧化，如此，可進一步提高所得金屬化球團的金屬化率。需要說明的是，上述惰性氣并不受特別限制，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)實際需要進行選擇，根據(jù)本發(fā)明的一個具體實施例，惰性氣體可以為氬氣、氮氣、氦氣等惰性氣體。

根據(jù)本發(fā)明的實施例，還原處理的條件并不受特別限制，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)實際需要進行選擇，根據(jù)本發(fā)明的一個具體實施例，還原處理的溫度可以為900-1100攝氏度，時間可以為60-120min。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，若球團還原溫度過高、還原時間過長會顯著增加能耗，而還原溫度過低、時間過短會造成球團還原不徹底，不能獲得理想金屬化率的金屬化球團(金屬化率85％以上)。

根據(jù)本發(fā)明實施例的釩鈦磁鐵礦的還原方法通過將釩鈦磁鐵礦和還原劑分別進行球磨處理，得到超細(xì)級別的釩鈦磁鐵礦細(xì)粉和還原劑細(xì)粉，可顯著增加釩鈦磁鐵礦和還原劑的表面能，從而顯著提高礦物和還原劑的化學(xué)反應(yīng)活性，同時通過將釩鈦磁鐵礦超細(xì)粉和還原劑超細(xì)粉以及添加劑、粘結(jié)劑和水的混合成型處理后進行還原處理，可以顯著增大釩鈦磁鐵礦和還原劑與添加劑的接觸面積，大大改善還原反應(yīng)的動力學(xué)條件，因此可以在顯著低于普通粒徑含鐵礦物的還原溫度下(1000℃以下)獲得85％以上的還原金屬化率，同時顯著降低還原能耗。

下面參考具體實施例，對本發(fā)明進行描述，需要說明的是，這些實施例僅僅是描述性的，而不以任何方式限制本發(fā)明。

實施例1

參考圖2，將200目以下占比50％的釩鈦磁鐵礦進行球磨處理，得到粒徑為不大于10μm的占90％的釩鈦磁鐵礦細(xì)粉，同時將200目以下占比高于90％的還原劑(煤粉)進行球磨處理，得到粒徑為不大于10μm的占90％的還原劑(煤粉)細(xì)粉，然后將上述所得的釩鈦磁鐵礦細(xì)粉和還原劑(煤粉)細(xì)粉與添加劑(碳酸鈉、氫氧化鈉和硼砂)、粘結(jié)劑(膨潤土)和水按照質(zhì)量比(100)：(40)：(5)：(2)：(2)進行混合并成型，成型壓力為12mpa，得到長徑20mm，短徑10mm的橢球型的混合球團，接著將該混合球團在溫度為120攝氏度的條件下進行干燥處理，處理時間為120min，將混合球團中的結(jié)晶水和自由水去除，得到干燥球團，最后將該干燥球團進行還原處理，具體的，在n2氣氛下下，干燥球團在溫度為950攝氏度的條件下發(fā)生還原反應(yīng)，反應(yīng)100min后，其中的絕大部分鐵氧化物被碳還原為金屬鐵，得到金屬化球團。經(jīng)檢測，所得金屬化球團的金屬化率為95.43％。

實施例2

參考圖2，將200目以下占比50％的釩鈦磁鐵礦進行球磨處理，得到粒徑為不大于10μm的占90％的釩鈦磁鐵礦細(xì)粉，同時將200目以下占比高于90％的還原劑(煤粉)進行球磨處理，得到粒徑為不大于10μm的占90％的還原劑(煤粉)細(xì)粉，然后將上述所得的釩鈦磁鐵礦細(xì)粉和還原劑(煤粉)細(xì)粉與添加劑(碳酸鈉、氫氧化鈉和硼砂)、粘結(jié)劑(膨潤土)和水按照質(zhì)量比(100)：(25)：(3)：(2)：(2)進行混合并成型，成型壓力為12mpa，得到長徑20mm，短徑10mm的橢球形混合球團，接著將該混合球團在溫度為120攝氏度的條件下進行干燥處理，處理時間為120min，將混合球團中的結(jié)晶水和自由水去除，得到干燥球團，最后將該干燥球團進行還原處理，具體的，在n2氣氛下，干燥球團在溫度為950攝氏度的條件下進行還原，反應(yīng)60min后，球團中的絕大部分鐵被固體碳還原金屬鐵，得到金屬化球團。經(jīng)檢測，所得金屬化球團的金屬化率為91.33％。

實施例3

參考圖2，將200目以下占比50％的釩鈦磁鐵礦進行球磨處理，得到粒徑為不大于10μm的占90％的釩鈦磁鐵礦細(xì)粉，同時將200目以下占比高于90％的還原劑(煤粉)進行球磨處理，得到粒徑為不大于10μm的占90％的還原劑(煤粉)細(xì)粉，然后將上述所得的釩鈦磁鐵礦細(xì)粉和還原劑(煤粉)細(xì)粉與添加劑(碳酸鈉、氫氧化鈉和硼砂)、粘結(jié)劑(膨潤土)和水按照質(zhì)量比(100)：(30)：(3)：(1)：(1)進行混合并成型，成型壓力為12mpa，得到長徑20mm，短徑10mm的橢球形混合球團，接著將該混合球團在溫度為120攝氏度的條件下進行干燥處理，處理時間為120min，將混合球團中的結(jié)晶水和自由水去除，得到干燥球團，最后將該干燥球團進行還原處理，具體的，在n2氣氛下下，干燥球團在溫度為1000攝氏度的條件下發(fā)生還原反應(yīng)，反應(yīng)60min后，球團中絕大部分鐵氧化物被固體碳還原為金屬鐵，得到金屬化球團。經(jīng)檢測，所得金屬化球團的金屬化率為93.15％。

實施例4

參考圖2，將200目以下占比50％的釩鈦磁鐵礦進行球磨處理，得到粒徑為不大于10μm的占90％的釩鈦磁鐵礦細(xì)粉，同時將200目以下占比高于90％的還原劑(煤粉)進行球磨處理，得到粒徑為不大于10μm的占90％的還原劑(煤粉)細(xì)粉，然后將上述所得的釩鈦磁鐵礦細(xì)粉和還原劑(煤粉)細(xì)粉與添加劑(碳酸鈉、氫氧化鈉和硼砂)、粘結(jié)劑(膨潤土)和水按照質(zhì)量比(100)：(45)：(5)：(2)：(2)進行混合并成型，成型壓力為12mpa，得到長徑20mm，短徑10mm的橢球形混合球團，接著將該混合球團在溫度為120攝氏度的條件下進行干燥處理，處理時間為120min，將混合球團中的結(jié)晶水和自由水去除，得到干燥球團，最后將該干燥球團進行還原處理，具體的，在惰性氣n2氣氛下，干燥球團在溫度為1050攝氏度的條件下發(fā)生還原反應(yīng)，反應(yīng)120min后，球團中絕大部分鐵氧化物被還原為金屬鐵，得到金屬化球團，經(jīng)檢測，所得金屬化球團的金屬化率為96.31％。

實施例5

參考圖2，將200目以下占比50％的釩鈦磁鐵礦進行球磨處理，得到粒徑為不大于10μm的占90％的釩鈦磁鐵礦細(xì)粉，同時將200目以下占比高于90％的還原劑(煤粉)進行球磨處理，得到粒徑為不大于10μm的占90％的還原劑(煤粉)細(xì)粉，然后將上述所得的釩鈦磁鐵礦細(xì)粉和還原劑(煤粉)細(xì)粉與添加劑(碳酸鈉、氫氧化鈉和硼砂)、粘結(jié)劑(膨潤土)和水按照質(zhì)量比(100)：(42)：(5)：(2)：(2)進行混合并成型，成型壓力為12mpa，得到長徑20mm，短徑10mm的橢球形混合球團，接著將該混合球團在溫度為120攝氏度的條件下進行干燥處理，處理時間為120min，將混合球團中的結(jié)晶水和自由水去除，得到干燥球團，最后將該干燥球團進行還原處理，具體的，在n2惰性氣氛下，干燥球團在溫度為1050攝氏度的條件下發(fā)生還原反應(yīng)，反應(yīng)100min后，球團中絕大部分鐵氧化物被還原為金屬鐵，得到金屬化球團，經(jīng)檢測，所得金屬化球團的金屬化率為95.88％。

在本說明書的描述中，參考術(shù)語“一個實施例”、“一些實施例”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結(jié)合該實施例或示例描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點包含于本發(fā)明的至少一個實施例或示例中。在本說明書中，對上述術(shù)語的示意性表述不必須針對的是相同的實施例或示例。而且，描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點可以在任一個或多個實施例或示例中以合適的方式結(jié)合。此外，在不相互矛盾的情況下，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以將本說明書中描述的不同實施例或示例以及不同實施例或示例的特征進行結(jié)合和組合。

盡管上面已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實施例，可以理解的是，上述實施例是示例性的，不能理解為對本發(fā)明的限制，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的范圍內(nèi)可以對上述實施例進行變化、修改、替換和變型。