高铬型钒钛磁铁矿气基竖炉直接还原-熔分新工艺基础研究

发布时间：2020-10-17 20:45

　　 钒、钛、铬是世界公认的重要战略资源,是国民经济发展和国家安全的重要物质保障,广泛应用于冶金、化工、航空航天、国防军事等领域。高铬型钒钛磁铁矿作为钒、钛、铬资源的重要载体,在我国储量十分丰富,具有极高的综合利用价值。但高铬型钒钛磁铁矿属于典型的多金属共(伴)生复合矿,具有“贫、细、散、杂”的特点,且有价矿物种类繁多、矿物结构复杂、赋存尺度微细且相互间紧密共生,故矿物加工和利用难度大。目前,高铬型钒钛磁铁矿主要采用高炉-转炉流程冶炼,有价组元利用率较低,环境负荷大。因此,如何高效清洁综合利用高铬型钒钛磁铁矿,提高有价组元利用率,是我国解决钒、钛、铬等资源战略需求的重要途径,对我钢铁行业乃至国民经济意义重大。在总结和回顾前人研究的基础上,本研究提出了高铬型钒钛磁铁矿气基竖炉直接还原-熔分新工艺。针对新工艺的关键环节,以某进口高铬型钒钛磁铁矿为研究对象,进行球团氧化焙烧行为及固结机理、有价组元在球团氧化焙烧过程中的耦合作用机制、气基竖炉直接还原相变历程及还原行为、气基竖炉直接还原动力学、熔分关键参数控制及其机理、熔分过程优化及熔分行为等研究。高铬型钒钛磁铁矿球团氧化焙烧行为及固结机理研究表明,提高焙烧温度和延长焙烧时间,均有助于提球团抗压强度,适宜焙烧参数为:焙烧温度1300℃和焙烧时间20 min。氧化焙烧过程中,有价组元的物相迁移规律为:Fe3O4 →Fe2O3;Fe2.75Ti0.25O4 → Fe9TiO15 + FeTiO3 → Fe9TiO15 + Fe2Ti3O9;Fe2VO4 →V2O3 → V2O3 + V1.7Cr0.3O3;FeCr2O4 → Cr2O3 → Fe1.2Cr0.8O3 + V1.7Cr0.3O3。高铬型钒钛磁铁矿球团的氧化固结过程可分为氧化(低于900℃)、再结晶-固结发育(900～1100℃)和再结晶-固结互联(1100～1300℃)三个阶段。高铬型钒钛磁铁矿有价组元在球团氧化焙烧过程中的耦合作用机制研究表明,铁精矿中TiO2、V2O5、Cr2O3含量增加时,球团强度呈降低趋势。Ti02有助于降低球团还原膨胀,而V205和Cr203含量增多,球团膨胀增大。TiO2V2O5耦合作用时,两者恶化球团强度的作用进一步加剧。TiO2V2O5Cr2O3耦合作用时,球团强度均低于TiO2、V2O5、Cr2O3单组元影响条件下的球团强度。高铬型钒钛磁铁矿球团气基竖炉直接还原相变历程及还原行为研究表明,对于高铬型钒钛磁铁矿这类较难还原的复合铁矿资源,宜采用高还原温度和高氢还原气氛,推荐使用HYL-ZR气基竖炉直接还原工艺。随着还原温度提高和还原气氛中H2含量增多,球团还原率不断增大。在1100℃、H2/CO=5/2、CO2=5%条件下还原35 min,球团还原率能达到95%。还原过程中,有价组元迁移规律为:Fe2O3 → Fe3O4 → FeO → Fe;Fe9TiO15+Fe2Ti3O9 → Fe2.75Ti0.25O4 → FeTiO3→ TiO2;V1.7Cr0.3O3 + V2O3 → V2O3 → Fe2VO4;Fe1.2Cr0.8O3 → Cr2O3 → FeCr2O4。还原初期球团膨胀率急剧增大,而后出现一个转折点,膨胀率增大变缓,接着球团收缩。而在还原初期,球团强度急剧下降,强度损失近80%。适当增加还原气中H2含量,有助于球团获得良好的还原膨胀及强度。高铬型钒钛磁铁矿球团气基竖炉直接还原动力学研究表明,提高还原温度和增大还原气氛中H2含量,可有效改善还原动力学条件。基于多反应界面的未反应核模型,建立了高铬型钒钛磁铁矿球团气基竖炉非等温还原动力学模型。当给定还原气氛及升温速率时,即可获得任意还原条件下的动力学模型,其相关系数均高于0.99,该模型能准确描述高铬型钒钛磁铁矿球团气基竖炉非等温还原过程。高铬型钒钛磁铁矿金属化球团熔分关键参数控制及机理研究表明,通过熔分,可获得含钒铬铁和含钛渣。配碳量太少,深还原及渗碳无法充分进行,但过量的碳会导致钛的过还原及渣黏度增大,不利于熔分进行。CaF2可显著降低渣的黏度,改善熔分动力学条件。温度对熔分过程动力学的影响程度大于对热力学的影响,适当升高熔分温度和延长熔分时间,可有效改善熔分效果。在适宜范围内提高碱度,有助于增大渣系液相区域面积、降低熔分渣黏度、增大渣表面张力、降低渣熔点,改善熔分动力学条件。但碱度过高会引起渣熔点上升和过多渣量形成,不利于提高有价组元回收率。采用多指标综合加权评分法优化高铬型钒钛磁铁矿金属化球团熔分工艺研究表明,适宜工艺参数为:配碳比1.20、CaF2添加量2%、熔分温度1650℃、熔分时间45 min、碱度1.10;对熔分效果影响主次为:碱度熔分温度熔分时间。适宜条件下,Fe、V、Cr和Ti02的回收率分别为99.87%,98.26%,95.32%和95.04%,其相应的质量分数分别为94.16%,0.94%,0.76%和38.21%,实现了铁、钒、铬与钛的高效分离。高铬型钒钛磁铁金属化球团熔分过程包括Fe-C熔体及铁液形成、渣熔化开始及熔渣形成、渣铁开始分离、铁熔滴或熔渣持续聚集长大及渣铁分离四个关键行为,而铁熔滴聚集长大须经过铁熔滴自发形核、反应界面形成和扩大、反应界面缩小及铁熔滴聚集长大三个过程。本研究提出的新工艺实现了高铬型钒钛磁铁矿资源综合利用的理论完善和方法创新,为攀枝花高铬型钒钛磁铁矿大规模综合利用工艺的设计开发与产业化应用提供重要的理论依据和借鉴,有助于促进高铬型钒钛磁铁矿综合利用技术的发展。
【学位单位】：东北大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2017
【中图分类】：TF55
【部分图文】：

“北方流程”以及以后提钒为主要特征的“南方流程”。北方流程主要是钒钛??磁铁矿钠化焙烧－水浸提钒－直接还原－电炉熔分、炼钢－钛渣提钛，大致流程如??图２．３所示，即钒钛铁精矿加入钠化剂混合造球，球团在回转窑中进行氧化、??钠化焙烧，将钒钛磁铁铁精矿中的Ｖ２０５转化为可以溶于水的偏钒酸钠，钒钛??磁铁精矿氧化钠化球团经热水浸出，从水溶液中萃取Ｖ２〇５。浸钒后的球团采??用煤基回转窑还原、冷却、磁选得到铁的金属化率９０？９２％的还原球团。还原??－１８－??

钢水＾?？含钛渣??图２．３钒钛磁铁矿冶炼“北方流程”??Ｆｉｇ．?２．３?Ｎｏｒｔｈ?ｐｒｏｃｅｓｓ?ｏｆ?ｓｍｅｌｔｉｎｇ?ｖａｎａｄｉｕｍ－ｂｅａｒｉｎｇ?ｔｉｔａｎｏｍａｇｎｅｔｉｔｅ??该流程的优点在ｆ钒冋收率高（９０％左右?＞，电炉熔分获得的炉渣Ｔｉ０２含??量接近于理论计算值，远高于高炉渣的Ｔｉ０２品位，ｎｊ？用酸法或氯化法生产合??格的钛白粉。由Ｔ？熔分冶炼时没打还原钒的仟务，铁水中没苻过量Ｔｉ，炉濟中??Ｔｉ?０２没打产屮还原或过还原，故没有高炉流程中出现的铁水严ｍ?“粘罐”等Ｈ??题。但该流程提钒过积耑耍处理的物料贵过人，为Ｉ＂丨收０．４０％的钒必须处：ｆｉ｜！个??部的精矿，钠化剂用量大，ｉｌ．?Ｗ提钒后残留钠盐的影响，球Ｗ还原易产小膨胀、??粉化，造成提钒后球团的回转窑还原操作稳定性差，洱加上采川Ｍ转窑为还原??设备

賴?２１．３％?２０．６％?２０．２％??图２．６?２０１５年不同直接还原工艺在良接还铁屮所卩ｆ的比例??Ｆｉｇ．?２．６?Ｒａｔｉｏ?ｏｆ?ｗｏｒｌｄ?ＤＲＩ?ｂｙ?ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ?ｄｉｒｅｃｔ?ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ?ｐｒｏｃｅｓｓ?ｉｎ?２０１５??图２．７和图２．８分别给出ｆ煤制气－Ｍｉｄｒｅｘ和煤制＼－ＨＹＬ?７?（坫竖炉ｆｔ：接还??原工艺的大致流程。而Ｓ?ｆ我Ｍ卜富的煤炭资源条件
【参考文献】

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1 李志远;薛逊;范志辉;季爱兵;吴道洪;;煤制气竖炉处理钒钛海砂技术的研究[J];现代冶金;2015年03期

2 王雪;焦连庆;于敏;尹春梅;;多指标综合加权评分法优选五味子与丹参混合醇提工艺研究[J];中草药;2015年07期

3 师学峰;徐红军;张颖异;万新宇;曹晓恩;;钒钛磁铁矿气基竖炉直接还原试验研究[J];钢铁钒钛;2015年01期

4 杨绍利;;攀枝花钒钛磁铁矿煤基直接还原新工艺现状及今后发展方向[J];中国废钢铁;2014年06期

5 储满生;冯聪;唐珏;柳政根;;基于综合加权评分法的钒钛磁铁矿高炉渣系优化[J];东北大学学报(自然科学版);2014年08期

6 何桂珍;都兴红;张凯;唐竹胜;娄太平;涂赣锋;;红格矿深还原—熔分过程及钒、铬走向的研究[J];材料与冶金学报;2014年01期

7 张宗旺;陈士朝;吴轩;郭振霆;杨华钧;陈钢;;钒钛磁铁矿金属化球团熔分深还原试验研究[J];钢铁研究;2013年04期

8 唐珏;张勇;储满生;薛向欣;;高铬型钒钛磁铁矿配量增加对氧化球团质量的影响[J];东北大学学报(自然科学版);2013年07期

9 唐珏;张勇;储满生;薛向欣;;以高铬型钒钛磁铁矿制备氧化球团[J];东北大学学报(自然科学版);2013年04期

10 陈双印;储满生;唐珏;吴祥龙;;预氧化对钒钛磁铁矿球团矿相及内部结构的影响[J];东北大学学报(自然科学版);2013年04期

本文编号：2845299