高铬型钒钛磁铁矿固相强化还原-磁选分离实验研究

摘要

我国四川攀西地区蕴藏着丰富的钒钛磁铁矿资源，其中高铬型钒钛磁铁矿储量约36亿吨，由于矿石中共伴生有丰富的钒、钛、铬资源，因此具有很高的综合利用价值。高铬型钒钛磁铁矿矿物组成复杂，综合利用难度大，而且目前国内外关于高铬型钒钛磁铁矿综合利用的研究较少，工业化生产基本属于空白。因此，如何合理、高效地利用高铬型钒钛磁铁矿，提高铁、钒、钛、铬的综合利用水平，是当前亟待解决的重大课题。
　　本文以攀枝花高铬型钒钛磁铁精矿为原料，采用固相还原-磁选分离工艺，并通过热力学理论分析、化学分析、物相分析和扫描电镜分析，系统地研究了高铬型钒钛磁铁矿固相还原行为及其过程强化的理论基础，同时对还原产物进行磁选分离，优化了过程工艺参数，为我国高铬型钒钛磁铁矿资源综合利用新工艺的开发提供实验理论依据，得出以下结论:
　　(1)高铬型钒钛磁铁矿固相还原实验受配碳量、还原温度、还原时间综合影响。在C/O为1.1、还原温度1350℃、还原温度30min的条件下，还原效果最佳，铁金属化率达到81.62％;
　　(2)在还原温度为1200℃、保温时间30min的条件下，添加Na2CO3、CaF2、硼酸、硼砂对固相还原有促进作用，添加NaHCO3反而起到抑制作用。其中CaF2对固相还原的促进最显著，较无添加剂时的金属化率(69.19％)提升了17.65％。三种复合添加剂（CaF2+硼砂、CaF2+硼酸、硼砂+硼酸）在相同还原条件下对固相还原也有促进作用，但提升效果却不如单一添加剂明显;
　　(3)冷却方式对高铬型钒钛磁铁矿固相还原的金属化率影响极大。将炉冷方式改为水淬急冷方式，各条件下的还原产物金属化率均得到很大提升。在1300℃的条件下采用水淬冷却的金属化率高达96.79％，提升效果最为显著。水淬冷却是一种很好的脱硫脱磷手段，最佳脱硫效果出现在1250℃，降低了炉冷产物中39.58％的S含量，最佳的脱磷效果出现在1200℃，降低了产物中45.28％的P含量;
　　(4)在1200℃保温30min的条件下对添加剂CaF2的还原产物采用水淬冷却处理方式时，金属化率达到了93.08％，实现了在低温条件下还原产物达到高金属化率的目标;
　　(5)磁场强度对水淬还原产物的铁回收率有较大影响，在1150℃和1200℃时，铁回收率随磁场强度的增强呈先增大后降低的趋势，在1250℃、1300℃和1350℃时，铁回收率随磁场强度的增强呈逐渐增大的趋势，综合考虑磁选效果与能耗，实验统一选择了160kA/m为各温度的最佳磁场强度;
　　(6)不同还原温度磁选产物中钒、钛、铬分配规律变化明显。随还原温度的升高，Ti更多地由磁性物迁移到非磁性物中。在1150℃～1250℃之间，Ti在磁性物中的分布在65％左右，温度达到1300℃时，Ti在磁性物中的分布为53.66％，当温度达到1350℃时，Ti在磁性物中的分布达到25.47％。Cr在磁性物中的分布随温度升高逐渐增加，在1350℃时，达到最高值90.92％。钒的分布随温度变化波动较小，其在磁性物中的分布保持在60％～70％之间;
　　(7)水淬还原产物经磁选后，磁性物中主要为金属铁相。非磁性物中主要含有脉石相，其主要物相组成为三氧化二钒(V2O3)、金红石(TiO2)、镁铝尖晶石(MgAl2O4)、钙钛矿(CaTiO3)、含铁黑钛石(Fe0.5Mg0.5Ti2O5)、辉石(CaMgSi2O6);
　　(8)通过比较添加CaF2水淬与炉冷的还原产物磁选后磁性物铁品位和铁回收率的结果得出，添加CaF2水淬冷却的磁选效果要优于炉冷的磁选效果。
　　高铬型钒钛磁铁矿固相还原-磁选分离工艺摆脱了对焦炭的依赖，具有污染小、流程短、投资小，生产成本低，有利于有价元素的综合利用等优点，适用于处理加工我国高铬型钒钛磁铁矿资源，经不断优化和完善，具有推广应用的前景。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 高铬型钒钛磁铁矿资源特点及综合利用概况

1．1．1 高铬型钒钛磁铁矿资源特点

1．1．2 高铬型钒钛磁铁矿资源开发利用概况

1．2 钒钛磁铁精矿的冶炼方法

1．2．1 高炉-转炉法

1．2．2 回转窑-电炉法

1．2．3 还原-磨选法

1．2．4 钠化提钒-回转窑-电炉法

1．3 直接还原炼铁工艺现状

1．3．1 气基直接还原技术

1．3．2 煤基直接还原技术

1．4 课题意义

1．5 研究内容

1．6 本文创新点

第2章 实验原理与方法

2．1 钒钛磁铁矿的直接还原反应历程

2．1．1 铁氧化物的还原

2．1．2 钒、铬氧化物的还原

2．1．3 影响钒钛磁铁矿固相还原的因素

2．2 实验原料

2．2．1 高铬型钒钛磁铁精矿

2．2．2 还原剂

2．2．3 粘结剂

2．2．4 添加剂

2．3 实验方法

2．4 实验步骤

2．4．1 实验准备阶段

2．4．2 还原焙烧阶段

2．4．3 磁选阶段

2．5 分析与检测

2．5．1 X射线荧光光谱分析(XRF)

2．5．2 X射线衍射分析(XRO)

2．5．3 扫描电镜显微结构分析(SEM-EDS)

第3章 高铬型钒钛磁铁矿固相还原及其过程强化的研究

3．1 高铬型钒钛磁铁矿固相还原实验

3．1．1 配碳量对固相还原的影响

3．1．2 还原温度对固相还原的影响

3．1．3 保温时间对固相还原的影响

3．2 高铬型钒钛磁铁矿强化还原实验

3．2．1 添加剂强化还原实验研究

3．2．2 冷却强化处理实验研究

3．2．3 综合强化处理实验研究

3．3 本章小结

第4章 磁选实验研究

4．1 水淬还原产物磁选实验研究

4．1．1 磁选强度的影响

4．1．2 磁选产物分析

4．1．3 磁选产物物相分析

4．2 添加CaF2的还原产物磁选实验研究

4．2．1 磁选强度的影响

4．2．2 磁选产物分析

4．2．3 磁选产物物相分析

4．3 本章小结

第5章 结论

参考文献

致谢

攻读硕士期间研究项目与研究成果