钒钛矿竖炉还原-电炉熔分深还原回收铁、钒、钛的方法

摘要

本发明公开了一种钒钛矿竖炉还原-电炉熔分深还原回收铁、钒、钛的方法，包括钒钛氧化球团生产、钒钛氧化球团直接还原、金属化球团电炉熔分、含钒铁水提钒、熔分钛渣制钛白粉和钒渣制V2O5，本发明利用煤制气、焦炉煤气转化气或天然气作为还原剂还原钒钛磁铁矿，大大降低了传统高炉工艺对焦煤的依赖性，实现了冶炼能源多样化；本工艺实现了全钒钛磁铁矿的冶炼，冶炼中不再将普通铁矿混入钒钛磁铁矿进行混合冶炼，冶炼效率更高，冶炼中产生的熔分钛渣中的二氧化钛含量在50%以上，使炉渣可直接作为制取钛白的原料，使钒、钛、铁三种金属的回收率都得到提高；同时熔分钛渣和钒渣都可直接被利用，从而避免了炉渣堆存对环境造成的污染和对土地资源的占用。

说明书

技术领域

本发明涉及一种冶炼工艺，特别涉及一种针对钒钛矿的冶炼工艺。

背景技术

攀西地区钒钛磁铁矿储量达100亿吨以上，且富含铁钒钛等多种有用元素， 具有极高的综合利用价值。经过40多年的发展，该地区已经形成1000万吨以 上的钒钛磁铁精矿生产能力，但钒钛磁铁矿的利用途径至今仍是传统的“高炉 —转炉”流程，该流程尽管有技术成熟和巨大生产能力等优点，但至今仍存在 固有的不足。一是因其对冶金焦的强烈依赖关系，造成攀西地区虽已探明60 多亿吨煤炭资源，却仅有10亿吨焦煤可用于冶金生产，50亿吨非焦煤得不到 就近利用。造成一方面大量冶金用煤不得不从外地采购，另一方面攀西非焦煤 又不得不运往各地，这不仅造成经济上的大量浪费，并给道路运输造成极大压 力。二是该工艺在处理多金属共生矿时综合回收利用能力低。由于钒钛资源特 点和由此产生的技术障碍，该工艺仅能回收钒钛磁铁矿中的铁和钒，钛却以二 氧化钛形式进入高炉渣，没有回收利用。三是不能实现全钒钛入炉冶炼，因高 钛渣过粘，易堵塞高炉，因此尽管高炉技术日趋成熟，但高炉渣中二氧化钛含 量仍要求在22%以下,这一不足决定钒钛料入炉比例必须低于60%。按年冶炼 1000万吨钒钛磁铁矿计算，每年须配加600万吨左右的普通矿，并产生800万 吨左右含二氧化钛22%左右的高炉渣，此种高炉渣既不能作为再生资源循环利 用，也不具备综合回收价值，现目前只能就近堆存，造成土地、环保压力巨大， 同时年流失二氧化钛达120万吨。

因此，针对钒钛磁铁矿需要对现有技术中的钒钛磁铁矿冶炼工艺进行改进， 消除冶炼工艺对冶金焦炭的依赖性，提高对钒钛磁铁矿中铁、钒、钛三种金属 的回收率，实现对百分之百的钒钛磁铁矿冶炼。

由于高炉冶炼钒钛磁铁矿不能回收钛，现有技术中，中国专利 CN201210377607.2提到一种用竖炉还原-电炉熔分综合利用钒钛磁铁矿的方 法，竖炉内还原4～6小时，熔融分离后获得铁水和熔渣，熔渣中含钒钛，用于 提钒和提钛。此技术的缺点是：竖炉内还原时间过长，工业实施困难；熔分后 钒进入渣中，后续提钒渣量大难以实现经济回收。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种钒钛矿竖炉还原-电炉熔分深还原回收 铁、钒、钛的方法，其能消除冶炼工艺对冶金焦炭的依赖性，提高对钒钛磁铁 矿中钒、钛、铁三种金属的回收率，实现对全钒钛磁铁矿冶炼，不需再进行 钒钛磁铁矿和普通矿的合炉冶炼。

本发明钒钛矿竖炉还原-电炉熔分深还原回收铁、钒、钛的方法，包括钒钛 氧化球团生产、钒钛氧化球团直接还原、金属化球团电炉熔分、含钒铁水提 钒、熔分钛渣制钛白粉和钒渣制V₂O₅；

a、钒钛氧化球团生产：将钒钛铁精矿与粘结剂和水混合造球团，按质量百 分比计：钒钛铁精矿中粒径小于0.074毫米的钒钛铁精矿占80～85%，钒钛铁精 矿与粘结剂和水组成的混合造球原料中：粘结剂占1.0～2.0%、水分占6.5～ 7.5%；球团直径为10～16mm，球团经预热后焙烧得钒钛氧化球团；

b、钒钛氧化球团直接还原：将钒钛氧化球团由竖炉顶部装入，将温度在 900～1100℃，压力在0.35～0.65MPa的还原煤气通入竖炉与钒钛氧化球团进行 还原2～3小时，反应完毕所得的金属化球团通过竖炉底部排出；

c、金属化球团电炉熔分：将金属化球团装入熔分电炉，熔分温度1600～ 1700℃，配碳量2-6%，炉渣碱度0.7-1.3，熔分时间50-70min，冶炼完毕通过 出渣口排出熔分钛渣，通过出铁口排出含钒铁水；

d、含钒铁水提钒：往含钒铁水中吹氧获得铁水和钒渣；

e、熔分钛渣制钛白粉：将熔分钛渣磨成粉状，再将粉状熔分钛渣与浓硫 酸混合酸解，酸解完毕用水浸出并过滤得钛液，钛液经水解、过滤、煅烧制 得合格钛白粉；

f、钒渣制V₂O₅：将钒渣磨成粉状，再将粉状钒渣与碳酸钠混合氧化焙烧， 生成含可溶性钒酸盐的产物，然后经水浸过滤、沉淀、煅烧制得合格的片状 V₂O₅。

进一步，a、氧化球团生产：预热温度为800～950℃，预热气氛中空气与 煤气的体积比为12.7～21.6；焙烧温度为1000～1200℃，焙烧气氛中空气与 煤气的体积比为11.7～15.8。

进一步，b、钒钛氧化球团直接还原：还原煤气在循环流动中对钒钛氧化 球团进行还原，其循环方式为：还原煤气经还原反应后成为炉顶气，炉顶气进 入烟道换热器放热，释放热量后的炉顶气一部分经脱水和除尘处理后进入加 压站被加压，被加压后的气体经脱出CO₂处理后与新还原煤气混合，混合后的 气体进入烟道换热器被预热，预热后的混合气体进入加热炉被加热至规定温 度后进入竖炉，释放热量后的另一部分炉顶气被引入加热炉作为燃料。

进一步，所述还原煤气为煤制气、焦炉煤气转化气或天然气。

本发明的有益效果：本发明钒钛矿竖炉还原-电炉熔分深还原回收铁、钒、 钛的方法，利用煤气作为还原剂还原钒钛磁铁矿，大大降低了传统高炉工艺对焦 煤的依赖性，实现了冶炼能源多样化；本工艺实现了全钒钛磁铁矿的冶炼，冶炼 中不再将普通铁矿混入钒钛磁铁矿进行混合冶炼，冶炼效率更高，冶炼中产生的 熔分钛渣中的二氧化钛含量在50%以上，使炉渣可直接作为制取钛白的原料，使 钒、钛、铁三种金属的回收率都得到提高；同时熔分钛渣和钒渣都可直接被利用， 从而避免了炉渣堆存对环境造成的污染和对土地资源的占用。

附图说明

图1为本发明钒钛矿竖炉还原-电炉熔分深还原回收铁、钒、钛的方法的工 艺流程图；

图2为还原煤气的循环图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。

实施例一：如图所示，本实施例钒钛矿竖炉还原-电炉熔分深还原回收铁、 钒、钛的方法，包括钒钛氧化球团生产、钒钛氧化球团直接还原、金属化球团 电炉熔分、含钒铁水提钒、熔分钛渣制钛白粉和钒渣制V₂O₅，

a、钒钛氧化球团生产：将钒钛铁精矿与粘结剂和水混合造球团，按质量百 分比计：钒钛铁精矿中粒径小于0.074毫米的钒钛铁精矿占80%，钒钛铁精矿与 粘结剂和水组成的混合造球原料中：粘结剂占1.0%、水分占6.5%；球团直径为 10mm，球团经预热后焙烧得钒钛氧化球团；

b、钒钛氧化球团直接还原：将钒钛氧化球团由竖炉顶部装入，将温度在900 ℃，压力在0.35MPa的还原煤气通入竖炉与钒钛氧化球团进行还原2小时，反 应完毕所得的金属化球团通过竖炉底部排出；

c、金属化球团电炉熔分：将金属化球团装入熔分电炉，熔分温度1600 ℃，配碳量2%，炉渣碱度0.7，熔分时间50min，冶炼完毕通过出渣口排出熔分 钛渣，通过出铁口排出含钒铁水；采用本电炉熔分工艺，钒元素在铁水中富集， 钛元素在炉渣中富集，熔分完成后获得含钒铁水和熔分钛渣；

d、含钒铁水提钒：往含钒铁水中吹氧获得铁水和钒渣；

e、熔分钛渣制钛白粉：将熔分钛渣磨成粉状，再将粉状熔分钛渣与浓硫 酸混合酸解，酸解完毕用水浸出并过滤得钛液，钛液经水解、过滤、煅烧制 得合格钛白粉；

f、钒渣制V₂O₅：将钒渣磨成粉状，再将粉状钒渣与碳酸钠混合氧化焙烧， 生成含可溶性钒酸盐的产物，然后经水浸过滤、沉淀、煅烧制得合格的片状 V₂O₅。

本实施例中，a、氧化球团生产：预热温度为800℃，预热气氛中空气与 煤气的体积比为12.7；焙烧温度为1000℃，焙烧气氛中空气与煤气的体积比 为11.7。

本实施例中，b、钒钛氧化球团直接还原：还原煤气在循环流动中对钒钛 氧化球团进行还原，其循环方式为：还原煤气经还原反应后成为炉顶气，炉顶 气进入烟道换热器放热，释放热量后的炉顶气一部分经脱水和除尘处理后进 入加压站被加压，被加压后的气体经脱出CO₂处理后与新还原煤气混合，混合 后的气体进入烟道换热器被预热，预热后的混合气体进入加热炉被加热至规 定温度后进入竖炉，释放热量后的另一部分炉顶气被引入加热炉作为燃料。

本实施例中，所述还原煤气为煤制气。

在本实施例工艺条件下制得的钒钛氧化球团，经检测其低温粉化性能指 标+6.3mm大于80%，平均抗压大于1800N/个，转鼓指数大于93%，氧化球团 强度好，粉化率低。

本实施例中，炉顶气被循环利用，炉顶气中含有大量的H₂和CO，对炉顶气 进行循环利用可节约大量能源，提高了还原煤气的利用率。

在实践中采用本工艺冶炼钒钛磁铁矿，全部以钒钛磁铁矿作为冶炼原料，不 需加入普通铁矿石，经检测金属化球团的金属化率达到90.0%以上，并且经实践， 还原煤气采用焦炉煤气转化气或天然气也能得到前述结果；电炉熔分过程铁回 收率达到96.5%以上，以钒渣形式回收钒，钒回收率达到85.0%以上，以熔分钛 渣形式回收钛，钛回收率达到99%以上，熔分钛渣中的二氧化钛含量达到50.0% 以上，可以直接作为制取钛白的原料，大大提高了钛的回收率。同时因为钒渣和 熔分钛渣均可被直接利用，从而避免了钒渣和熔分钛渣堆积对环境造成的污染和 对土地资源的占用。

实施例二：本实施例钒钛矿竖炉还原-电炉熔分深还原回收铁、钒、钛的方 法，包括钒钛氧化球团生产、钒钛氧化球团直接还原、金属化球团电炉熔分、 含钒铁水提钒、熔分钛渣制钛白粉和钒渣制V₂O₅，

a、钒钛氧化球团生产：将钒钛铁精矿与粘结剂和水混合造球团，按质量百 分比计：钒钛铁精矿中粒径小于0.074毫米的钒钛铁精矿占82.5%，钒钛铁精矿 与粘结剂和水组成的混合造球原料中：粘结剂占1.5%、水分占7%；球团直径为 15mm，球团经预热后焙烧得钒钛氧化球团；

b、钒钛氧化球团直接还原：将钒钛氧化球团由竖炉顶部装入，将温度在1000 ℃，压力在0.5MPa的还原煤气通入竖炉与钒钛氧化球团进行还原1.5小时，反 应完毕所得的金属化球团通过竖炉底部排出；

c、金属化球团电炉熔分：将金属化球团装入熔分电炉，熔分温度1650 ℃，配碳量4%，炉渣碱度1.0，熔分时间60min，冶炼完毕通过出渣口排出熔分 钛渣，通过出铁口排出含钒铁水；采用本电炉熔分工艺，钒元素在铁水中富集， 钛元素在炉渣中富集，熔分完成后获得含钒铁水和熔分钛渣；

d、含钒铁水提钒：往含钒铁水中吹氧获得铁水和钒渣；

e、熔分钛渣制钛白粉：将熔分钛渣磨成粉状，再将粉状熔分钛渣与浓硫 酸混合酸解，酸解完毕用水浸出并过滤得钛液，钛液经水解、过滤、煅烧制 得合格钛白粉；

f、钒渣制V₂O₅：将钒渣磨成粉状，再将粉状钒渣与碳酸钠混合氧化焙烧， 生成含可溶性钒酸盐的产物，然后经水浸过滤、沉淀、煅烧制得合格的片状 V₂O₅。

本实施例中，a、氧化球团生产：预热温度为900℃，预热气氛中空气与 煤气的体积比为17；焙烧温度为1100℃，焙烧气氛中空气与煤气的体积比为 14。

本实施例中，b、钒钛氧化球团直接还原：还原煤气在循环流动中对钒钛 氧化球团进行还原，其循环方式为：还原煤气经还原反应后成为炉顶气，炉顶 气进入烟道换热器放热，释放热量后的炉顶气一部分经脱水和除尘处理后进 入加压站被加压，被加压后的气体经脱出CO₂处理后与新还原煤气混合，混合 后的气体进入烟道换热器被预热，预热后的混合气体进入加热炉被加热至规 定温度后进入竖炉，释放热量后的另一部分炉顶气被引入加热炉作为燃料。

本实施例中，所述还原煤气为焦炉煤气转化气。

在本实施例工艺条件下制得的钒钛氧化球团，经检测其低温粉化性能指 标+6.3mm大于80%，平均抗压大于1800N/个，转鼓指数大于93%，氧化球团 强度好，粉化率低。

本实施例中，炉顶气被循环利用，炉顶气中含有大量的H₂和CO，对炉顶气 进行循环利用可节约大量能源，提高了还原煤气的利用率。

在实践中采用本工艺冶炼钒钛磁铁矿，全部以钒钛磁铁矿作为冶炼原料，经 检测金属化球团的金属化率达到90.0%以上，并且经实践还原煤气为煤制气或天 然气也能得到前述结果；电炉熔分过程铁回收率达到96.5%以上，以钒渣形式回 收钒，钒回收率达到85.0%以上，以熔分钛渣形式回收钛，钛回收率达到99%以 上，熔分钛渣中的二氧化钛含量达到50.0%以上，可以直接作为制取钛白的原料， 大大提高了钛的回收率。同时因为钒渣和熔分钛渣均可被直接利用，从而避免了 钒渣和熔分钛渣堆积对环境造成的污染和对土地资源的占用。

实施例三：本实施例钒钛矿竖炉还原-电炉熔分深还原回收铁、钒、钛的方 法，包括钒钛氧化球团生产、钒钛氧化球团直接还原、金属化球团电炉熔分、 含钒铁水提钒、熔分钛渣制钛白粉和钒渣制V₂O₅，

a、钒钛氧化球团生产：将钒钛铁精矿与粘结剂和水混合造球团，按质量百 分比计：钒钛铁精矿中粒径小于0.074毫米的钒钛铁精矿占85%，钒钛铁精矿与 粘结剂和水组成的混合造球原料中：粘结剂占2.0%、水分占7.5%；球团直径为 16mm，球团经预热后焙烧得钒钛氧化球团；

b、钒钛氧化球团直接还原：将钒钛氧化球团由竖炉顶部装入，将温度在1100 ℃，压力在0.65MPa的还原煤气通入竖炉与钒钛氧化球团进行还原3小时，反 应完毕所得的金属化球团通过竖炉底部排出；

c、金属化球团电炉熔分：将金属化球团装入熔分电炉，熔分温度1700 ℃，配碳量6%，炉渣碱度1.3，熔分时间70min，冶炼完毕通过出渣口排出熔分 钛渣，通过出铁口排出含钒铁水；采用本电炉熔分工艺，钒元素在铁水中富集， 钛元素在炉渣中富集，熔分完成后获得含钒铁水和熔分钛渣；

d、含钒铁水提钒：往含钒铁水中吹氧获得铁水和钒渣；

e、熔分钛渣制钛白粉：将熔分钛渣磨成粉状，再将粉状熔分钛渣与浓硫 酸混合酸解，酸解完毕用水浸出并过滤得钛液，钛液经水解、过滤、煅烧制 得合格钛白粉；

f、钒渣制V₂O₅：将钒渣磨成粉状，再将粉状钒渣与碳酸钠混合氧化焙烧， 生成含可溶性钒酸盐的产物，然后经水浸过滤、沉淀、煅烧制得合格的片状 V₂O₅。

本实施例中，a、氧化球团生产：预热温度为950℃，预热气氛中空气与 煤气的体积比为21.6；焙烧温度为1200℃，焙烧气氛中空气与煤气的体积比 为5.8。

本实施例中，b、钒钛氧化球团直接还原：还原煤气在循环流动中对钒钛 氧化球团进行还原，其循环方式为：还原煤气经还原反应后成为炉顶气，炉顶 气进入烟道换热器放热，释放热量后的炉顶气一部分经脱水和除尘处理后进 入加压站被加压，被加压后的气体经脱出CO₂处理后与新还原煤气混合，混合 后的气体进入烟道换热器被预热，预热后的混合气体进入加热炉被加热至规 定温度后进入竖炉，释放热量后的另一部分炉顶气被引入加热炉作为燃料。

本实施例中，所述还原煤气为天然气。

在本实施例工艺条件下制得的钒钛氧化球团，经检测其低温粉化性能指 标+6.3mm大于80%，平均抗压大于1800N/个，转鼓指数大于93%，氧化球团 强度好，粉化率低。

本实施例中，炉顶气被循环利用，炉顶气中含有大量的H₂和CO，对炉顶气 进行循环利用可节约大量能源，提高了还原煤气的利用率。

在实践中采用本工艺冶炼钒钛磁铁矿，全部以钒钛磁铁矿作为冶炼原料，不 需加入普通铁矿石，经检测金属化球团的金属化率达到90.0%以上，并且经实践， 还原煤气为煤制气或焦炉煤气转化气也等得到前述结果；电炉熔分过程铁回收 率达到96.5%以上，以钒渣形式回收钒，钒回收率达到85.0%以上，以熔分钛渣 形式回收钛，钛回收率达到99%以上，熔分钛渣中的二氧化钛含量达到50.0%以 上，可以直接作为制取钛白的原料，大大提高了钛的回收率。同时因为钒渣和熔 分钛渣均可被直接利用，从而避免了钒渣和熔分钛渣堆积对环境造成的污染和对 土地资源的占用。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管 参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解， 可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的 宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。