一种高铬型钒钛磁铁矿气基竖炉直接还原冶炼方法

摘要

本发明公开了一种高铬型钒钛磁铁矿气基竖炉直接还原冶炼方法，该方法以竖炉为主要设备，以100%高铬型钒钛磁铁矿为原料，其特征在于采用磨矿、造球、氧化焙烧制取氧化球团，然后将其置于竖炉中利用还原气进行直接还原，再送至高频感应炉内进行熔分，得到含钒铬生铁和高钛渣。本发明方法得到的生铁中铁的品位和收得率均大于90%，钒和铬收得率均高于85%，高钛渣中TiO

说明书

技术领域

本发明属于冶金资源综合利用技术领域，具体涉及一种高铬型钒钛磁铁 矿气基竖炉直接还原冶炼方法。

背景技术

我国的钒钛磁铁矿资源较为丰富，主要分布在四川攀西、河北承德等地 区。按照Cr2O3含量的高低，钒钛磁铁矿又分为普通型钒钛磁铁矿和高铬型 钒钛磁铁矿。高铬型钒钛磁铁矿作为一种特殊的钒钛磁铁矿资源，除含有铁、 钒、钛之外还伴生有珍贵的铬资源，以攀西红格地区高铬型钒钛磁铁矿为例， 其铬储量多达900万吨。

钒钛磁铁矿具有“贫”、“细”、“散”、“杂”的特点，另外，有价矿物种 类繁多，且相互间紧密共生。与普通钒钛磁铁矿相比，高铬型钒钛磁铁矿的 矿物组成更为复杂，使造块、高炉冶炼以及钒、钛、铬资源的综合利用更加 困难，且国内外相关研究相当匮乏，系统集成技术尚未形成，工业化生产基 本属于空白，导致目前攀西红格地区高铬型钒钛磁铁矿的开采规模很小，而 且不够规范。因此合理利用高铬型钒钛磁铁矿，提高多金属伴生矿资源高效 利用水平，是当前我国矿产资源开发利用方面面临的重大课题。

目前，高铬钒钛磁铁矿主要进行造块-高炉冶炼。黑龙江建龙钢铁有限公 司提出的高铬高钒钒钛矿的高炉冶炼方法（CN102433404），将质量配比在 10%～20%之间高铬高钒型钒钛矿粉与非钒钛铁精粉及辅料配料后制成烧结 矿，烧结矿碱度控制在2.2～2.45；将质量配比在40%～60%之间的高铬高钒 型钒钛矿粉与非钒钛铁精粉及粘结剂配料后制成球团矿。按体积百分比将 55%～60%的烧结矿与40%～45%球团矿配入高炉进行高炉冶炼。使用该工艺 首先并未实现全高铬型钒钛磁铁矿的冶炼；其次，高铬型钒钛烧结矿和球团 矿在高炉冶炼过程中，由于受到固体还原剂的污染，还原产物不洁净，品位 低，未能实现高效清洁利用；另外，高炉冶炼流程长，不便灵活控制还原温 度和还原气氛，较难控制有价组元的迁移走向，综合利用率低，不利于有效 利用高铬型钒钛矿中的钒、钛和铬等有价组分。

兼顾高铬型钒钛磁铁矿的基础特性，如何解决高铬型钒钛磁铁矿高炉冶 炼流程综合利用率低的问题已成为一个重要的课题。而气基竖炉直接还原具 有还原速度快、产品质量稳定、自动化程度高、单机产能大、工序能耗低等 技术优势，且气基竖炉直接还原工艺已广泛成功应用于各种复杂冶金资源及 二次资源的综合利用。因此，开发一种新的高铬型钒钛磁铁矿气基竖炉冶炼 工艺对于该矿的高效综合利用具有重要的意义。

发明内容

本针对以上问题，本发明提供了一种高铬型钒钛磁铁矿气基竖炉直接还 原-感应炉熔分冶炼工艺。

为了实现上述发明目的，本发明所实现的方法具体包括以下步骤：

（1）采用球磨机对高铬型钒钛磁铁矿进行湿磨处理。将高铬型钒钛磁铁 矿放入球磨机中，加水后进行湿磨。湿磨过程中维持矿粉质量浓度为60-70%， 细磨时间不少于15min，矿粉粒度不大于0.074mm，制得细磨钒钛磁铁精矿 粉，以此为原料用于球团制备；所用高铬型钒钛磁铁矿的TFe含量不低于50%， Cr₂O₃含量不低于0.3%，V₂O₅含量不低于0.5%，TiO₂不低于5%。

（2）制备生球。将100%的细磨钒钛磁铁精矿粉、膨润土粘结剂和水按 适宜比例均混后，经过焖料，制备成粒度为10～12.5mm的生球，其中，膨润 土粘结剂外配比例不高于1.0%，焖料时间不少于40min，制备的生球落下强 度不低于4次，生球抗压强度不小于10N。

（3）制备氧化球团。在温度为300℃的炉温下将干燥后的高铬型钒钛磁 铁矿球团放入高温炉内，并通空气。以10℃/min升至900℃，而后以5℃/min 升至焙烧温度1250～1300℃，在该温度下保持20～25min后，将球团排出并 冷却，所获得的氧化球团抗压强度不低于2500N，还原膨胀率不高于20%。

（4）将高铬型钒钛磁铁矿氧化球团从竖炉炉顶加入后进行气基还原。还 原温度控制1000～1100℃，还原气体流量为3～5m3/m2·min，还原气中H₂+CO 的体积比不低于95%，H₂和CO的摩尔比1.0～3.0，还原时间不小于60min， 经气基直接还原所获得的金属化球团的金属化率大于90%。

（5）高频感应炉熔分。将还原后的金属化球团送至高频感应炉内，炉内 的熔分气氛为真空或者氩气气氛，控制熔分温度为1700～1750℃，熔分时间 20～30min，得到含钒铬生铁和高钛渣。生铁中铁的品位和收得率均大于90%， 钒和铬收得率均高于85%；高钛渣中TiO2的品位约为40%，收得率在85-90%。

本项发明的优点在于：采用气基竖炉直接还原-感应炉熔分工艺冶炼高铬 型钒钛磁铁矿，改进了现有高炉冶炼工艺的不足，实现了铁、钒、钛、铬的 洁净高效分离，所得产品活性大、收得率高。该工艺流程短，各流程间衔接 紧凑，各工艺参数易于操作和控制，同时，充分利用非焦资源，降低了对冶 金焦炭资源的依赖，环境友好，可用于高铬型钒钛磁铁矿的高效清洁综合利 用。

具体实施方式

下面结合具体实施例来进一步描述本发明，本发明的优点和特点会在描 述中更为清楚，但这些实施例仅是范例性质的，并不对本发明的范围构成任 何限制。

实施例一

某高铬型钒钛磁铁矿和实验用膨润土的化学成分按重量百分数计分别列 于表1和表2。

表1高铬型钒钛磁铁矿化学成分（按重量百分含量）

表2实验用膨润土化学成分（按重量百分含量）

实施步骤如下：

（1）采用球磨机对高铬型钒钛磁铁矿进行湿磨处理。细磨时间15min， 矿粉粒度不大于0.074mm的体积分数为100%，制得细磨钒钛磁铁精矿粉。

（2）将100%的细磨钒钛磁铁精矿粉、粘结剂膨润土和水按适宜比例 均混后，经过焖料，制备出直径为10.0-11.0mmd的高铬型钒钛磁铁矿球团生 球。

（3）将经过干燥后的高铬型钒钛磁铁矿球团在300℃下放入高温炉内， 并通空气。以10℃/min的升温速度升至900℃，而后以5℃/min升至焙烧温 度1250℃，在该温度下保持20min后，将球团排出并冷却制得高铬型钒钛磁 铁矿氧化球团；

（4）将高铬型钒钛磁铁矿氧化球团送至竖炉进行气基还原。还原温度 控制1000℃，还原气体流量为3～5m3/m2·min，还原气H₂+CO=95%，H2 和CO的摩尔比2.5，还原时间70min。依此获得的气基直接还原金属化球团， 其金属化率90.13%；

（5）将还原后物料送至高频感应炉内进行深度熔分。控制熔分温度为 1700℃，熔分时间为20min，得到含钒铬生铁和高钛渣。生铁中铁的品位达 到了91.09%，铁的收得率为92.03%，钒收得率85.13%，铬收得率85.93%； 高钛渣中TiO2的品位为38.76%，TiO2收得率达到了88.72%。

实施例二

仍然以实施案例1中的高铬型钒钛磁铁矿和膨润土为原料。

实施步骤如下：

（1）采用球磨机对高铬型钒钛磁铁矿进行湿磨处理。细磨时间为15min， 矿粉粒度不大于0.074mm的体积分数为100%；

（2）将100%的细磨钒钛磁铁精矿粉、粘结剂膨润土和水按适宜比例均 混后，经过焖料，制备成粒度为11.5mm的高铬型钒钛磁铁矿氧化球团生球， 而后干燥；

（3）在300℃的炉温下将干燥后的高铬型钒钛磁铁矿球团放入高温炉 内，并通空气。以10℃/min升至900℃，而后以5℃/min升至焙烧温度1250℃， 在该温度下保持25min后，将球团取出冷却；

（4）将高铬型钒钛磁铁矿氧化球团送至竖炉进行气基还原。还原温度 控制1100℃，还原气体流量为3～5m3/m2·min，还原气H₂+CO=96%，H2 和CO的摩尔比1.0，还原时间60min，气基直接还原产物的金属化率达到了 92.56%；

（5）将还原后物料送至高频感应炉内进行深度熔分。控制熔分温度 1700℃，熔分时间25min，得到含钒铬生铁和高钛渣。生铁中铁的品位91.89%， 收得率92.97%，钒收得率85.68%，铬收得率88.76%，高钛渣中TiO2的品位 为38.94%，收得率88.93%。

实施例三

仍然以实施案例1中的高铬型钒钛磁铁矿和膨润土为原料。

实施步骤如下：

（1）采用球磨机对高铬型钒钛磁铁矿进行湿磨处理。细磨时间15min， 矿粉粒度不大于0.074mm的体积分数为100%；

（2）将100%的细磨钒钛磁铁精矿粉、膨润土和水按适宜比例均混后， 经过焖料，制备成粒度为12mm的高铬型钒钛磁铁矿氧化球团生球，而后干 燥；

（3）氧化焙烧。在300℃温度下将干燥后的高铬型钒钛磁铁矿球团放入 高温炉内，并通空气，以10℃/min升至900℃，而后以5℃/min升至焙烧温 度1250℃，在该温度下保持25min后，将球团取出并冷却；

（4）将高铬型钒钛磁铁矿氧化球团送至竖炉进行气基还原。还原温度控 制1100℃，还原气体流量为3～5m3/m2·min，还原气H₂+CO=96%，H₂和 CO的摩尔比2.5，还原时间60min，气基直接还原产物的金属化率95.38%

（5）将还原后物料送至高频感应炉内进行深度熔分。控制熔分温度为 1700℃，熔分时间为30min，得到含钒铬生铁和高钛渣。生铁中铁的品位 92.56%，收得率93.76%，钒收得率86.87%，铬收得率89.91%，高钛渣中TiO2 的品位达到了39.74%，收得率为89.79%。