从生铁中分离钛和/或钒的方法

摘要

从生铁中分离钛和/或钒的方法,其特征在于向第一步的生铁中添加足以使钛成为熔渣量的氧化铁,使钛成为熔渣并分离熔渣,随后加入足以使钒成为熔渣量的氧化铁,分离生成的并富集钒的熔渣,这样便使生铁精炼为钢。

说明书

本发明涉及从生铁中分离钛和/或钒的方法。

在精炼生铁时，有许多不是铁的金属被氧氧化成熔渣。一般来说将获得具有低钒含量的含钒碱性钢熔渣。考虑到低的钒含量，从这样的熔渣中回收钒非常耗资。本发明人早期的提议是分几步通过在熔渣中保持残余的氧化铁含量和在第一还原步骤中分离金属铁来还原这样的含钒钢熔渣。剩下的熔渣熔体在第二还原步骤中被进一步还原为其铬和/或钒或铁合金，第二步比第一步的还原能力高，从而能够随后分离水力学活性熔渣。

为了从生铁中分离出钒，有人提出首先选择性氧化和分离Si。然后，还建议了为通过加入含氧化镁投料来分离P和S的进一步步骤，从而在随后的第三步引入碱性碳酸盐和氧化铁、亚铁盐或碳酸盐，并排出含P和S熔渣。随后，在添加氧的同时将钒氧化，当然许多其它金属也被氧化。

从JP-57-63647A知道了一种方法，通过该方法可以从熔渣中特别回收Na，P和V。在那里，将生铁引入一个长柄杓并分离Si。向金属浴中补充苏打(Na₂CO₃)和氧化铁，以便进行脱硫和脱磷。将获得的熔渣引入热水中，向水相中通入二氧化碳，以提取碳酸钠、磷酸钠和NaVO₃。使所需的产物从水相中沉淀出来。在这种情况下，用硫酸铵将钒以钒酸铵的形式沉淀出来。

在苏联专利摘要，M24节，Week 9601，1996年1月26日，Dewent Publication Ltd，London，RU 2034031-C1(URALS FERRMETALS RES INST)(参见实审文件)中，公开了一种用转炉从钛磁铁矿中回收含钛熔渣的方法，其中含氧化铁熔渣与钛磁铁矿一起熔化，并作为混合熔渣排出，形成生铁。同时，减少了转炉熔渣中铁的损失。

本发明的目的是提供一种简单和选择性的单步骤方法，用来回收相应各金属，通过该方法可以形成直接富集有钛和/或钒的熔渣，这样便大大有利分别回收钛和/或钒。此外，本发明还致力于提供上面定义类型的方法，直接富集有钛和/或钒的熔渣可以以较小的花费并且不必对已有的底吹转炉进行任何改造而加以生产。为达到这一目的，本发明的方法主要包括向第一步的的生铁中添加足以使钛成为熔渣量的氧化铁，使钛成为熔渣并在必要时分离熔渣，随后加入足以使钒成为熔渣量的氧化铁，分离形成的并富集钒的熔渣，这样便使生铁精炼为钢。如果向熔融生铁中混入氧化铁矿，可以进行温和的铁精炼并从铁矿还原铁，从而可以定量地使钛、接着是钒和硅成为熔渣。因而低熔渣量几乎仅仅包含钛和/或钒的二氧化硅，其中通过加入石灰，在不足的熔渣碱度情况下可以生成碱性熔渣，分别生成钛酸钙和钒酸钙以及硅酸钙。这些碱性熔渣高度富集钛和/或钒，随后可以将其以常规方式通过还原步骤进行后处理，使得金属钛、钒、钛铁或钒铁分别以高纯度(特别是不含碳)得到回收。熔渣碱度的调整和钛酸钙和钒酸钙形式的熔渣的调整可以分别以特别简单方式进行，在第一步和第二步中加入化学计量量的氧化铁和氧化钙，使生铁中所含的钛和/或钒分别反应成为CaTiO₄和CaVO₄，其中根据熔渣的二氧化硅含量使用额外的石灰，石灰最好与铁矿一起加入，以便将熔渣碱度调节到1.3以上。当生铁中Ti含量很低时，分别分离可能是不经济的。在这种情况下，可以立即进行钒的造渣，其中熔渣中低含量的钛可以同时变为矿渣。氧化铁量和/或石灰的用量分别调节至适应于生铁中Ti和V含量，导致选择性一步方式操作，这样便立即获得所需的富集。

如上所述，由于硅在第一步用原矿和/或氧化铁矿温和氧化期间成为熔渣，所以通常所需熔渣碱度的调节可通过仅添加石灰而实现，其中在使钒成为熔渣的过程中，最好加入Al₂O₃和/或SiO₂，以调节所需的熔渣粘度。

进一步的精炼过程可以以常规的方式进行，其中最好使得在使钒成为熔渣和熔渣的分离之后，通过在附加的步骤中精炼和造渣烧掉Mn，P和铬。由于在多步精炼过程中的分步氧化，从生铁中选择性地分离许多金属是可行的，这些随后的熔渣几乎不含任何氧化硅，这是因为在前面的造渣过程中，硅已经被烧掉。因此，在附加的加工步骤中，以及在此情况下，加入Al₂O₃和/或SiO₂可能是合理的和必要的，以调节所需的熔渣粘度。

在该附加步骤之后，分离含有所述金属的熔渣便可获得不含磷和锰的炼钢厂熔渣，结果该炼钢厂熔渣特别适宜进一步加工，特别是作为生产肥料[Thomas meal(Ca₃(PO₄)₂]的原料产物、水性粘合剂或水性粘合剂添加剂。由于精炼是分步进行的，可行的办法是在第一步选择性地使钛和/或钒成为熔渣，从而可以使铬、锰和磷成为熔渣。因此，多步精炼法可以从最终的熔渣中分离出相应的不合需要的成分，产生极少量熔渣，其中首先可以实现以比已知方法简单得多的方式回收有价值的物质例如钛和/或钒的优越性。

由于熔渣的相对简单的粘度可调节性，该方法可以在刚超过金属浴的液相线温度的较低温度下进行，其中过热熔渣所需的大量的热可以从精炼过程中直接同流换热。同时，来自氧化矿石的氧化钛再与生铁在第一步中反应，从而大大改善铁平衡。

用最终熔渣来生产水泥熟料和特定粘合剂级的具有高α-belite含量和高最终浓度的反应可以任意的方式进行。例如，可以将来自还原过程和炼钢厂过程的液体熔渣相互混合，由于中和反应是放热的，将该过程以大量自动放热的方式进行也是可行的。例如，然后在铁浴时的连续还原过程可以以简单的方式一步实现，因为开始提及的金属已经被预先选择性地造渣了，并且能够以较少量熔渣的形式排出。

含钒钢厂熔渣一般含有2-6％(重量)V₂O₅。按照本发明的在精炼过程开始的钒的富集使得熔渣的钒含量可以达到32％(重量)以上。考虑到已经进行的金属分离，例如钛、钒和随后的铬或锰的分离，为后处理炼钢厂熔渣的随后的还原步骤可以类似地在减压下进行，这对于节能是有益的。

在一种特别简单的方式中，可以使用已经加有Ti和V的生铁，优选LD熔渣的完全还原生成的生铁。

注意迅速和选择性氧化所需的条件，钛和钒的造渣可以以特别安全和选择性的方式在底吹转炉中进行。

从生成的熔渣回收、特别是无碳回收钒最好以Fe/Si或Al为还原剂。

实施例

在V的造渣中，应用了下面的基本反应：

将3公斤钒溶解在1吨生铁中。为了将该钒引入熔渣中，需要4.71公斤铁矿石。生成4.41公斤V₂O₃以及3.3公斤额外的铁。

为使4.41公斤V₂O₃成为矿渣，需要1.65公斤生石灰。因而，每吨生铁生成6公斤钒熔渣(CaV₂O₄)。为了将该熔渣保持在液态，加入20％Al₂O₃。因而，每吨生铁生成7.6公斤钒最终熔渣。

如果从转炉中提取这样非常低的特定熔渣有困难的话，它们可以通过添加生石灰、铝土矿和/或石英沙、干粘土、含灰碳载体等而提高。然而，在这种情况下，钒浓度会因此而降低。

钒熔渣的组成如下：

成分    比例(％(重量))

CaO          22

V₂O₃(V)    58(39)

Al₂O₃      20

该钒熔渣在1380℃下是高度液态的，极其适宜用FeSi/Al在感应坩锅炉(高中频率)中还原。

每吨原始熔渣生成7.6公斤钒熔渣。因而，在120吨底吹转炉中，每次投料(辅助物质通过喷嘴喷入)生成812公斤钒熔渣。

将该钒熔渣供应到熔渣收集器中，以-沉淀夹带的生铁-给钒反应器收集足量的熔渣。

在钒反应器中的熔渣还原最好在氩气氛中的FeSi/Al浴上不连续地进行。因而，钒铁合金的钒部分可以通过无碳铁浴中Si和Al的定量比率加以控制。

铁浴的温度反应在1500-1900℃之间，这取决于待生成的FeV合金和最终熔渣。

在该情况下，Al是作为还原剂加到铁浴中的。

对于每吨钒熔渣，必须向铁浴中送入209公斤Al。因而，使得390公斤钒、393公斤Al₂O₃成为熔渣。

因此，从1吨钒熔渣可以生成813公斤含有27％氧化钙和73％三氧化二铝的最终熔渣。这一组成对应于最高质量的“耐火混凝土”(可浇铸)基本材料。

如果用FeSi(Si)作为还原剂，则可以获得高质量的“氧化铝熔体水泥”。根据Al/Si比率，可以获得大多数不同级别。

FeV合金含有大约50％的V。