一种含钒固废配矿烧结-高炉炼铁的方法

摘要

本发明属于钒化工钢铁冶炼技术领域，特别涉及一种含钒固废配矿烧结-高炉炼铁的方法，所述方法包括以下步骤：(1)配矿：将含钒固废、低钒高品位铁精粉、机烧钒矿、球团返矿、澳矿粉、污泥、混合石灰粉和煤+焦混料配制成烧结原料；(2)烧结：采用烧结技术，控制CaO/SiO2为2.0-2.3；(3)高炉炼铁：高炉渣碱度控制在1.0-1.3。本发明的方法流程短，采用全熟熔剂烧结技术，提高了燃料利用效率，降低烧结矿固体燃料消耗，铁、钒组分收率高，降低了烧结矿耗成本，提高了高炉钒回收率；本发明在国内外首次大规模利用钢铁流程消纳含钒固废，对含钒固废进行了高值化利用，减少了对环境的污染。

说明书

技术领域

本发明属于钒化工钢铁冶炼技术领域，特别涉及一种含钒固废配矿烧结-高 炉炼铁的方法。

背景技术

目前钒渣是世界钒产品的最主要原料来源，占比达到70％以上。钠化焙烧 提钒是钒渣提钒的主流工艺，该工艺以纯碱、食盐等为钠化添加剂，通过高温 氧化、钠化焙烧将钒渣中低价态的钒转化为水溶性五价钒酸钠盐用于后续钒产 品深加工生产，同时产出与投入钒渣质量相当的提钒尾渣。目前我国钒渣提钒 领域每年产生提钒尾渣约80万吨，并呈逐年上升趋势，仅攀钢、承钢每年排放 的提钒尾渣就达60多万吨，以渣中含残钒1.5％计，造成钒流失7500吨/年，相 当于一个大型钒生产企业的年产量。另外，提钒尾渣中的铁含量较高，全铁含 量在30～40％之间，且富含大量有价元素，如Mn、Ti、Cr、Al等，综合利用价 值高。提钒尾渣目前属化工固废，尚无产业化、规模化及高效清洁利用技术。

为解决钢铁企业提钒尾渣的大量堆存及环境污染难题，关于提钒尾渣中的 有价组分资源化利用的已有研究主要集中在提钒尾渣回收钒、铁组分方面：随 着钢铁价格不断攀升，从各种工业废料中回收铁成为研究热点，提钒尾渣中 Fe₂O₃含量在40～45％、V₂O₅的含量在1～3％，具有较高的回收价值。目前采用 的提铁方法主要有磁化焙烧、螺旋溜槽-磁选、浮选提铁、配料炼铁等。

CN101838743A公开了了一种从提钒尾渣中回收铁、钒、铬等元素的方法， 将提钒尾渣、还原剂、粘结剂、氧化钙按一定比例混合造球得到生球团，生球 团1000～1200℃下还原，得到金属化球团，再于1450～1600℃下熔炼分离和深还 原，得到含钒、铬、镓的生铁。由于直接还原-熔分方法是非常规炼铁方法，无 法大规模处理提钒尾渣。

CN101713007A公开了一种提钒尾渣深度还原直接生产海绵铁的方法，以 提钒尾渣60～80％、褐煤20～30％、CaO10～20％为混合料，在1100℃左右焙烧 40～60min，后经过二段磨矿-二段弱磁选工艺处理，可获得铁品位大于90％，TiO₂含量低于0.2％的海绵铁。以上还原焙烧工艺均是通过1000℃以上的高温碳化还 原焙烧，后经过分离得到含钒铁相，存在操作工艺复杂、流程长、反应温度高、 钒回收率低(低于50％)的问题。

目前尚未高效、大规模消纳含钒固废的方法。

发明内容

为解决钒工业固废污染环境，高值化利用技术匮乏，钒钛磁铁矿难烧结， 烧结矿质量差的问题，提供了一种含钒固废配矿烧结-炼铁的方法，本方法流程 短，钒、铁组分收率高，是一种可以大规模利用含钒固废的方法。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一方面，本发明提供一种含钒固废配矿烧结-高炉炼铁的方法，所述方法包 括以下步骤：

(1)配矿：将含钒固废、低钒高品位铁精粉、机烧钒矿、球团返矿、澳矿 粉、污泥、混合石灰粉和煤+焦混料配制成烧结原料；

(2)烧结：采用烧结技术，控制CaO/SiO₂为2.0-2.3；

(3)高炉炼铁：高炉渣碱度控制在1.0-1.3。

本发明所述的煤+焦，另写作煤/焦，指煤炭和焦炭的混合物，所述煤+焦中 煤炭和焦炭的质量比为1.5-4.5，例如可以是1.5、1.8、2、2.2、2.5、2.8、3、3.2、 3.5、3.8、4、4.2或4.5。

本发明通过将含钒固废加入到配矿中，采用全熟熔剂烧结技术，控制碱度， 提高了燃料利用效率，降低烧结矿固体燃料消耗，铁、钒组分收率高分别可达 到97％和80％以上，不仅可以大规模利用含钒固废，且返矿率低于10％。

优选地，所述含钒固废的质量分数占配矿的0.5-3％，例如可以是0.5％、0.6％、 0.7％、0.8％、1％、1.2％、1.3％、1.5％、1.6％、1.8％、2％、2.1％、2.3％、2.5％、 2.6％、2.8％或3％，优选为1.5-2.5％。

优选地，所述含钒固废为提钒尾渣、含钒钢渣或钒化工流程脱硅渣中的任 意一种或至少两种的组合，所述典型非限制性的实例为提钒尾渣和含钒钢渣的 组合，提钒尾渣和钒化工流程脱硅渣的组合，含钒钢渣和钒化工流程脱硅渣的 组合或提钒尾渣、含钒钢渣和钒化工流程脱硅渣的组合。

优选地，所述配矿按质量分数包括：含钒固废0.5-3％、低钒高品位铁精粉 40-55％、机烧钒矿10-25％、球团返矿1-10％、澳矿粉5-20％、污泥0.1-3％、混 合石灰粉5-20％和煤+焦1-8％；

其中，所述配矿各组分质量分数之和为100％。

所述含钒固废可以为0.5％、0.6％、0.7％、0.8％、1％、1.2％、1.3％、1.5％、 1.6％、1.8％、2％、2.1％、2.3％、2.5％、2.6％、2.8％或3％。

所述低钒高品位铁精粉可以为40％、41％、42％、45％、46％、48％、50％、 51％、52％、53％、54％或55％。

所述机烧钒矿可以为10％、11％、12％、13％、15％、16％、18％、20％、21％、 22％、23％、24％或25％。

所述球团返矿可以为1％、2％、3％、4％、5％、6％、7％、8％、9％或10％。

所述澳矿粉可以为5％、6％、7％、8％、9％、10％、12％、13％、15％、16％、 17％、18％、19％或20％。

所述污泥可以为0.1％、0.2％、0.3％、0.5％、0.6％、0.8％、1％、1.2％、1.5％、 1.6％、1.8％、2％、2.1％、2.2％、2.3％、2.5％、2.6％、2.8％或3％。

所述混合石灰粉可以为5％、6％、7％、8％、9％、10％、11％、12％、13％、 14％、15％、16％、17％、18％、19％或20％。

所述煤+焦可以为1％、2％、3％、4％、5％、6％、7％或8％。

优选地，所述配矿按质量分数包括：含钒固废1.5-2.5％、低钒高品位铁精粉 46-52％、机烧钒矿15-20％、球团返矿2-7％、澳矿粉8-15％、污泥0.5-1.5％、混 合石灰粉10-15％和煤+焦4-5％；

其中，所述配矿各组分质量分数之和为100％。

优选地，所述配矿中的总铁含量为45-60％，总钒含量为0.1-0.5％。

所述总铁含量可以为45％、46％、48％、50％、51％、52％、53％、55％、56％、 57％、58％、59％或60％。

所述总钒含量可以为0.1％、0.2％、0.3％、0.4％或0.5％。

优选地，步骤(2)所述的烧结温度为700-950℃，例如可以是700℃、701℃、 705℃、710℃、720℃、750℃、760℃、780℃、800℃、820℃、830℃、850℃、 860℃、880℃、900℃、930℃或950℃，优选为750-900℃，进一步优选为800℃。

优选地，步骤(2)所述采用烧结技术，控制CaO/SiO₂为2.1-2.2。

优选地，步骤(3)所述的高炉炼铁中，当烧结矿/球团矿为71-7/5的高炉炉 料结构条件下高炉炼铁：烧结矿的CaO/SiO₂应该控制在1.7-2.0之间。

优选地，当烧结矿/球团矿为71-7/5的高炉炉料结构条件下高炉炼铁，高炉 炼铁过程高炉渣CaO/SiO₂为1.0-1.3。

优选地，所述高炉渣TiO₂含量为5-15％。

优选地，所述高炉渣Al₂O₃含量为4-13％。

作为优选技术方案，所述含钒固废配矿烧结-高炉炼铁的方法，包括以下步 骤：

(1)配矿：含钒固废0.5-3％、低钒高品位铁精粉40-55％、机烧钒矿10-25％、 球团返矿1-10％、澳矿粉5-20％、污泥0.1-3％、混合石灰粉5-20％和煤+焦1-8％；

(2)烧结：采用高碱度、全熟熔剂烧结技术，控制CaO/SiO₂为2.0-2.3；

(3)高炉炼铁：高炉渣碱度控制在1.0-1.3；当烧结矿/球团矿为7/1-7/5的 高炉炉料结构条件下高炉炼铁：烧结矿的CaO/SiO₂应该控制在1.7-2.0之间，高 炉炼铁过程高炉渣CaO/SiO₂为1.0-1.3，高炉渣TiO₂、Al₂O₃含量分别为5-15％、 4-13％。

作为优选技术方案，所述含钒固废配矿烧结-高炉炼铁的方法，包括以下步 骤：

(1)配矿：含钒固废1.5-2.5％、低钒高品位铁精粉46-52％、机烧钒矿 15-20％、球团返矿2-7％、澳矿粉8-15％、污泥0.5-1.5％、混合石灰粉10-15％和 煤+焦4-5％；

(2)烧结：采用高碱度、全熟熔剂烧结技术，控制CaO/SiO₂为2.1-2.2；

(3)高炉炼铁：高炉渣碱度控制在1.0-1.3；当烧结矿/球团矿为7/1-7/5的 高炉炉料结构条件下高炉炼铁：烧结矿的CaO/SiO₂应该控制在1.7-2.0之间，高 炉炼铁过程高炉渣CaO/SiO₂为1.0-1.3，高炉渣TiO₂、Al₂O₃含量分别为5-15％、 4-13％。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

(1)本发明在国内外首次大规模利用钢铁流程消纳含钒固废，对含钒固废 进行了高值化利用，减少了对环境的污染；

(2)本发明的方法流程短，采用全熟熔剂烧结技术，提高了燃料利用效率， 降低烧结矿固体燃料消耗，铁、钒组分收率高分别可达到97％和80％以上，降 低了烧结矿耗成本，提高了高炉钒回收率；

(3)本发明方法提高了机烧矿转鼓指数，达到77％以上，改善了烧结矿质 量，烧结返矿率低于10％，低于同行业先进水平。

附图说明

图1是本发明具体实施方式的工艺流程图。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明所采取的技术手段及其效果，以下结合附图并通过 具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案，但本发明并非局限在实施例范 围内。

本实施例采用烧结杯试验完成，根据承钢公司烧结厂的实际生产情况，所 用原料、燃料及溶剂均取自承钢生产车间。

实施例1

所述含钒固废配矿烧结-高炉炼铁的方法，包括以下步骤：

(1)配矿：含钒固废1.5％、低钒高品位铁精粉46％、机烧钒矿18％、球 团返矿7％、澳矿粉11％、污泥1.5％、混合石灰粉10％和煤+焦5％，所述配矿 后钒的含量为0.1％，铁的含量为60％；

(2)烧结：采用高碱度、全熟熔剂烧结技术，控制CaO/SiO₂为2.1；

(3)高炉炼铁：高炉渣碱度控制在1.0；当烧结矿/球团矿为7/1的高炉炉 料结构条件下高炉炼铁：烧结矿的CaO/SiO₂应该控制在2.0之间，高炉炼铁过 程高炉渣CaO/SiO₂为1.0，高炉渣TiO₂、Al₂O₃含量分别为5％、4％。

在该烧结条件下，机烧矿转鼓指数为77.3％，返矿率10.2％，固体燃耗 52.6kg/t，钒、铁到铁水中的收率分别为97％、83％。

实施例2

所述含钒固废配矿烧结-高炉炼铁的方法，包括以下步骤：

(1)配矿：含钒固废2.5％、低钒高品位铁精粉48％、机烧钒矿15％、球 团返矿2％、澳矿粉15％、污泥0.5％、混合石灰粉13％和煤+焦4％，所述配矿 后钒的含量为0.3％，铁的含量为50％；

(2)烧结：采用高碱度、全熟熔剂烧结技术，控制CaO/SiO₂为2.12；

(3)高炉炼铁：高炉渣碱度控制在1.05；当烧结矿/球团矿为7/3的高炉炉 料结构条件下高炉炼铁：烧结矿的CaO/SiO₂应该控制在1.8之间，高炉炼铁过 程高炉渣CaO/SiO₂为1.05，高炉渣TiO₂、Al₂O₃含量分别为8％、6％。

在该实验条件下烧结，机烧矿转鼓指数为77.3％，返矿率9.8％，固体燃耗 51.6kg/t，钒、铁到铁水中的收率分别为98％、80％。

实施例3

所述含钒固废配矿烧结-高炉炼铁的方法，包括以下步骤：

(1)配矿：含钒固废2.4％、低钒高品位铁精粉52％、机烧钒矿16％、球 团返矿4％、澳矿粉9％、污泥0.8％、混合石灰粉11.7％和煤+焦4.4％，所述配 矿后钒的含量为0.5％，铁的含量为45％；

(2)烧结：采用高碱度、全熟熔剂烧结技术，控制CaO/SiO₂为2.15；

(3)高炉炼铁：高炉渣碱度控制在1.1；当烧结矿/球团矿为7/2的高炉炉 料结构条件下高炉炼铁：烧结矿的CaO/SiO₂应该控制在1.86之间，高炉炼铁过 程高炉渣CaO/SiO₂为1.1，高炉渣TiO₂、Al₂O₃含量分别为11％、8％。

在该实验条件下烧结，机烧矿转鼓指数为78.0％，返矿率10.1％，固体燃耗 50.2kg/t，钒、铁到铁水中的收率分别为97.7％、84.6％。

实施例4

所述含钒固废配矿烧结-高炉炼铁的方法，包括以下步骤：

(4)配矿：含钒固废1.8％、低钒高品位铁精粉47％、机烧钒矿20％、球 团返矿3％、澳矿粉8％、污泥1％、混合石灰粉15％和煤+焦4.2％，所述配矿后 钒的含量为0.25％，铁的含量为53％；

(5)烧结：采用高碱度、全熟熔剂烧结技术，控制CaO/SiO₂为2.2；

(6)高炉炼铁：高炉渣碱度控制在1.3；当烧结矿/球团矿为7/5的高炉炉 料结构条件下高炉炼铁：烧结矿的CaO/SiO₂应该控制在2.0之间，高炉炼铁过 程高炉渣CaO/SiO₂为1.3，高炉渣TiO₂、Al₂O₃含量分别为15％、13％。

在该实验条件下烧结，机烧矿转鼓指数为79.9％，返矿率9.7％，固体燃耗 51.6kg/t，钒、铁到铁水中的收率分别为97.5％、84％。

实施例5

所述含钒固废配矿烧结-高炉炼铁的方法，包括以下步骤：

(7)配矿：含钒固废0.5％、低钒高品位铁精粉40％、机烧钒矿10％、球 团返矿1％、澳矿粉5％、污泥0.1％、混合石灰粉5％和煤+焦1％，所述配矿后 钒的含量为0.4％，铁的含量为47％；

(8)烧结：采用高碱度、全熟熔剂烧结技术，控制CaO/SiO₂为2.0；

(9)高炉炼铁：高炉渣碱度控制在1.0；当烧结矿/球团矿为7/2的高炉炉 料结构条件下高炉炼铁：烧结矿的CaO/SiO₂应该控制在1.83之间，高炉炼铁过 程高炉渣CaO/SiO₂为1.1，高炉渣TiO₂、Al₂O₃含量分别为5％、4.6％。

在该实验条件下烧结，机烧矿转鼓指数为76.3％，返矿率9.4％，固体燃耗 50.7kg/t，钒、铁到铁水中的收率分别为96.4％、82％。

实施例6

所述含钒固废配矿烧结-高炉炼铁的方法，包括以下步骤：

(10)配矿：含钒固废3％、低钒高品位铁精粉55％、机烧钒矿25％、球团 返矿10％、澳矿粉20％、污泥3％、混合石灰粉20％和煤+焦8％，所述配矿后 钒的含量为0.35％，铁的含量为55％；

(11)烧结：采用高碱度、全熟熔剂烧结技术，控制CaO/SiO₂为2.3；

(12)高炉炼铁：高炉渣碱度控制在1.28；当烧结矿/球团矿为7/5的高炉 炉料结构条件下高炉炼铁：烧结矿的CaO/SiO₂应该控制在2.0之间，高炉炼铁 过程高炉渣CaO/SiO₂为1.27，高炉渣TiO₂、Al₂O₃含量分别为15％、13％。

在该实验条件下烧结，机烧矿转鼓指数为78.6％，返矿率9.1％，固体燃耗 52.4kg/t，钒、铁到铁水中的收率分别为96.8％、83％。

对比例1

所述含钒固废配矿烧结-高炉炼铁的方法，包括以下步骤：

(1)配矿：低钒高品位铁精粉47.5％、机烧钒矿18％、球团返矿7％、澳 矿粉11％、污泥1.5％、混合石灰粉10％和煤+焦5％，所述配矿后钒的含量为0.2％， 铁的含量为55％；

(2)烧结：采用高碱度、全熟熔剂烧结技术，控制CaO/SiO₂为2.1；

(3)高炉炼铁：高炉渣碱度控制在1.0；当烧结矿/球团矿为7/1的高炉炉 料结构条件下高炉炼铁：烧结矿的CaO/SiO₂应该控制在2.0之间，高炉炼铁过 程高炉渣CaO/SiO₂为1.0，高炉渣TiO₂、Al₂O₃含量分别为5％、4％。

在该烧结条件下，机烧矿转鼓指数为73.8％，返矿率12.2％，固体燃耗 56.6kg/t，钒、铁到铁水中的收率分别为93％、80％。

对比例2

所述含钒固废配矿烧结-高炉炼铁的方法，包括以下步骤：

(1)配矿：低钒高品位铁精粉50.5％、机烧钒矿15％、球团返矿2％、澳 矿粉15％、污泥0.5％、混合石灰粉13％和煤+焦4％，所述配矿后钒的含量为 0.27％，铁的含量为52％；

(2)烧结：采用高碱度、全熟熔剂烧结技术，控制CaO/SiO₂为2.12；

(3)高炉炼铁：高炉渣碱度控制在1.05；当烧结矿/球团矿为7/3的高炉炉 料结构条件下高炉炼铁：烧结矿的CaO/SiO₂应该控制在1.8之间，高炉炼铁过 程高炉渣CaO/SiO₂为1.05，高炉渣TiO₂、Al₂O₃含量分别为8％、6％。

在该实验条件下烧结，机烧矿转鼓指数为72％，返矿率14.2％，固体燃耗 54kg/t，钒、铁到铁水中的收率分别为91％、76％。

对比例3

所述含钒固废配矿烧结-高炉炼铁的方法，包括以下步骤：

(1)配矿：低钒高品位铁精粉54.4％、机烧钒矿16％、球团返矿4％、澳 矿粉9％、污泥0.8％、混合石灰粉11.7％和煤+焦4.4％，所述配矿后钒的含量为 0.39％，铁的含量为48％；

(2)烧结：采用高碱度、全熟熔剂烧结技术，控制CaO/SiO₂为2.15；

(3)高炉炼铁：高炉渣碱度控制在1.1；当烧结矿/球团矿为7/2的高炉炉 料结构条件下高炉炼铁：烧结矿的CaO/SiO₂应该控制在1.86之间，高炉炼铁过 程高炉渣CaO/SiO₂为1.1，高炉渣TiO₂、Al₂O₃含量分别为11％、8％。

在该实验条件下烧结，机烧矿转鼓指数为71.1％，返矿率15.8％，固体燃耗 61.6kg/t，钒、铁到铁水中的收率分别为90％、81％。

对比例4

所述含钒固废配矿烧结-高炉炼铁的方法，包括以下步骤：

(1)配矿：低钒高品位铁精粉48.8％、机烧钒矿20％、球团返矿3％、澳 矿粉8％、污泥1％、混合石灰粉15％和煤+焦4.2％，所述配矿后钒的含量为0.23， 铁的含量为58％；

(2)烧结：采用高碱度、全熟熔剂烧结技术，控制CaO/SiO₂为2.2；

(3)高炉炼铁：高炉渣碱度控制在1.3；当烧结矿/球团矿为7/5的高炉炉 料结构条件下高炉炼铁：烧结矿的CaO/SiO₂应该控制在2.0之间，高炉炼铁过 程高炉渣CaO/SiO₂为1.3，高炉渣TiO₂、Al₂O₃含量分别为12％、13％。

在该实验条件下烧结，机烧矿转鼓指数为73.2％，返矿率13.2％，固体燃耗 64.6kg/t，钒、铁到铁水中的收率分别为90.5％、80.2％。

将实施例1-4与对比例1-4对应进行对比，可发现在当前烧结原料基础上， 用适当比例的提钒尾渣替代低钒高品位铁精粉，不仅可以大幅降低矿耗成本， 而且可以有效提高烧结矿的转股指数，使钒、铁组分收率提高，烧结矿质量得 到改善，返矿率更低，实现了含钒固废的高值化资源利用。

综上所述，本发明的方法流程短，采用全熟熔剂烧结技术，提高了燃料利 用效率，降低烧结矿固体燃料消耗，铁、钒组分收率高分别可达到97％和80％ 以上，降低了烧结矿耗成本，提高了高炉钒回收率；本发明方法提高了机烧矿 转鼓指数，达到77％以上，改善了烧结矿质量，烧结返矿率低于10％，低于同 行业先进水平。

申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细方法，但本发明 并不局限于上述详细方法，即不意味着本发明必须依赖上述详细方法才能实施。 所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原 料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范 围和公开范围之内。