添加剂对钒钛磁铁精矿球团熔融还原冶炼的影响.pdf

2 0 1 7 年第2 期有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i m m ．c n 4 7 d o i 1 0 ．3 9 6 9 ／j ．i s s n ．1 0 0 7 - 7 5 4 5 ．2 0 1 7 ．0 2 ．0 1 2 添加剂对钒钛磁铁精矿球团熔融还原冶炼的影响 吕亚男1 ，郭宇峰2 ，陈栋 1 ．苏州工业职业技术学院机电工程系，江苏苏州2 1 5 1 0 4 ； 2 ．中南大学资源加工与生物工程学院，长沙4 1 0 0 8 3 ；3 ．苏州大学沙钢钢铁学院，江苏苏州2 1 5 0 2 1 摘要对钒钛磁铁精矿预还原球团熔融还原冶炼中添加剂的影响进行了研究，并对渣型制度进行了优 化。熔融还原渣碱度、添加剂氧化镁和氧化铝对钒钛磁铁精矿的熔融还原作用明显。在添加剂作用下， 15 0 0 ℃电炉冶炼1 0r a i n 后的熔融还原产物为含9 6 ．9 ％铁、0 ．5 2 ％钒的生铁，以及含6 6 ．1 3 ％T i O z 的熔 融还原渣，实现了钒钛磁铁精矿冶炼中铁钒和钛的有效分离。 关键词钒钛磁铁精矿；预还原；添加剂；熔融还原 中图分类号T F 5 5文献标志码A文章编号1 0 0 7 7 5 4 5 2 0 1 7 0 2 0 0 4 7 - 0 4 E f f e c to fA d d i t i v eo nS m e l t i n gR e d u c t i o no fV a n a d i u m 。T i t a n i u m M a g n e t i t eO r eP e l l e t s L UY a N a n l ，G U OY u f e n 9 2 ，C H E ND o n 9 3 1 ．D e p a r t m e n to fM e c h a n i c a la n dE l e c t r i c a lE n g i n e e r i n g ，S u z h o uI n s t i t u t eo fI n d u s t r i a lT e c h n o l o g y ，S u z h o u2 1 5 1 0 4 ，J i a n g s u ，C h i n a 2 ．S c h o o lo fM i n e r a l sP r o c e s s i n ga n dB i o e n g i n e e r i n g ，C e n t r a lS o u t hU n i v e r s i t y ，C h a n g s h a4 1 0 0 8 3 ，C h i n a ； 3 ．S h a g a n gS c h o o lo fI r o na n dS t e e l ，S o o c h o wU n i v e r s i t y ，S u z h o u2 1 5 0 2 1 ，J i a n g s u ，C h i n a A b s t r a c t E f f e c to fs l a ga d d i t i v e so ns m e l t i n gr e d u c t i o no fv a n a d i u m - t i t a n i u mm a g n e t i t ec o n c e n t r a t ep e l l e t s w a si n v e s t i g a t e d ．S l a gt y p ew a so p t i m i z e d ．T h er e s u l t ss h o wt h a ts l a ga l k a l i n i t y ，M g Od o s a g e ，a n dA 1 20 3 d o s a g eh a v es i g n i f i c a n te f f e c to ns m e l t i n gr e d u c t i o np r o d u c t so fv a n a d i u m t i t a n i u mm a g n e t i t ec o n c e n t r a t e ． U n d e rt h eo p t i m u mc o n d i t i o n sw i t ha d d i t i v ea d d i t i o n ．p i gi r o nr e d u c e da t15 0 0 ℃f o r1 0m i nc o n t a i n s 9 6 ．9 0 ％o fi r o na n d0 ．5 2 ％o fv a n a d i u m ，w h i l es l a gc o n t a i n s6 6 ．1 3 ％T i 0 2 ．I r o na n dv a n a d i u ma r e e f f i c i e n t l ys e p a r a t e df r o mt i t a n i u mi nv a n a d i u m t i t a n i u mm a g n e t i t ec o n c e n t r a t e ． K e yw o r d s v a n a d i u m t i t a n i u mm a g n e t i t eo r e ；p r e r e d u c t i o n ；a d d i t i v e ；s m e l t i n gr e d u c t i o n 对复杂钒钛磁铁精矿的主要有价元素铁、钛和 钒的回收利用研究始于2 0 世纪6 0 年代。由于钒 钛磁铁矿中各矿物紧密共生，相互嵌布[ 1 。2 ] ，因此 有效分离回收其中的有价元素成为一个重要课 题。处理钒钛磁铁精矿的方法有回转窑一电炉 法口‘4 ] 、高炉一转炉法[ 5 喝] 、还原一磨选法[ 7 剞和熔融 还原法[ 9 3 等。这些方法在一定程度上可以实现对 钒钛磁铁矿的应用，但均存在着一定的局限性。 高炉法具有可控性差、强滞后性以及生产局限性 等不足，且易造成环境污染[ 1 “。还原一磨选法通 过选择性还原和球磨磁选后可获得铁粉精矿和富 钒钛料n 1 1 。然而，还原一磨选法生产规模较小，且 钒钛磁铁精矿还原温度较高，容易造成生产事故。 采用回转窑一电炉法冶炼钒钛磁铁精矿时，容易产 生泡沫渣，尤其当炉渣中T i O 含量大于3 0 ％时，冶 炼无法进行[ 1 引。 收稿日期2 0 1 6 1 0 0 9 基金项目国家自然科学基金资助项目 5 1 5 0 4 1 5 5 ；江苏省青年基金项目 B K 2 0 1 4 0 3 3 7 作者简介吕亚男 1 9 8 3 - ，女，山西人，博士． 万方数据 4 8 有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i m m ．c n 2 0 1 7 年第2 期 与普通铁矿石比较，尽管钒钛磁铁矿的熔融还 原速度较慢，但并未产生大量的泡沫渣，有利于钒 钛磁铁矿的熔融冶炼[ 1 州] 。在适宜的还原制度 下，对钒钛磁铁精矿进行熔融还原可得到铁品位 较高的含钒生铁和含钛熔渣[ 9 ] 。熔融还原过程中 炉渣对冶炼过程的进行以及冶炼产物的组成起着 举足轻重的作用，而添加剂可以通过调整炉渣的 成分进而对熔融产物产生影响。因此本文探讨了 电炉冶炼钒钛磁铁精矿过程中，碱性添加剂对熔融 还原冶炼的作用。 1 试验原料及方法 研究对象为钒钛磁铁精矿，还原剂包括用于制 备预还原球团的还原煤和用于进行电炉熔融还原的 无烟煤，原料及煤的成分分析结果见文献[ 1 5 ] 。 研究过程包括球团的制备、球团的氧化一预还 原以及电炉熔融冶炼[ 16 】。球团制备使用直径lm 的圆盘造球机。球团在1 0 5 ℃恒温真空干燥箱中干 燥后，在直径5 0m m 恒温9 0 0 ℃的卧式电阻炉中氧 化6m i n 。氧化球团与还原煤混合在直径6 0m m 的 竖式电阻炉中还原后经保护性气体冷却制备出预还 原球团。进行熔融还原冶炼时，将钒钛磁铁精矿预 还原球团、无烟煤及其它添加剂置于反应容器中，在 15 0 0 ℃及保护性气体作用下熔融还原1 0m i n 。熔 融还原产物冷却后，分离还原产物的渣铁并取样分 析。熔融还原产物的物相采用D ／m a x - r A 型X 一射 线衍射仪分析。 2 结果与分析 2 ．1 碱度对熔融还原的影响 碱度 C a O ／S i O 。 对钒钛磁铁精矿熔融还原产 物生铁的影响见图1 。 亭亭 嘲啦j c也 弗矗 行L _ 南_ _ 南1 亍彳r t 广商_ J o ’■商1 占了f 寸r t 广商。 碱度CaO／Si02碱度CaO／Sioo 图1碱度对铁品位、铁回收率、钛含量 a 和钒含量、钒回收率 b 的影响 F i g ．1 E f f e c to fa l k a l i n i t yo ni r o nc o n t e n t 。i r o nr e c o v e r yr a t e ，t i t a n i u mc o n t e n t a ， v a n a d i u mc o n t e n t ，a n dr e c o v e r yr a t e b 由图1 a 可知，熔融还原生铁产物的铁品位和铁 回收率在碱度范围0 ．9 到1 ．2 区间内随碱度的升高 而增加。当碱度大于1 ．2 时，生铁铁品位开始下降。 提高碱度有利于生铁中钛的脱除，当碱度从0 ．9 提 升到1 ．4 时，生铁中钛含量减少了～8 0 ％。由图1 b 可知，当碱度小于1 ．2 时钒含量和回收率有所提升， 随后呈下降趋势。当碱度为1 ．2 时，生铁中钒的含 量和钒回收率最高，分别为0 ．4 3 ％和7 6 ．5 9 ％。当 碱度继续提高到1 ．2 以上时，生铁中的钒含量及钒 回收率同时降低，说明高碱度会对熔融还原时钒进 入生铁中产生不良影响。 在外配煤存在下且温度低于18 0 0K 时，C a O 与F e T i O 。容易生成钙钛矿而进入渣中。所以，提高 碱度能够有效抑制钛氧化物的还原，进而降低生铁 中的钛含量，且钙钛矿可有效减少渣中的低价钛，降 低熔渣黏度，易于冶炼。然而，过量C a O 会提高炉 渣碱度，进而提升熔融还原渣的熔化温度，使熔融还 原渣的颗粒物增多，进而增大炉渣黏度，不易于熔融 还原的进行。综上所述，适宜的渣碱度应为1 ．2 。 2 ．2 氧化镁含量对熔融还原的影响 由图2 可知，氧化镁对电炉熔融还原产物生铁 影响显著，尤其是对生铁中的铁品位和钒含量。生 铁中铁品位随着氧化镁含量的增加而减少，从氧化 镁为4 ％时的9 7 ．2 1 ％降低到了1 0 ％时的9 4 ．9 8 ％。 同时，生铁中的钛含量也随之小幅上升，上升幅度为 0 ．0 7 ％。提高氧化镁的用量，生铁中的钒含量以及 钒回收率均有所升高，钒含量从0 ．5 0 ％提高到了 0 ．6 40 , 4 ，钒回收率提高了3 ．5 8 ％。添加适量的 M g O 可与钒钛磁铁精矿还原产物中的F e T i O 。结合 生成钛酸镁而进入炉渣中，然而继续提高氧化镁用 q 率 一 量收 一 含回 ～ 钒钒 J 『、} 一 二 ／一一 ∞ 率 。1 ～ 位收量 ～～ ～ u Ⅲ回含 一～ 一 铁铁钛 ～～ 『、 一 一 一 ＼ 、 一～一一＼一 c ＼j ∑～ 万方数据 2 0 1 7 年第2 期 有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i m m ．c n 4 9 量，形成的钛酸镁可以还原生成钛氧化物，恶化炉渣 的流动性，不利于熔融冶炼。由此，当熔融还原渣中 的氧化镁含量控制在6 ％时，生铁中铁品位、钒含量 以及铁钒回收率均较好。 兰r 广一 羹垂i j r百j-joj_j『『；三i二三三二]三茎 图2氧化镁对铁品位、铁回收率、钛含量 a 和钒含量、钒回收率 b 的影晌 F i g ．2 E f f e c to fm a g n e s i u mo x i d eo ni r o nc o n t e n t ，i r o nr e c o v e r yr a t e ，t i t a n i u mc o n t e n t a ， v a n a d i u mc o n t e n t ，a n dr e c o v e r yr a t e b 2 ．3 氧化铝含量对熔融还原的影响 氧化铝添加剂对钒钛磁铁精矿熔融还原生铁的 影响见图3 。当熔融还原熔渣中氧化铝含量从9 ％ 提高到1 6 ％时，生铁中的铁品位下降较为明显，从 9 6 ．9 ％降低到9 4 ．8 7 ％，但铁回收率无明显变化。 氧化铝含量对钒的回收率影响较大，随着氧化铝含 量的升高，生铁中钒的回收率先有所升高．在氧化铝 含量达到1 4 ％时，出现峰值为8 2 ．2 1 ％。当氧化铝含 量大于1 4 ％后，开始下降。然而氧化铝含量对生铁 中钒的富集作用并不突出，在氧化铝含量达到1 4 ％ 时，钒含量仅增加至～0 ．5 8 ％。而生铁中的钛含量 当氧化铝含量从9 ％增加到1 2 ％时，也仅降低了 0 ．0 4 个百分点，依然不利于钛在渣中的富集回收。 这是因为A l 。O 。是一种弱酸性氧化物，过量的A l 0 。 能够提高熔化性温度，不利于冶炼进行。因此，炉渣 中氧化铝的含量不宜较高，应保持在9 ％。 i 卜一仁 图3 氧化铝对铁品位、铁回收率、钛含量 a 和钒含量、钒回收率 b 的影响 F i g ．3 E f f e c to fa l u m i n u mo x i d eo ni r o nc o n t e n t ，i r o nr e c o v e r yr a t e ，t i t a n i u mc o n t e n t a ， v a n a d i u mc o n t e n t ，a n dr e c o v e r yr a t e b 2 ．4 熔融还原产物的特性 当钒钛磁铁精矿熔融还原渣碱度为1 ．2 、氧化 镁含量为6 ％以及氧化铝含量为9 ％时，熔融还原 后，可获得含9 6 ．9 ％铁、0 ．5 2 ％钒的生铁。对熔融 还原冶炼产物的生铁进行了物相分析，由图4 可知， 电炉冶炼获得的生铁中的主要物相为金属铁。冶炼 渣中的铁品位为0 ．6 4 ％，V O 。含量为0 ．0 2 ％，T i O 的含量为6 6 ．1 3 ％。采用还原钒钛磁铁精矿球团熔 融还原技术可以将铁和钒富集到生铁中，可用于后 续提钒炼钢，同时获得的含钛富集渣可用于制钛。 万方数据 5 0 有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i m m ．c n 2 0 1 7 年第2 期 - l o l | O 6 坚尘一生。一生叠 』 4 05 06 07 08 09 l K 2 0 ／ 。 图4电炉冶炼生铁的X R D 谱 F i g ．4 X R Dp a t t e r no fp i gi r o n 3结论 炉渣碱度、氧化镁和氧化铝对钒钛磁铁精矿熔 融还原产物的影响显著。在熔融还原渣碱度、氧化 镁用量和氧化铝用量分别为1 ．2 、6 ％和9 ％时，预还 原球团在15 0 0 ℃还原1 0r a i n 后，获得含9 6 ．9 ％铁 和0 ．5 2 ％钒的生铁，以及含6 6 ．1 3 ％T i O z 的渣。实 现了铁钒与钛的有效分离。 参考文献 E l i 杜鹤桂．高炉冶炼钒钛磁铁矿原理[ M ] 社，1 9 9 6 1 - 1 6 ． [ J ] ．钢铁技术，2 0 0 0 4 8 - 1 2 ． [ 4 ] 石玉洪．钒钛磁铁矿预还原球团及熔分渣的理化性能 [ J ] ．钢铁钒钛，1 9 9 6 ，1 7 2 2 0 2 4 ． [ 5 ] 蒙钧，韩明堂．高钛渣生产现状和今后发展的看法[ J ] ． 钛工业进展，1 9 9 8 ，1 5 1 1 2 - 1 3 ． E 6 ] 邹建新，王荣凯，彭富昌．电炉冶炼高钛渣试验研究[ J ] ． 轻金属，2 0 0 4 1 2 3 7 - 3 9 ． [ 7 ] 朱德庆，姜涛，郭宇峰，等．钒钛磁铁精矿铁钒钛综合利 用新流程E J ] ．矿产综合利用，1 9 9 9 2 1 6 2 0 ． r 8 ] E L - T A W I LSZ M ，o S R IIM ，Y E H I UA ，e ta 1 ． R e d u c t i v eR o a s t i n go fI l m e n i t eO r e [ J ] ．C a n a d i a n M e t a l l u r g i c a lQ u a r t e r l y ，1 9 9 6 ，3 5 1 3 1 3 5 ． [ 9 3 吕亚男，郭宇峰，陈栋．钒钛磁铁精矿预还原球团电炉冶 炼研究[ J ] ．有色金属 冶炼部分 ，2 0 1 6 7 3 8 4 1 ． [ 1 0 ] 李晨希，王宏，李润霞．含钛高炉渣综合利用研究的进 展口] ．沈阳工业大学学报，2 0 0 4 ，2 6 5 4 9 5 4 9 8 ． [ 1 1 ] 郭宇峰．钒钛磁铁矿固态还原强化及综合利用研究 I - 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