提钒尾渣内配碳球团直接还原试验.pdf

2 0 1 1 年l l 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 1 7 D O I 1 0 ．3 9 6 9 ／j ．t s s n ．1 0 0 7 - 7 5 4 5 ．2 0 1 1 ．1 1 ．0 0 5 提钒尾渣内配碳球团直接还原试验 吴恩辉，黄平，杨绍利，马兰，张树立 攀枝花学院四川省钒钛材料工程技术研究中心，四川攀枝花6 1 7 0 0 0 摘要在实验室条件下，对提钒尾渣压力成型工艺进行研究，考察煤粉配比、粘结剂配比、生石灰配比及 成型压力等因素对提钒尾渣内．配碳球团强度的影响，确定了最佳方案。结果表明，球团的强度可满足后 续处理工艺的要求。并研究了配碳量、碱度、还原温度及还原时间与该种球团直接还原金属化率的关 系。 关键词提钒尾渣} 压力成型；直接还原} 内配碳球团 中图分类号T F 8 4 1 ．3文献标识码A文章编号1 0 0 7 7 5 4 5 2 0 1 1 1 1 - 0 0 1 7 0 4 E x p e r i m e n t a lS t u d yo nD i r e c tR e d u c t i o no fV a n a d i u mT a i l i n g s C a r b o n C o n t a i n i n gP e l l e t s W UE n h u i ，H U A N GP i n g ，Y A N GS h a o - l i ，M AL a n ，Z H A N GS h u l i P a n a h i h u aC o l l e g e ，S i c h u a nP r o v i n c eE n g i n e e r i n gR e s e a r c hC e n t e rf o rV a n a d i u m T i t a n i u mM a t e r i a l s 。 P a n z h i h u a6 1 7 0 0 0 ．S i c h u a n ，C h i n a A b s t r a c t U n d e rl a b o r a t o r yc o n d i t i o n s ，p r e s s u r ef o r m i n gp r o c e s sf o rv a n a d i u mt a i l i n g sw a si n v e s t i g a t e d ． T h ee f f e c t i n gf a c t o r s ，s u c ha sc o a lr a t i o ，b i n d e rr a t i o ，q u i c k l i m er a t i oa n dm o l d i n gp r e s s u r e ，o np e l l e t s s t r e n g t hw e r es t u d i e da n dt h eo p t i m u mp r o c e s sp a r a m e t e r sw e r ed e t e r m i n e d ．T h er e s u l t ss h o wt h a tt h e s t r e n g t ho fp e l l e t sc a nm e e tt h er e q u i r e m e n to ff o l l o w - u pp r o c e s s i n g ．T h er e l a t i o n sb e t w e e nc o a lr a t i o ，a l k a l i n i t y ，r e d u c t i o nt e m p e r a t u r ea n dt i m ea n dt h em e t a l l i z a t i o np e r c e n t a g ei nt h ep r o c e s so fm e t a l i z e dp e l l e t w e r ea l s os t u d i e dw i t he x p e r i m e n t s ． K e yw o r d s V a n d i u mt a i l i n g s ；P r e s s u r ef o r m i n g ；D i r e c tr e d u c t i o n ；C a r b o n c o n t a i n i n gp e l l e t s 提钒尾渣是钒渣经过氧化钠化焙烧、酸浸等工 序将钒氧化物提取出来后产生的固体废弃物，全国 钒企业每年大约排放提钒尾渣约3 0 万t [ 1 ] ，而且随 着钒企业产能的不断过大，提钒尾渣的排放量也将 逐渐提高，如此多的废渣常年堆积，不但占用了大量 土地，而且会造成环境污染。 提钒尾渣中铁含量相对较高，还富集有钒、铬、 镓等稀贵金属，是非常宝贵的二次资源，然而由于其 碱金属含量高，矿相及成分复杂，目前其综合利用程 度并不高[ 2 ] 。对其开发应用主要集中在以下几个方 面一是将提钒尾渣进行二次提钒，目前研究主要集 中在常压或加压酸浸提钒工艺[ 3 - 4 3 ，二是提钒尾渣 作者简介吴恩辉 1 9 8 4 - 。男，安徽泗县人。助教．硕士． 经过热处理和改性可以作为远红外涂料的填料，替 代钴系列黑色颜料I s ] ；三是利用提钒尾渣具有较高 的光热吸收率、红外辐射率和较高的光热转换效率 等特性，将提钒尾渣煅烧制黑色陶瓷材料【6 ] ，成为优 良的光热转换材料和成瓷材料；四是将提钒尾渣经 过煤基直接还原一磁选工艺回收其中的金属铁[ 7 ] 。 本文主要研究提钒尾渣内配碳球团压力成型工艺， 得出了合理的工艺参数，生产的内配碳球团可以满 足后续冶炼工艺对其强度的要求；在此基础上，初步 探索了该球团直接还原的相关规律，为后续提钒尾 渣金属化球团电弧炉冶炼提供依据和参考。 万方数据 1 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 1 年1 1 期 1 试验原料及流程 1 ．1 试验原料 化学成分 ％ T F e3 7 ．9 7 、G aO ．0 0 8 、T i 0 2 1 2 ．9 0 、V 2 0 52 ．0 8 、M n O7 ．8 4 、S i 0 21 6 ．3 2 、A 1 2 0 3 3 ．7 2 、C a O2 ．5 、M g O3 ．5 7 、C r 2 0 。2 ．2 4 ，原料粒度 ％ 0 ．3 5m m7 ．8 、一0 ．3 5 ～ 0 ．2 5m m6 ．0 、一 0 ．2 5 ～ 0 ．1 5 2m m2 0 ．6 、一0 ．1 5 2 ～ 0 ．1 0 4m m 2 5 ．2 、一0 ．1 0 4 ～ 0 ．0 7 4m m1 ．6 、一0 ．0 7 4m m 3 9 ．4 。可以看出提钒尾渣有以下几个特点 1 原料中F e 含量达到3 7 ．9 7 ％，V 0 5 和 C r z O 。含量分别达到2 ．0 8 ％和2 ．2 4 ％，具有较高的 综合利用价值。 2 原料粒度组成大于0 ．2 5m m 的占8 6 ．2 ％， 适合内配碳球团压力成型工艺。 3 具有利用价值的金属种类多，比如金属镓、 钒、铬、钛等Ⅲ。 1 ．2 试验流程 煤粉、提钒尾渣和生石灰一起混合成型后，制成 球团，在竖炉内进行直接还原，得到金属化球团。 2试验方法 采用L 。 3 2 正交试验方法，考察煤粉配比、粘 结剂配比、C a O 配比和成型压力对球团强度的影 响。人工配料，加入一定量粘结剂混匀之后在粉末 压片机上压制成球。生球未经干燥在0 ．5m 高落 至钢板上，测定其落下强度；生球自然干燥后在智能 压力测定机上测定其抗压强度。 直接还原试验利用上述压力成型工艺制成的内 配碳球团作为原料，每次试验用钢丝网兜装入一个 球团，球团先在竖炉上端低温区预热一分钟，然后放 人炉底高温区进行还原，还原时通入C 0 作为保护 气。球团在一个温度点还原预先设定的时间后，迅 速取出放入木炭中自然冷却，冷却完成后，取样分 析。 3 试验结果及讨论 3 ．1 压力成型试验 压力成型正交试验结果如表1 所示。 表1造球正交试验试验结果 T a b l e1T h eo r t h o g o n a lt e s tr e s u l t so fp e l l e t i z i n g 采用极差法处理表1 中的数据，处理结果列入 表2 ～3 。其中，忌表示第_ f 因素，第i 水平的平均 值，R 』表示极差。 表2 球团抗压强度的极差分析 T a b l e2E x t r e m ed i f f e r e n c ea n a l y s i so f p r e s s u r e ds t r e n g t ho fp e l l e t 表3 对球团落下强度的极差分析 T a b l e3E x t r e m ed i f f e r e n c ea n a l y s i so f d r o ps t r e n g t ho fp e l l e t 由表1 ～3 可知，采取压力成型工艺，提钒尾渣 内配碳球团的抗压强度可达4 8 ．7N ／球，落下强度 可达1 4 次，提钒尾渣具有良好的成球性，不需要对 万方数据 2 0 1 1 年1 1 期有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i m m ．o n 1 9 原料做特殊处理，就可以得到各方面性能优异的内 配碳球团。在影响球团抗压强度的各因素中，主次 关系为煤粉配比 粘结剂配比 C a 0 配比 成型 压力；影响球团落下强度的各因素中，主次关系为 粘结剂配比 煤粉配比 成型压力 C a 0 配比。 试验确定的最佳方案是提钒尾渣煤粉氧化钙 l 粘结剂 1 0 0 l 2 5 1 5 2 。 3 ．2 直接还原试验 3 ．2 ．1 还原温度对球团金属化率的影响 试验在理论配碳量、碱度1 ．2 、还原时间2 5 m i n 、C 0 气氛下进行，还原温度对球团金属化率的 影响结果见图1 。在11 5 0 ℃时，球团的金属化率为 4 1 ．3 9 ％，就趋势而言，随着温度的升高，球团的金属 化率不断增加。由于球团在接近12 0 0 ℃时就开始 熔化，无法从竖炉取出，因此无法检测其结果，但是 就现象来看，球团的金属化率一定很高，因为可以明 显发现其中有铁颗粒的存在。 琶 錾 焉 还原温度／℃ 图1 还原温度对球团金属化率的影响 F i g ．1 E f f e c to fr e d u c t i o nt e m p e r a t u r eo n m e t a l l i z a t i o nr a t eo fp e l l e t 3 ．2 ．2 配碳量对球团金属化率的影响 试验在还原温度10 9 0 ℃、碱度1 ．2 、还原时间 2 5m i n 、C O 气氛下进行，配碳量对球团金属化率的 影响结果见图2 。配碳量为1 4 ．4 ％时，球团的金属 化率为3 5 ．3 5 ％。图中数据显示，随着配碳量的增 加，球团的金属化率有震荡升高的趋势。出现金属 化率减小的主要原因是在取出球团时，由于未及时 将球团埋在木炭深处，导致了炙热球团与空气接触， 发生氧化导致。另外分析结果显示有剩炭的出现， 说明提钒尾渣中铁的还原并不充分，这也是金属化 率较低的原因之一。 3 ．2 ．3 还原时间对球团金属化率的影响 还原温度10 9 0 ℃，配碳为理论配碳量、碱度 1 ．2 、C O 气氛，还原时间对球团金属化率的影响结 零 、 瓣 S 毽 删 配碳比／％ 图2 配碳量对球团金属化率的影响 F i g ．2 E f f e c to fc a r b o na d d i t i o no n m e t a l l i z a t i o nr a t eo fp e l l e t 果见图3 。当还原时间为3 0m i n 时，球团的金属化 率为3 3 ．0 9 ％，由图3 可以看出，球团的金属化率随 着还原时间的增长，其金属化率表现为震荡升高。 出现震荡的主要原因应为试验操作过程中球团氧化 造成的，因为通过分析球团中残碳量可知，随着时间 的增加残碳是不断减少的，说明球团中的铁是不断 被还原的。 芝 篓 焉 还原时『日J ／m i n 图3 还原时间对球团金属化率的影响 F i g ．3 E f f e c to fr e d u c t i o nt i m eo n m e t a l l i z a t i o nr a t eo fp e l l e t 3 ．2 ．4 碱度对球团金属化率的影响 还原温度10 9 0 ℃、配碳为理论配碳量、还原时 间2 5m i n 、C O 气氛，碱度对球团金属化率的影响结 果见图4 。图4 显示，随着碱度的增大，球团的金属 化率降低，说明氧化钙的加入有一个最优值，当超过 这个最优值就会影响尾渣中铁的还原率。 4结论 1 粘结剂的配比对球团的强度影响最为明显， 最佳配比是提钒尾渣。煤粉氧化钙粘结剂 1 0 0l2 5l1 5l2 。 2 还原温度是影响球团竖炉直接还原金属化率 万方数据 2 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 1 年1 1 期 麓度 圈4 碱度对球团金属化率的影响 F i g ．4 E f f e c to fl i g n i t er a t i oo n m e t a l l i z a t i o nr a t eo fp e l l e t 的关键因素，从趋势上看，温度高必然可以提高球团 的金属化率。 参考文献 [ 1 ] 郝建璋，刘安强．钒产品生产废渣的综合利用[ J ] ．中国 资源综合利用，2 0 0 9 ，i 0 7 - 1 0 ． [ 2 ] 杨绍利．钒钛材料[ M ] ．北京冶金工业出版社，2 0 0 7 ． [ 3 ] 樊刚，魏昶，葛怀文，等．提钒尾渣常压酸浸提钒[ J ] ．有 色金属，2 0 1 0 ，6 2 4 6 5 - 6 8 ． [ 4 ] 葛怀文，魏昶，樊刚，等．提钒尾渣加压酸浸取钒新工艺 探索试验[ J ] ．山西冶金，2 0 0 8 6 1 7 1 9 ． [ 5 ] 郝建璋，刘安强，马明龙．提钒尾渣远红外涂料性能研 究[ J ] ．涂料工业，2 0 0 9 ，3 9 9 1 3 1 5 ． [ 6 ] 修大鹏，王启春，杨玉国，等．钒钛黑瓷的制造工艺及其 在现代工业中的应用[ J ] ．中国陶瓷，2 0 0 8 ，4 4 4 4 1 - 4 3 ． [ 7 ] Y a n gHF ，J i n gLL ，Z h a n gBG ．R e c o v e r yo fi r o nf r o m v a n a d i u mt a i l i n g sw i t hc o a l b a s e dd i r e c tr e d u c t i o nf 0 1 - l o w e db ym a g n e t i cs e p a r a t i o n [ J ] ．J o u r n a lo fH a z a r d o u s M a t e r i a l s ，2 0 1 1 ，1 8 5 1 4 0 5 - 1 4 1 1 ． [ 8 ] 吴恩辉，杨绍利．从攀枝花钒钛磁铁矿中回收镓的研究 进展[ J ] ．中国有色冶金，2 0 1 0 1 4 5 4 7 ． 上接5 页 采样点 图1 3 综合模型验证曲线 F i g ．1 3 M o d e lv e r i f i c a t i o nc u r v e o fi n t e g r a t e dm o d e l 4 所建模型基本能够较准确地反映真实系统的 运行情况，模型具有较高的可靠性。 参考文献 [ 1 ] 刘兴堂．现代辨识工程[ M ] ．北京国防工业出版社， 2 0 0 6 1 - 6 5 ． [ 2 ] 陈伯时．电力拖动自动控制系统[ M ] ．北京机械工业 出版社，2 0 0 7 1 5 1 1 5 3 ． [ 3 ] 徐听．M a t l a b 工具箱应用指南控制工程篇[ M ] ．北京 电子工业出版社，2 0 0 0 3 2 - 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