內配碳固態(tài)還原釩鈦磁鐵礦試驗研究_ 汪云華.doc

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免費文檔下載/本文檔下載自文庫下載網，內容可能不完整，您可以點擊以下網址繼續(xù)閱讀或下載：/doc/be2e7aee58f5f61fb73666eb.html內配碳固態(tài)還原釩鈦磁鐵礦試驗研究_汪云華第33卷第4期2013年08月礦冶工程MININGANDMETALLUGICALENGINEEINGVol334August2013內配碳固態(tài)還原釩鈦磁鐵礦試驗研究汪云華（云南新立有色金屬有限公司，云南昆明650100）摘要：對內配碳-電爐固態(tài)還原-球磨-強磁選-尾礦酸化氧化浸出五氧化二釩工藝進行了研究，討論了不同的還原劑以及還原劑用量、還原溫度、還原時間等因素對固態(tài)還原釩鈦磁鐵礦的影響。研究結果表明，最佳的工藝參數(shù)為：有機粘結劑用量為2%、無煙煤還原時間60min、還原反應溫度1200、磁選場強012T、磁選尾渣浸出硫酸濃度為25%、液固比41、還原劑用量為礦量的30%、氯酸鈉氧化劑用量為尾礦質量的5%、浸出溫度為常溫、浸出時間180min。此條件下，磁選鐵精礦經800氫還原30min后，所得鐵粉金屬鐵品位大于96%，達到化工鐵粉質量要求。磁選尾渣經氧化浸出后，溶液中五氧化二釩的浸出率大于76%，浸出渣即鈦精礦品位大于37%。關鍵詞：釩鈦磁鐵礦；內配碳；固態(tài)還原；還原時間；還原溫度中圖分類號：TD95文獻標識碼：Adoi：103969/jissn0253-6099201304023文章編號：02536099（2013）04009103ExperimentalStudyonSolid-stateeductionofVanadiferousTitanomagnetiteOrewithCarbonContainingPelletsWANGYun-hua（YunnanXinliNonferrousMetalsCoLtd，Kunming650100，Yunnan，China）Abstract：Theprocessingflowsheetconsistingofpreparationofcarbon-containingpelletsforvanadiferoustitanomagne/doc/be2e7aee58f5f61fb73666eb.htmltitestatereduction，ballmilling，high-intensitymagneticseparation，oxidizingleachingoftailingsunderacidicore，solid-condition，resultsintheproductofvanadiumpentoxideInfluenceoversolid-statereductionofvanadiferoustitanomagnetiteorebythosefactorsincludingdifferentreductant，reductantdosage，reductiontemperatureandreductiontimewerealldiscussedTheresultsshowthereasonableconditionsaredeterminedasfollows：thedosageoforganicbinderis2%，theamountofreductant（anthracite）is30%oftotalfeed，thereductiontemperatureis1200，thereductiontimeis60minsandthemagneticfieldintensityis012T，concentrationofH2SO4forleachingtaillingsslagfrommagneticseparationis25%withaliquid-solidratioof41，thedosageofsodiumchlorateoxidantis5%oftailingmass，theleachingtemperatureisroomtemperaturewhiletheleachingtimeis180minsUnderthiscondition，reductionofironconcentrateinhydrogenat800for30minsresultedintheironpowderwithTFegrademorethan96%，meetingth/doc/be2e7aee58f5f61fb73666eb.htmlequalitystandardofironpowderforchemicalindustryTailingsfrommagneticseparationwassubjectedtooxidizingleaching，resultingintheleachingrateofvanadicoxidegreaterthan76%andthegradeofilmeniteconcentrategreaterthan37%Keywords：vanadiferoustitanomagnetiteore；carbon-containingpellets；solid-statereduction；reductiontime；reductiontemperature釩鈦磁鐵礦是一種以鐵、釩、鈦為主，伴生多種有價元素的多元共生鐵礦，由于鐵鈦緊密共生，釩以類質同象的形式賦存于鈦磁鐵礦中，因此，通常稱為釩1鈦磁鐵礦。我國釩鈦磁鐵礦床分布廣泛，儲量豐富，儲量和開采量居全國鐵礦的第三位，已探明儲量983億噸，遠景儲量達300億噸以上，主要分布在四川攀枝花-西昌地區(qū)、河北承德地區(qū)、陜西漢中地區(qū)、湖北鄖陽、襄陽地區(qū)、廣東興寧及山西代縣等地區(qū)。其中，攀枝花-西昌地區(qū)是我國釩鈦磁鐵礦的主要成礦帶，也是世界上同類礦床的重要產區(qū)之一，南北長約300km，已探明大型、特大型礦床7處，中型礦床6處。SiO2含量低，攀枝花釩鈦磁鐵礦由于含TiO2較高，且03-12收稿日期：2013-基金項目：云南省科技計劃鈦產業(yè)關鍵技術研發(fā)及產業(yè)化項目（2012ZE002）作者簡介：汪云華（1972），男，四川廣元人，博士，高級工程師，研究方向為選礦、冶金。粒度粗、成球性差，在燒結過程中液相量不足，燒結礦難以很好地粘結，而且還會生成不利于燒結礦固結的CaOTiO2相2，致使釩鈦燒結礦脆性大，強度差，粉其低溫還原粉化率高達60%70/doc/be2e7aee58f5f61fb73666eb.html%，比普通化率高，3燒結礦高出23倍，在常規(guī)提取工藝中鐵、鈦、釩冶煉分離流程冗長，資源綜合利用率較低。本文針對攀西地區(qū)某釩鈦磁鐵礦的礦物特點，提出了利用內配碳-電爐固態(tài)還原-球磨-強磁選-尾礦酸化氧化浸出五氧化二釩綜合處理釩鈦磁鐵礦生產化工鐵粉、五氧化二釩及鈦精礦的新工藝流程，研究了內配碳工藝對綜合利用該復雜多金屬礦的影響因素，并進行了試驗。111實驗圖1釩鈦磁鐵礦綜合利用工藝流程設備及原料實驗主要設備為混料機、造球機、馬弗爐、球磨機、強磁選機、管式氫還原爐及玻璃反應釜等。實驗采用的原料為四川攀枝花地區(qū)某礦山經精選后得到的釩鈦磁鐵精礦，粒度74m粒級占70%，其化學成分見表1。還原劑種類有無煙煤、煙煤、褐煤，其干燥無灰基揮發(fā)份（Vdaf）見表2。同時為了使壓成的生球具有一定的強度，還配加了粘結劑，分為無機和有機兩種類型，在工藝條件試驗中固定采用有機粘結劑。表1Fe2O3TiO2221實驗結果與討論實驗固定條件在實驗過程中，采用正交實驗的方法，首先固定還原球團磨礦條件、磁選條件、鐵精礦氫還原條件及磁選尾礦氧化浸出條件，即球團球磨時間60min，磁選場強012T，磁選鐵精礦氫還原溫度800，還原時間304min，磁選尾渣常溫下用25%硫酸氧化浸出，氧化劑釩鈦磁鐵礦的主要化學成分（質量分數(shù)）/%V2O5041SiO2MgOAl2O3CaO201Na2O037P2O5053為氯酸鈉（用量為尾礦質量的5%），液固比41，浸出時間180min。://doc/be2e7aee58f5f61fb73666eb.html粘結劑的作用是保證生球和干球的抗壓、落下強避免在工藝過程中產生大量粉末。它分為無機粘結度，劑和有機粘結劑兩類，前者價格便宜，但經過高溫焙燒，雜質留在金屬化球團礦內，降低了鈦精礦產品的含鐵品位，后者價格較貴，但經過高溫焙燒都轉化為CO2和H2O，不會影響產品的含鐵品位。本試驗為保證得到高品位的鈦精礦，使用了有機粘結劑，配加比例為2%。22不同還原劑的影響選用無煙煤、煙煤、褐煤作為還原劑進行對比試46251233112513691301表2無煙煤879還原劑干燥無灰基揮發(fā)份（質量分數(shù)）/%煙煤2123褐煤391212實驗方法及工藝流程將釩鈦磁鐵礦與還原劑（無煙煤）按照一定配比采用造球機造球，并在馬弗爐中焙燒在混料機中混勻，還原，待冷卻后取出在球磨機中磨至74m粒級含量大于90%，用強磁選機磁選，得到鐵精礦及尾礦。鐵精礦金屬鐵品位約90%，經管式氫還原爐氫還原后金屬鐵品位大于96%，達到化工鐵粉質量級別。磁選尾礦釩、硅、鎂等非磁性物，將該磁選尾礦在一主要為含鈦、定硫酸濃度下氧化浸出，液固分離，溶液為含釩的釩酸鹽，浸出渣為含鈦的鈦精礦。工藝流程如圖1所示。此工藝為釩鈦磁鐵礦的綜合利用開辟了新的途徑。經破碎、篩分，粒度控制在3mm以下，還原劑用量驗，為031，還原溫度1200，還原時間60min。不同還原劑對鐵粉、鈦精礦品位及釩浸出率影響結果如表3所示。表3名稱無煙煤煙煤褐煤不同還原劑對鐵粉、鈦精礦品位及釩浸出率影響釩鈦磁鐵礦氫還原鐵粉金屬還原率/%金屬鐵品位/%911287228641968195249590鈦精礦品位（/doc/be2e7aee58f5f61fb73666eb.htmlTiO2）/74831322158釩浸出率/v02782177343種不同還原劑從表3可看出，其他條件不變時，對球團中鐵還原率、釩浸出率影響差別不大，采用干燥無灰基揮發(fā)份小的無煙煤作還原劑獲得的鈦精礦品位較高，達到3748%，而采用干燥無灰基揮發(fā)份大的煙煤及褐煤作還原劑時，由于其灰分較大，降低了鈦精礦其中相同條件下采用褐煤作還原劑時鈦精礦的品位，品位僅為2158%。所以，為提高鈦精礦的品位，含碳固定球團礦中配煤的基本要求是含灰分和硫盡量低，在以下影響因素條件試驗研究中均采用碳愈高愈好，無煙煤作為還原劑。23還原劑用量的影響還原劑的用量不僅影響球團的金屬鐵還原率，而且還影響鈦精礦的指標，理論上還原劑的增加有利于但隨著還原劑的增加，其灰分也增加，后續(xù)鐵的還原，浸出工序渣不溶物增加，導致鈦精礦品位下降，同時還原劑的增加試劑成本等也相應增加。不同還原劑用量條件試驗結果如表4所示。表4不同還原劑配比對金屬還原率及鈦精礦品位的影響化率的增加幅度比較明顯，但當溫度提高到12005后，金屬化率增幅變緩，甚至不再提高。分析表明，這是由于在固態(tài)還原過程中發(fā)生如下反應：FeO CFe COQ=152kJ該反應為強吸熱反應，故還原溫度的升高，有利于加快直接還原反應的速度，此外，隨著溫度的升高，碳的活性也逐漸提高，所以升高溫度可提高金屬化率。當溫度升高到一定程度后，反應器中的FeO和SiO2將生成難還原2FeOSiO2，并產生軟化和熔化，從而影響鐵礦石的金屬化率。當溫度過高球團開始熔化時，F(xiàn)eTi2O5，TiO2等多個復雜反應界面6，會形成FeTiO3，生成較難溶解的FeOTiO2SiO2化合物，從而降低鐵的金屬化率及鈦精礦的品位。因此合適的還原溫度應選擇1200。25://doc/be2e7aee58f5f61fb73666eb.htmlr還原時間的影響在1200進行固態(tài)還原，還原時間對固態(tài)還原的影響如表6所示。表6還原時間/min20406080100120還原時間對固態(tài)還原的影響氫還原鐵粉金屬鐵品位/%961296139681958996289680鈦精礦品位（TiO2）/%4633703748382437983811釩浸出率/u5574607602763676157520還原劑配比金屬還原率氫還原鐵粉鈦精礦品位釩浸出率（無煙煤釩鈦磁鐵礦）/%/%金屬鐵品位/%（TiO2）/%01102103104105182298510911291879216943295989681964396823818377737483523321676307565760276117530金屬還原率/d3382309112930993929409從表4可看出，隨著還原劑用量的增加，金屬還原率增加，但浸出渣不溶物（灰分）增加，鈦精礦品位下降，還原劑用量對氫還原鐵粉金屬鐵品位及釩的浸出率影響不大。因此，為了獲得較好的還原金屬化率及鈦精礦品位，還原劑用量配比應選擇031。24還原溫度的影響采用031的還原劑配比進行溫度條件試驗，還原溫度對固態(tài)還原的影響如表5所示。表5還原溫度/1000105011001150120012501300還原溫度對固態(tài)還原的影響氫還原鐵粉金屬鐵品位/%9543957795189621968195899643鈦精礦品位（TiO2）/51235/doc/be2e7aee58f5f61fb73666eb.html7036183651374836193510釩浸出率/t13762576667647760275287616金屬還原率/h23716077108814911292109215從表6可看出，還原時間較短時，金屬還原率低，磁選尾礦中殘?zhí)考八岵蝗芪镌黾?，從而影響鐵的收率金屬化率升及鈦精礦的品位。隨著還原時間的增加，高，鈦精礦品位也相應提高。當還原時間增加到120min時，金屬化率及鈦精礦品位變化不再明顯，還原時間對釩浸出率影響不明顯。因此，綜合考慮各技術指標及經濟指標，認為合適的還原反應時間應為60min。26綜合實驗采用用量為2%的有機粘結劑，加入30%的無煙煤作還原劑、還原時間60min、還原反應溫度1200，磁選場強012T，磁選尾渣浸出硫酸濃度為25%，液固比41、氯酸鈉氧化劑用量為尾礦質量的5%、浸浸出時間180min，在此條件下，磁選鐵出溫度為常溫、精礦經800氫還原30min后，鐵粉金屬鐵品位大于96%，磁選尾渣經氧化浸出后，溶液中五氧化二釩的浸出率大于76%，浸出渣即鈦精礦品位大于37%。3結論（下轉第97頁）由表5可見，在1150之前還原溫度對球團的金屬化率影響較為明顯，隨著還原溫度的提高，金屬采用內配碳-電爐固態(tài)還原-球磨強磁選-尾礦氧化堆，提高混勻礦質量；優(yōu)化配礦，嚴格按照“二十八字3操作方針”的制度進行生產；減少原料入爐粉末，提高焦炭質量；提高爐頂壓力；提高人工操作管理水平。添加塊礦后高爐主要指標見圖5。由于高爐渣Al2O3含量較高，堿負荷較大，不宜過多使用氧化鋁較高的塊礦。綜合現(xiàn)場應用情況，鞍鋼高爐添加適宜比例的塊礦后，對高爐的技術經濟指標是有利的。4結論://doc/be2e7aee58f5f61fb73666eb.htmlpar1）鞍鋼外購的5種天然塊礦中，爆裂指數(shù)從差到優(yōu)依次為：PB巴西紐曼印度南非；還原性從差到優(yōu)依次為：南非印度巴西紐曼PB。2）在礦物致密性方面，PB塊最南非塊最為致密，為疏松；巴西塊的晶體粒度最大，其它次之，紐曼塊最小。3）PB塊和紐曼塊的熱分解過程，都是緩慢-快速-緩慢的過程；PB塊的熱分解速度快于紐曼塊，反應區(qū)間更窄，并且單位質量的吸熱量遠小于紐曼塊；綜合比PB塊在高爐中應用要優(yōu)于紐曼塊。較，4）PB塊在高爐的實際應用證明，當鞍鋼高爐添加不超過20%的塊礦時，雖然對入爐品位有較小影響，可以提高高爐利用系數(shù)、降低綜合焦比，有效提高高爐技術經濟指標。參考文獻：1李金蓮，劉萬山，李艷茹，等熱分析技術在褐鐵礦結晶水熱分解2011，46（5）：1922中應用研究J鋼鐵，2楊李香，F(xiàn)Desylva單種鐵料和混合鐵料的軟熔行為C20082008全國煉鐵生產技術會議暨煉鐵年會論文集，3韓淑峰鞍鋼鲅魚圈分公司鐵前工藝技術特點J煉鐵，2011，30（1）：2023圖5塊礦比例與高爐各指標的關系圖5中，高爐添加塊礦后利用系數(shù)逐漸提高，綜合焦比有所下降，綜合入爐品位基本維持在59%以上，（上接第93頁）浸出五氧化二釩新工藝流程，可以實現(xiàn)鐵、鈦、釩有效分離。不同的粘結劑、還原劑以及還原劑用量、還原溫度、還原時間等因素均對固態(tài)還原釩