釩鈦磁鐵礦提釩工藝發(fā)展歷程及趨勢

1、銳鈦磁鐵礦提飢工藝發(fā)展歷程及趨勢摘要：介紹了銳鈦磁鐵礦提銳工藝的發(fā)展歷程及工藝現(xiàn)狀，闡述了各種提銳 工藝的優(yōu)點(diǎn)、缺點(diǎn)、主要工藝參數(shù)和技術(shù)指標(biāo)，針對現(xiàn)有典型提饑工藝的不足，指 出了下一步提銳工藝的研究方向。關(guān)鍵詞：饑鈦磁鐵礦，提銳工藝，發(fā)展歷程0前言饑是一種重要的合金元素，被稱為“現(xiàn)代工業(yè)的味精”，廣泛應(yīng)用于鋼鐵、 化工、航空航天等領(lǐng)域。H前工業(yè)生產(chǎn)銳產(chǎn)品的主要原料有銳鈦磁鐵礦、石油灰 渣、廢饑觸媒、鋁土礦和石煤等，其中，75%83%的饑產(chǎn)品來源于銳鈦磁鐵礦1?？梢姡団伌盆F礦在提銳領(lǐng)域具有極其重要的地位。帆鈦磁鐵礦中的饑是在20世紀(jì)初研究發(fā)現(xiàn)了飢在鋼中能顯著改善鋼材的力學(xué) 性能之后才得到工業(yè)化

2、開發(fā)的2。在近 80年的研究開發(fā)過程中，形成的饑鈦磁鐵 礦提銳工藝主要有三種：第一種是饑鈦磁鐵精礦鈉化焙燒一一水浸提銳工藝，乂稱 先提銳工藝，是第一代以銳鈦磁鐵礦為原料主要回收饑的工藝，鐵作為副產(chǎn)品 3；第二種是饑鈦磁鐵精礦冶煉一一鐵水提饑一一饑渣生產(chǎn)氧化銳工藝，是第二 代以饑鈦磁鐵礦為原料將饑作為副產(chǎn)品回收的工藝，也是 LI前從饑鈦磁鐵礦回收饑 最主要、經(jīng)濟(jì)上最合理的工藝；第三種是銳鈦磁鐵精礦非高爐冶煉一一電爐熔分（或電爐深還原）一一熔分渣提銳（或鐵水提饑）工藝，該工藝口前還處于試驗(yàn)研 究階段。 山于前兩種銳鈦磁鐵礦提饑工藝各有優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)， 不是單純的工藝改進(jìn)和 完善， 因此，第二種工藝并沒

3、有完全替代第一種工藝，而是以第二種提帆工藝為 主，兩種提銳工藝共存的方式存在。1飢鈦磁鐵精礦鈉化焙燒一一水浸提飢工藝（第一代工藝）1.1工藝現(xiàn)狀及特點(diǎn)采用飢鈦磁鐵精礦鈉化焙燒一一水浸提飢工藝的飢制品生產(chǎn)廠主要分布在南 非和澳大利亞，全球仍有五六家公司采用該工藝生產(chǎn)氧化銳，其產(chǎn)量約占全球氧化 饑總產(chǎn)量的 25%30%4 o飢鈦磁鐵精礦鈉化焙燒一一水浸提飢工藝因物料處理量大，僅適用于饑鈦磁 鐵精礦含銳量高（V203含量1.0%）,礦石、鈉鹽添加劑、燃料價(jià)格低的情況。為 了獲得高的饑回收率和較少的鈉鹽添加劑用量，一般會將饑鈦磁鐵精礦的粒度控制 在很細(xì)和 Si02 含量很低的水平，如芬蘭的奧坦梅基廠和

4、莫斯塔瓦拉廠采用三段細(xì) 磨磁選與水力旋流器組成閉路的細(xì)磨精選的選礦丄藝，獲得的銳鈦磁鐵精礦粒度- 0. 074mm占 83%90%, Si02含量 0. 4%5；梁經(jīng)冬等以承德銳鈦磁鐵精礦為原料進(jìn) 行提銳時(shí)，將銳鈦磁鐵精礦進(jìn)一步磨細(xì)， 使-0. 074mm比例山 62%提高到 85%, SiO2含量由 3. 30%降低到 1. 32%6 o可見,該工藝對銳鈦磁鐵精礦粒度和 Si02含量有 較高的要求。在 1978-1982年期間，國家組織國內(nèi)多家單位共同合作，以攀西地區(qū)的飢鈦 磁鐵精礦為原料，采用銳鈦磁鐵精礦鈉化焙燒一一水浸提銳工藝開展了實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn) 研究和在3000t/a 的中試裝置上進(jìn)行了兩

5、次擴(kuò)大試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明，采用銳鈦磁 鐵精礦鈉化焙燒一一水浸提銳工藝直接提銳，銳總收率可達(dá) 75%80% 7。以承 德銳鈦磁鐵精礦為原料采用該工藝的試驗(yàn)效果與攀西地區(qū)的大致相同。與芬蘭奧坦 梅基廠的銳鈦磁鐵精礦相比，國內(nèi)的銳鈦磁鐵精礦 V205含量低，Si02含量相對較 高，見表 1;采用飢鈦磁鐵精礦鈉化焙燒一一水浸提銳工藝提銳，經(jīng)濟(jì)指標(biāo)不理 想，再加上提銳后的殘?jiān)c含量高，不利于鐵、鈦資源的二次利用，因此在國內(nèi)未 得到產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。表 1國內(nèi)、外饑鈦磁鐵精礦主要化學(xué)成分/%名稱TFeTi02V205CaOSi02MgOA1203芬蘭帆鈦磁鐵精礦 1683.21. 120. 06 |o 40.

6、240.5芬蘭帆鈦磁鐵精礦 2636.51. 641.02.51.0承德帆鈦磁鐵精礦59. 288. 000.810.813. 301.092. 62太和帆鈦磁鐵精礦55. 6013.900. 580.472. 091.902. 60攀枝花帆鈦磁鐵精礦56. 8011.000. 591.052. 101.422. 441.2主要工藝參數(shù)及技術(shù)指標(biāo)添加劑種類：Na204或者 Na2C03添加劑加量：1.6%8%焙燒溫度：11501280C球團(tuán)浸出溫度：90C球團(tuán)浸出時(shí)間：548h浸出液 V2O5濃度:1020g/l焙燒銳轉(zhuǎn)浸率：85%全流程饑收率：75%80%1. 3工藝優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)工藝優(yōu)點(diǎn)：提饑

7、工藝流程短，饑回收率高。缺點(diǎn)：（1）物料處理量和鈉化添加劑消耗量大，基建投資和生產(chǎn)成本高。（2）以硫酸鈉為添加劑時(shí)存在煙氣污染問題；浸出液銳濃度低，廢水處理量大。（3）浸出后的球團(tuán)因含鈉高不能進(jìn)高爐冶煉回收鐵，直接還原時(shí)球團(tuán)易膨脹 破碎影響還原操作，大量浸出球團(tuán)中鐵、鈦資源的二次利用的技術(shù)需要進(jìn)一步研究 解決。2饑鈦磁鐵精礦冶煉一一鐵水提饑一一飢渣生產(chǎn)氧化饑工藝（第二代工藝）2. 1工藝現(xiàn)狀及特點(diǎn)帆鈦磁鐵精礦冶煉一一鐵水提飢一一卡凡渣生產(chǎn)氧化銳工藝是在帆鈦磁鐵礦冶 煉生鐵的技術(shù)得到解決之后開發(fā)出來的；該工藝的開發(fā)，使銳鈦磁鐵礦的用量和全 球的饑產(chǎn)量都得到了較大幅度的增加。該工藝以生產(chǎn)鋼鐵為主，

8、銳作為副產(chǎn)物回 收，是從饑鈦磁鐵礦中回收銳最主要的途徑。LI前有南非的海威爾德、俄羅斯的下 塔吉爾、新西蘭鋼鐵、承鋼和攀鋼等綜合性鋼鐵企業(yè)采用該工藝從饑鈦磁鐵礦中回 收銳，其產(chǎn)量占全球銳總產(chǎn)量的 50%60%。鐵水提飢可獲得的產(chǎn)物有飢渣、鈉化饑渣和含饑鋼渣。山于飢渣中的飢含量 高，用饑渣作原料生產(chǎn)氧化銳時(shí)，具有原料的處理量小，化工原料和燃料的消耗 少，生產(chǎn)效率高，工廠基建投資少等優(yōu)點(diǎn)，國內(nèi)僅有饑渣制取氧化饑工藝實(shí)施了工 業(yè)化生產(chǎn)。饑渣生產(chǎn)氧化銳工藝主要有兩種:一種是銳渣鈉化焙燒一一水浸提饑工 藝；另一種是銳渣鈣化焙燒一一酸浸提銳工藝。其中，除俄羅斯圖拉提饑廠、攀成 鋼氧化銳清潔生產(chǎn)中試線和正在

9、建設(shè)中的攀鋼集團(tuán)西呂基地饑制品生產(chǎn)線采用饑渣 鈣化焙燒一一酸浸提銳工藝外，其它饑渣生產(chǎn)氧化饑廠均采用銳渣鈉化焙燒一一水 浸提銳工藝。國內(nèi)對鈉化饑渣和含饑鋼渣提饑都進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)、擴(kuò)大試驗(yàn)和工 業(yè)試驗(yàn)，但均未實(shí)現(xiàn)工業(yè)化。（1）饑渣鈉化焙燒一一水浸提饑工藝饑渣鈉化焙燒一一水浸提饑工藝對原料的適應(yīng)性強(qiáng)，獲得的氧化饑產(chǎn)品質(zhì)量 高，是國內(nèi)外饑渣提銳應(yīng)用最廣泛、技術(shù)最成熟的工藝。但該工藝鈉鹽消耗量大，對銳渣原料中SiO2、CdO的含量較為嚴(yán)格的限制。在鈉化焙燒過程中，銳渣中的 Si02不僅增加鈉化添加劑的消耗，還易形成低熔點(diǎn)物質(zhì)包裹饑，造成饑轉(zhuǎn)浸率下 降，更重要的是 Si02含量的波動(dòng)會影響焙燒工序的配

10、料、殘?jiān)倪^濾洗滌性能，給生產(chǎn)組織帶來困難；CaO在飢渣鈉化焙燒過程中形成不溶于水的饑酸鈣造成饑的 損失，當(dāng)渣中 50含量每增加 1%,則損失 4.7%9%的 V2O5E81；也有資料表明， 饑渣中 50較高時(shí)會使硅酸鹽的破壞速度減慢和破壞溫度升高9。另外，銳渣鈉 化焙燒一一水浸提銳工藝還存在一些問題，需要進(jìn)一步完善，如在正常的鈉化焙燒 溫度下物料易結(jié)塊、粘爐、結(jié)圈，需要配加尾渣稀釋，造成焙燒設(shè)備效率降低 10；提銳尾渣因鈉含量高而不能在鋼鐵廠內(nèi)部循環(huán)進(jìn)一步回收鐵、饑等資源；沉 饑廢水采取蒸發(fā)濃縮的方式實(shí)現(xiàn)零排放，處理成本高，約占氧化饑加工成本的1概；廢水蒸發(fā)濃縮處理所得副產(chǎn)物硫酸鈉的處理方式

11、有待解決等。饑渣鈉化焙燒一一水浸提銳工藝主要工藝參數(shù)及技術(shù)指標(biāo)如下111：饑渣粒度：-0. 124mm添加劑種類:Na2CO3添加劑用量：R2C03/V205二 1. 31. 7焙燒溫度：780C850C焙燒時(shí)間：23h浸出溫度：80C饑轉(zhuǎn)浸率：88%90%（2）銳渣鈣化焙燒一一酸浸提銳工藝饑渣鈣化焙燒一一酸浸提銳工藝是第二種應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)的饑渣提饑工藝。 2009年以前，俄羅斯圖拉提銳廠是全球唯一一家采用該工藝進(jìn)行饑渣提饑的企 業(yè)，于 1974年建成并投入生產(chǎn)，由于圖拉提饑廠最先將該工藝工業(yè)化，因而乂稱 為圖拉石灰法12。饑渣鈣化焙燒一一酸浸獲得的浸出液為 pH二 2. 53. 2 的酸性溶

12、 液，直接采用水解沉銳工藝所得產(chǎn)品 V2O5含量為 88%94%,產(chǎn)品中的主要雜質(zhì)為 氧化鐳、氧化鈣和氧化鎂；攀鋼于 1990年進(jìn)行過該工藝的研究，研究結(jié)果與圖拉 提銳廠相似。產(chǎn)品中 V2O5含量低和殘?jiān)^濾困難是該工藝未得到大量工業(yè)化應(yīng)用 的主要原因。20052009年期間，攀鋼再次對銳渣鈣化焙燒一一酸浸提飢工藝進(jìn) 行研究，解決了產(chǎn)品 V2O5含量低和殘?jiān)^濾困難的問題，并于 2009年 7月在四川 省成都市建成了年產(chǎn) 500t V2O5的中試線；計(jì)劃于 2011年底建成的攀鋼集團(tuán)西昌 基地饑制品生產(chǎn)線也采用該工藝。與饑渣鈉化焙燒一一水浸提帆工藝相比，銳渣鈣化焙燒一一酸浸提飢工藝在 產(chǎn)業(yè)化方

13、面有明顯的優(yōu)勢：a 沉饑廢水可以全部在提飢廠內(nèi)低成本循環(huán)；提飢尾渣不含鉀和鈉，可以返 回?zé)掕F廠進(jìn)一步回收饑和鐵，在鋼鐵企業(yè)內(nèi)部實(shí)現(xiàn)循環(huán)使用，徹底解決廢水、廢渣 等環(huán)保問題對氧化銳生產(chǎn)的威脅。b 從饑渣至氧化饑饑收率比饑渣鈉化焙燒一一水浸提銳工藝可提高 26個(gè)白 分點(diǎn)。c 氧化饑的生產(chǎn)成本可顯著降低。采用石灰石替代碳酸鈉作為焙燒添加劑， 添加劑成本降低；沉銳廢水低成本循環(huán)方式與銳渣鈉化焙燒一一水浸提饑工藝中的 廢水蒸發(fā)濃縮處理方式相比，廢水處理成本有大幅度下降。d 銳渣放寬了對 50、Si02的限制，大大解放煉鋼生產(chǎn)能力，對綜合性鋼鐵 企業(yè)來說可以獲得更多的邊際效益。 也可以直接生產(chǎn)含鈣銳渣，

14、省去氧化饑生產(chǎn)過 程中的混料操作。雖然帆渣鈣化焙燒一一酸浸提饑工藝在技術(shù)上取得了重大突破，但還需要進(jìn) 一步完善。例如，在銳渣鈣化焙燒一一酸浸提銳工藝中，銳渣中的磷在酸浸時(shí)會部 分進(jìn)入溶液，由于所得浸出液為酸性溶液，直接除磷技術(shù)尚不成熟；若調(diào)節(jié)浸出液 pH后除磷會帶來飢的損失，失去該工藝的部分優(yōu)勢，因此，該工藝暫不適用于高 磷含量的銳渣。饑渣鈣化焙燒一一酸浸提銳工藝主要工藝參數(shù)及技術(shù)指標(biāo)如下：饑渣粒度：-0.096mm添加劑種類：C&O或 C&CO3焙燒溫度：850C930C焙燒時(shí)間：3h浸出溫度：50C浸出 pH： 2. 53. 2饑轉(zhuǎn)浸率：89%92%（3）鈉化飢渣水浸提帆匸

15、藝和含飢鋼渣提飢工藝饑渣鈣化焙燒一一酸浸提飢工藝雖然使帆渣生產(chǎn)氧化饑工藝變得更加完善， 但在鐵水提銳生產(chǎn)銳渣時(shí)， 鐵水提饑過程會造成鐵的損失、 半鋼中發(fā)熱元素的減少 和溫度的降低，給煉鋼帶來不利的影響。含銳鐵水氧化鈉化處理生產(chǎn)鈉化銳渣的提 銳工藝和含銳鐵水直接生產(chǎn)含銳鋼渣的提銳工藝可以避免以上不利影響的發(fā)生。鈉 化饑渣、含銳鋼渣與銳渣的成分對比見表 2。表 2鈉化饑渣、含饑鋼渣和饑渣的化學(xué)成分/%名稱V205PSiO2A1203TFeXa20CaOSMnO Ti02鈉化帆渣12. 380. 766. 782. 303. 023& 551.231. 171.626. 89含帆鋼渣4. 320. 197. 201. 7114. 9841.081.613.81帆渣16. 140. 0515. 752.8028.810.131.943. 7010. 95氧化鈉化處理含飢鐵水工藝具有同時(shí)脫磷脫硫提銳、半鋼可實(shí)現(xiàn)無渣煉