基于转底炉直接还原工艺的钒钛磁铁矿综合利用试验研究

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1、http://www.gtjia.com基于转底炉直接还原工艺的钒钛磁铁矿综合利用试验研究刘功国(攀钢集团研究院有限公司，四川成都611731)摘要：通过大量试验研究，提出了“钒钛磁铁矿转底炉直接还原一电炉深还原一含钒铁水提钒一含钛炉渣提钛”工艺流程。铁、钒、钛元素回收率分别达到90．77％、43．82％和72．65％。通过试验室和工业试验研究，解决了钒钛磁铁矿直接还原金属化率低、电炉深还原钒还原率低、高硅铁水提钒、高镁铝含钛炉渣提钛等技术难题，获得了直接还原金属化率大于90％，电炉深还原钒还原率大于80％，钒渣提钒钒回收率大

2、于65％，钛渣提钛钛回收率大于75％的良好效果，分别获得了符合电炉炼钢要求的低碳生铁、符合YB／T5304—2006要求的片状V2O5和达到FTA121质量要求的钛白产品。关键词：转底炉；直接还原；钒钛磁铁矿；综合利用钒钛磁铁矿是1种铁、钒、钛等多种有价元素共生的复合矿，主要分布在我国的攀西、承德和马鞍山等地区，其中攀西地区的保有储量达100亿t，是我国最大的钒钛磁铁矿矿床，具有极高的综合利用价值。目前钒钛磁铁矿冶炼主要是采用传统的“高炉一转炉”流程，回收了铁和钒，钛进人高炉渣没有回收，从而造成钛资源的浪费。20世纪70一80

3、年代，国家组织了钒钛磁铁矿钢铁冶炼新流程科技攻关(简称新流程)，以期实现铁、钒、钛资源综合回收利用。但由于技术上的原因以及当时装备水平的限制，新流程研究没有实现工业化生产。近年来，随着资源日趋紧张，特别是高品质含铁原料和炼焦用煤逐渐减少，传统高炉流程钢铁企业的生存和发展受到了很大挑战。而流程短、资源限制小、灵活性大的非高炉炼铁技术则受到越来越多的关注和重视[1-2]。攀钢充分发挥自身资源优势，经过大量试验最终验证了“转底炉直接还原一熔分电炉深还原—含钒铁水提钒—含钛炉渣提钛”的工艺流程，为实现工业化生产处理钒钛磁铁矿提供技术支

4、撑。1工艺思路本工艺流程首先通过转底炉对矿煤混合球团进行直接还原，制取高金属化率的金属化球团，为电炉深还原创造有利条件，同时降低球团膨胀粉化、粘结程度。通过电炉对金属化球团进行熔化，并对其中的钒氧化物进行深度还原，最终渣铁分离获得含钒铁水和含钛炉渣，实现铁、钒与钛的有效分离。通过对含钒铁水进行吹氧，得到钒渣，对钒渣进行提钒和对含钛炉渣提钛，实现钒、钛进一步处理和回收，最终达到铁、钒、钛综合回收利用的目的。1．1直接还原工艺的确定研究表明，与普通矿相比，钒钛磁铁矿直接还原具有如下特点：1)矿相结构复杂，含铁物相还原难度按FeO3

5、、FeTiO5、Fe3O4、FeO、Fe2TiO4、FeTiO3、FeTi2O5的顺序递增，固溶的MgO增加了还原复杂程度和难度；2)Fe2TiO4、FeTiO3和FeTi2O5中的铁较难还原，占全铁含量的1／3以上，因而要求更高的还原温度、更长的还原时间和更好的还原气氛；3)还原过程中出现比普通矿更为严重的膨胀和粉化现象。为了解决钒钛磁铁矿直接还原球团膨胀粉化、粘结、失流等问题，经反复筛选后选择了转底炉直接还原工艺。该工艺是20世纪70年代末发展兴起的1种新工艺，具有还原温度高、还原时间短、炉料与炉底相对静止不动的特点，适应

6、钒钛磁铁矿直接还原要求。1．2铁、钒、钛元素分离工艺的确定铁、钒、钛元素有效分离是实现钒钛磁铁矿资源综合利用的前提条件，本研究选择电炉深还原工艺作为铁、钒与钛的分离手段，熔分电炉可将高金属化率的金属化球团进行熔分，同时可适当加入还原剂对物料中的钒氧化物进行还原，从而使钒元素进入铁水形成含钒铁水，钛以TiO2的形式存在于炉渣中，最终渣铁分离，可实现铁、钒与钛的有效分离。http://www.gtjia.com1．3钒、钛提取回收工艺的确定通过电炉深还原，实现了铁、钒与钛的分离，获得了含钒铁水和含钛炉渣。对钒钛元素的有效提取利用，

7、必须考虑原料条件给钒渣和含钛炉渣造成的杂质含量高的影响，找到行之有效的提取工艺。钒的提取回收拟采用“铁水提钒—钒渣水法提钒”工艺，优势在于成熟度高，易于移植和借鉴。钛的提取回收采用硫酸法钛白工艺，其主要原因在于本工艺生产的含钛炉渣杂质含量较高，不适宜用作氯化法钛白的原料。2实验室试验研究2．1钒钛磁铁矿转底炉直接还原试验采用实验室碳管炉设备和面19m转底炉工业化设备，开展了9批次试验，转底炉开展了150t金属化球团试验。总的结论为，在一定的配碳系数条件下，铺料厚度为1～3层球团，稳定还原温度为1300～1350℃，还原20～3

8、0min，控制还原过程的气氛，得到的球团金属化率达到90％以上。金属化球团的主要成分如表1所示。图1为还原温度对球团金属化率的影响。从图1可见，球团金属化率随还原温度的升高而增加。当还原温度从1250℃升高到1300℃时，金属化率增加幅度比较明显，当温度再进一步升高时，金属化