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钒钛磁铁精矿固态还原及高效利用研究

吕亚男  
【摘要】: 本研究为国家自然科学基金委青年科学基金“熔盐强化钛铁矿固态还原的基础研究”项目(批准号:50504018)资助课题。 我国的钒钛磁铁矿资源十分丰富,已发现的钒钛磁铁矿资源中,仅攀西地区的钒钛磁铁矿探明储量高达98.49亿吨,约占中国钒钛磁铁矿总储量的95%。综合利用我国储量丰富的钒钛磁铁矿资源,将资源优势转化为经济优势,对于促进我国国民经济建设具有重要意义。该资源经选矿处理获得了钒钛磁铁精矿和钛铁矿精矿两种主要产品。 为开发符合我国资源特点的钒钛磁铁精矿高效利用技术,本文以攀西钒钛磁铁矿为对象,针对选矿所得的钒钛磁铁精矿,综合运用热力学原理及X-射线衍射仪、光学显微镜等现代微观测试技术,系统研究了钒钛磁铁精矿固态还原行为及其还原过程强化技术,在此基础上,对钒钛磁铁精矿预还原球团电炉冶炼和金属化球团磨选分离技术进行了研究,取得以下结论: (1)钒钛磁铁精矿碳热还原反应热力学研究表明,在钒钛磁铁精矿的还原过程中,铁氧化物的还原易于进行,钒氧化物较铁氧化物难还原,但易于钛氧化物的还原。钛氧化物与CaO和MgO形成复杂化合物后进一步增大其还原难度,在标准状态下,钙钛矿开始发生还原反应的温度超过2200K。 (2)钒钛磁铁精矿固态还原行为研究表明,预氧化处理能够加快攀枝花钒钛磁铁精矿还原速率,提高产物的金属化率,这种作用随着预氧化温度的提高和预氧化时间的延长不断增强,其作用机理是,预氧化处理使钒钛磁铁精矿在预氧化过程中形成了新的物相,破坏了原有矿物结构,改善了还原过程的动力学条件;配加添加剂并进行预氧化处理,能够进一步破坏矿物结构,使还原产物的颗粒在还原过程中出现大量细小的孔洞,显著促进钒钛磁铁精矿中铁氧化物还原,加快钒钛磁铁精矿还原速率。 (3)钒钛磁铁精矿预还原球团电炉冶炼研究表明,采取适宜的还原剂配比,合理的渣型制度,适宜的预还原球团金属化率和电炉冶炼温度和冶炼时间,能控制电炉冶炼过程钒钛的走向,使绝大部分钒进入生铁,钛在炉渣中富集。还原剂按理论配碳量进行冶炼,合理的渣型制度为碱度R(CaO/SiO_2)为1.2、熔渣中MgO含量为6%、Al_2O_3含量为9%,适宜的预还原球团金属化率为70%左右,适宜的电炉温度为1500℃,冶炼时间为10min,在上述条件下,可获得铁品位为96.90%,铁回收率为99.47%,钒含量为0.52%,钒回收率为80.20%的生铁,渣中TiO_2含量为66.13%,试验过程中炉渣流动性好,冶炼过程顺行。 (4)金属化球团磨选分离研究结果表明,在适宜的还原制度条件下,采用磨选法可以实现钒钛磁铁精矿金属化球团铁、钒、钛的有效分离,适宜的还原制度为还原温度1050℃,还原时间100min,适宜的磨选分离条件为磨矿细度-0.045mm占84.88%,磁场强度800Gs。在上述条件下,通过磁选可获得磁性物(直接还原铁粉)TFe为90.32%左右,铁回收率95.20%;非磁性物(富钒钛料)V_2O_5含量为1.72%,TiO_2含量为29.68%。 (5)预还原球团电炉冶炼解决了钒钛磁铁精矿预还原技术难度大、电炉冶炼过程钒钛走向控制等问题,所得含钒生铁用于提钒炼钢,钛渣则用于硫酸法制钛白,使钒钛磁铁精矿中的铁、钒、钛均得到回收利用。加之流程简单、技术成熟、生产效率高,产能大,不产生固体和液体废料,生产过程中产生的电炉煤气可以回收利用,对环境污染小,与金属化球团磨选分离相比,从流程和技术指标出发,采用预还原球团电炉冶炼的方法处理攀枝花钒钛磁铁精矿更有优势。


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