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      1. 釩鈦磁鐵礦的冶煉工藝比較

        2020-04-27 13:39:26 作者:huangj 來源: 瀏覽次數:0 網友評論 0

        釩鈦磁鐵礦是一種鐵、釩、鈦等多種有價元素共生的復合礦。

         

         付邦豪,李森蓉,周強,李建濤,唐恩,汪朋,陳泉鋒

        武漢科思瑞迪科技有限公司

        釩鈦磁鐵礦是一種鐵、釩、鈦等多種有價元素共生的復合礦。我國釩鈦磁鐵礦資源主要分布在四川的攀枝花—西昌地區和河北的承德地區。圍繞釩鈦磁鐵礦資源的綜合利用,我國的冶金工作者開展了諸多的研究和實踐工作。針對釩鈦磁鐵礦的處理工藝,按照冶煉方式的不同,可分為兩類:高爐冶煉工藝和非高爐冶煉工藝。

        1 高爐冶煉工藝

        目前,采用高爐冶煉工藝處理釩鈦磁鐵礦的主要有中國的攀鋼和承鋼、俄羅斯的丘索夫鋼鐵公司和下塔吉爾鋼鐵公司,基本工藝流程如圖1所示。

         

         

        高爐冶煉工藝具有技術成熟可靠、生產效率高、且能夠實現釩鈦磁鐵礦的規模化利用等諸多優點。由于高爐冶煉工藝需要合適的爐渣粘度以確保爐內透氣性和爐渣流動性,入爐原料中通常要配入30%左右的普通鐵礦,所形成的高爐渣中TiO2的含量通常不超過20~25%,這種高鈦型高爐渣的提鈦工藝技術難度較大,目前尚無有效的利用技術;因此,高爐冶煉工藝只利用了釩鈦磁鐵礦中的鐵和釩資源,而高爐冶煉工藝,釩鈦磁鐵礦中的釩被還原進入鐵水,然后在提釩轉爐中進行吹氧提釩獲得釩渣,最終獲得的釩渣中釩的綜合收得率通常不高于60%,亦有相當數量的釩未被有效回收。

        此外,高爐冶煉工藝的系統及裝備配置復雜、工序能耗高、污染物排放量大,在踐行綠色發展、推進生態文明建設的時代背景下,高爐冶煉工藝面臨較大的環保和資源壓力

                2 非高爐冶煉工藝

        目前,采用非高爐冶煉工藝處理釩鈦磁鐵礦的成熟技術,主要是回轉窯直接還原-電爐熔分工藝。我國在非高爐冶煉工藝處理釩鈦磁鐵礦方面,進行了大量的研究和實踐工作,并取得了一定的進展和突破。

        2.1 回轉窯直接還原-電爐熔分工藝

        目前,采用回轉窯直接還原-電爐熔分工藝處理釩鈦磁鐵礦的主要有新西蘭鋼鐵公司和南非海威爾德鋼釩公司,基本工藝流程如圖2所示。

         

         

        回轉窯直接還原-電爐熔分工藝具有技術成熟、污染物排放量少、系統及裝備配置簡單、可實現100%釩鈦磁鐵礦入爐等優點;此外,回轉窯預熱預還原工藝可直接采用粉礦入爐,回轉窯處理后的物料可直接熱裝進入電爐,從而實現物料高溫物理顯熱的有效回收利用。通過回轉窯直接還原后得到的直接還原鐵,在電爐中進行深度還原和熔分,獲得含釩鐵水和熔分鈦渣;含釩鐵水在鐵水包中進行吹氧提釩,從而獲得釩渣,最終獲得的釩渣中釩的綜合收得率通常為70~80%。由于經回轉窯處理后的物料既含有直接還原鐵,也含有過剩的還原劑,在電爐熔分過程中,還原劑中的灰分進入渣相,從而稀釋了熔分鈦渣中TiO2的含量,因此,本工藝的熔分鈦渣中TiO2含量在30~35%,目前亦未得到有效利用。

        此外,采用回轉窯作為直接還原設備,回轉窯爐內物料通過高溫火焰和煙氣進行加熱,爐內氧化性氣氛和還原性氣氛無法有效隔離,爐內物料依靠窯體的轉動而實現遷移;由于該工藝的先天不足,導致產品質量不穩定、能源消耗過高;另外,由于窯體內部易于發生結圈故障,設備作業率通常偏低。

        采用回轉窯作為直接還原設備,單臺套設備的最大產能規模一般不超過20萬噸/年,因此,當物料處理量較大時,需要配備多條回轉窯生產線;此外,由于回轉窯排出物料中鐵的金屬化率通常不超過80%,導致電爐冶煉工序承擔熔分功能的同時還承擔較重的還原任務,因此電爐冶煉的電能消耗較高。

        2.2 轉底爐直接還原-電爐熔分工藝

        我國的龍蟒集團和攀鋼進行了轉底爐直接還原-電爐熔分工藝處理釩鈦磁鐵礦的工業試驗研究工作,積累了一定的實踐經驗。基本工藝流程如圖3所示。

         

        轉底爐直接還原工藝可以100%采用釩鈦磁鐵礦,具有系統及裝備配置簡單、污染物排放量較少等優點;轉底爐排出的物料通過熱裝進入電爐,可以有效回收高溫物料的物理顯熱。在電爐熔分工序,通過深度還原和熔分,分別得到含釩鐵水和熔分鈦渣,含釩鐵水進一步吹氧提釩,從而獲得釩渣,最終獲得的釩渣中釩的綜合收得率通常為不低于75%。由于轉底爐采用內配碳球團作為入爐原料,還原劑中的灰分殘留在直接還原鐵內,經電爐熔分后進入渣相,對熔分鈦渣中TiO2的含量具有一定的稀釋效應。

        轉底爐內物料通過高溫火焰輻射和對流的方式對物料進行加熱,由于轉底爐旋轉一周的時間通常為20~30min,為了確保鐵氧化物的還原率,爐膛溫度通常高達1300~1350℃,導致爐底易于發生板結,影響設備作業率;而直接還原鐵的金屬化率較低,通常不超過75%,這也使得電爐冶煉工序承擔熔分功能的同時還承擔較重的還原任務,因此電爐冶煉的電能消耗較高。

        另外,由于轉底爐的運轉需要龐大的驅動機構,單臺套設備的最大產能規模一般不超過30萬噸/年,因此,采用轉底爐作為直接還原設備時,規模化生產能力的提升將會受到制約。

        2.3 COSRED直接還原-電爐熔分工藝

        武漢科思瑞迪科技有限公司的發明專利(2016年獲國家授權):COSRED直接還原-電爐熔分工藝,基本工藝流程如圖4所示。

         

        COSRED直接還原-電爐熔分工藝與前述工藝最大的不同在于:前述工藝均需將釩鈦磁鐵礦中的釩還原進入鐵水,然后通過吹氧提釩獲得釩渣;而COSRED直接還原-電爐熔分工藝,則是在電爐熔分后直接獲得釩渣,省去了釩氧化物的還原和再氧化環節。

        COSRED直接還原工藝可以采用100%的釩鈦磁鐵礦作為入爐原料,由于還原爐內的還原氣氛和氧化氣氛完全隔離,因此,直接還原鐵的金屬化率能夠穩定的達到90%以上,電爐的功能主要是對入爐的直接還原鐵進行熔分,無需承擔額外的還原任務,電爐的熔煉電耗較低;當采用直接還原鐵熱裝進入電爐時,可進一步降低電耗;電爐熔分后直接獲得高純鐵水和釩鈦熔分渣,釩鈦渣進一步用于提釩和提鈦操作,從而實現釩鈦磁鐵礦中鐵、釩、鈦綜合回收利用的效果。由于本工藝直接還原工序采用外配還原劑,直接還原鐵的成分不受還原劑中的灰分的影響,因此,電爐熔分鈦渣中TiO2的品位也不會受此干擾。不同的釩鈦磁鐵礦進行COSRED直接還原-電爐熔分的工業試驗的生產實踐表明,本工藝的鐵、釩、鈦的綜合收得率均能達到95%以上。

        此外,COSRED直接還原工藝可實現100萬噸及以上的規模化生產能力,從而為采用非高爐冶煉工藝進行規模化處理釩鈦磁鐵礦提供了一種可行的解決方案。

        工藝比較
         

        對上述幾種處理釩鈦磁鐵礦的工藝方法進行歸納比較,見表1。

         

        4 結語

        采用非高爐冶煉工藝處理釩鈦磁鐵礦,具有工藝流程短、冶煉操作簡單、能源消耗和環境污染少等技術優勢,是處理釩鈦磁鐵礦的理想工藝路線。COSRED直接還原工藝通過模塊化組合可以實現100萬噸及以上的規模化生產能力,為采用非高爐冶煉工藝進行規模化處理釩鈦磁鐵礦提供了一種解決方案。實踐證明, COSRED直接還原-電爐熔分工藝處理釩鈦磁鐵礦的技術可行、運行可靠、優勢突出,并且能夠實現極高的鐵、釩和鈦的綜合回收率,是釩鈦磁鐵礦綜合利用的最佳工藝技術,具有巨大的推廣價值和市場前景。

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