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钒钛海砂矿处理新工艺研究

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《现代冶金杂志》2015年第一期

1钒钛海砂矿传统处理方法

钒钛海砂矿的传统处理方法可分为高炉法和非高炉法。

1.1高炉法高炉法是将钒钛海砂矿配入普通铁矿石烧结后进入高炉冶炼,在冶炼过程中钒大部分被选择性还原进入铁水,而钛则进入炉渣,其工艺流程如图1所示。高炉法冶炼钒钛海砂矿配入量较低,一般为10%以下。烧结中配入过多的钒钛海砂矿将导致烧结矿冷态强度和低温还原粉化性能变差,无法满足高炉正常冶炼要求[3];高炉冶炼条件下,由于冶炼温度过高,导致钒钛海砂矿中的TiO2发生过还原现象,使炉渣、铁液变稠,流动性差,冶炼难度加大;且高炉渣中钛含量仅为20%左右,目前尚无有效的回收利用方法,导致大量炉渣丢弃或填埋,造成钛资源浪费,并对周边环境造成严重污染。

1.2非高炉法非高炉法是将钒钛海砂矿造球、焙烧后,进行预还原,再加入电炉冶炼,生成含钒铁水和炉渣的冶炼方法,其工艺流程如图2所示。其中,预还原的设备主要为回转窑,也可采用转底炉等其他预还原设备。非高炉法处理钒钛海砂矿预还原工序多采用煤基直接还原,还原剂中的灰分进入钛渣中导致钛渣品位降低,无法进一步回收利用,只能作为废渣丢弃。且非高炉法处理钒钛海砂矿工艺大多操作复杂,生产成本偏高,无法得到进一步推广和应用[4]。目前,钒钛海砂矿传统处理工艺存在无法100%使用钒钛海砂矿、Ti资源浪费、工序流程长、生产成本高、污染严重等诸多的缺点,在将来的竞争中必然处于逐渐被淘汰的地步。因此需积极探索、开发一种流程短、生产效益高、成本低、资源综合利用的钒钛海砂矿处理新工艺。

2钒钛海砂矿处理新工艺

北京神雾环境能源科技集团股份有限公司经过科技攻关,探索出钒钛海砂矿氢气竖炉还原-熔分提钛-转炉提钒处理新工艺。

2.1工艺流程钒钛海砂矿处理新工艺可分解为三个相对独立的子工艺:氢气竖炉还原工艺、熔分提钛工艺以及转炉提钒工艺;将三个子工艺有效的结合在一起,形成全新的、完整的钒钛海砂矿资源回收利用新工艺,其工艺流程如图3所示。

2.2原料及产品钒钛海砂矿处理新工艺主要生产原料为钒钛海砂矿以及制气煤,产品为钛渣(TiO2>55%)、钒渣(V2O5>20%)以及优质铁水。钛渣可以作为钛白粉、金属钛的生产原料;钒渣可作为五氧化二钒、钒铁等产品的生产原料;优质铁水可作为铸造或炼钢的生产原料。

2.3工艺技术方案钒钛海砂矿处理新工艺可分为原料处理工序、钒钛氧化球团生产工序、煤制气生产工序、氢气竖炉还原工序以及熔分提钛转炉提钒工序。

2.3.1原料处理工序主要完成钒钛海砂矿、制气煤等原料的接受、堆存、出料等,将原料输送至钒钛氧化球团生产工序以及煤制气生产工序。

2.3.2钒钛氧化球团生产工序来自原料处理工序的钒钛海砂矿经磨矿、干燥、辊磨、配料、混合、造球处理后,进入链篦机—回转窑—环冷机进行烘干、焙烧以及冷却处理。冷却后的钒钛氧化球团作为氢气竖炉还原工序的原料。

2.3.3煤制气生产工序主要将制气煤转化为煤制气,供钒钛氧化球团生产工序、氢气竖炉还原工序以及熔分提钛转炉提钒工序使用。煤气化采用双床粉煤气化工艺,配套文丘里洗涤器和水洗塔,采用空分装置为气化配套供氧。

2.3.4氢气竖炉还原工序钒钛氧化球团运至氢气竖,通过高位提升机运输至氢气竖炉受料系统进入竖炉本体。钒钛氧化球团在竖炉中经过预热、还原和冷却渗碳后,由竖炉出料系统输出。高温金属化球团通过保温料罐热送至熔分提钛转炉提钒工序。

2.3.5熔分提钛转炉提钒工序来自氢气竖炉还原工序的高温金属化球团进入熔分电炉,通过电弧热和电阻热,使金属化球团熔分生成钛渣和含钒铁水。将含钒铁水运输到吹钒转炉吹炼成钒渣和优质铁水作为产品外售。

2.4钒钛海砂矿处理新工艺技术特点

2.4.1实现钒钛海砂矿100%使用新工艺能够100%的使用钒钛海砂矿作为原料,无需作为其他矿石的搭配,大幅度降低了原料成本;使深度、综合开发钒钛海砂矿成为可能,经济效益、社会效益显著。

2.4.2全面回收钒、钛、铁资源新工艺产品为钛渣、钒渣以及优质铁水,其中钛渣品位>55%,钒渣品位>20%,均可作为后续钒钛深加工原料使用,实现了钒钛海砂矿中钒、钛、铁资源的综合回收利用。

2.4.3产品纯度高新工艺采用氢气竖炉还原技术,利用清洁的还原气作为还原剂,消除了传统工艺中固体还原剂杂质进入产品的问题,从而保证了产品的纯度;产品钛渣品位高达55%,有较高利用价值,而高炉钛渣中钛含量<20%,只能作为废物丢弃。

2.4.4金属收得率高新工艺采用熔分提钛转炉提钒工艺,熔分提钛可以实现还原温度的有效控制,避免了钛过还原现象,有利于渣铁分离,提高了钛金属收得率;转炉提钒可以实现选择性氧化,钒优先氧化进入炉渣,有利于渣铁分离,提高了钒金属收得率;钛、钒、铁回收率分别达到95%、75%和90%以上。

2.4.5用低阶煤制备优质的还原气新工艺采用低阶煤双床粉煤气化技术生产还原气,还原气供应稳定、成本低,打破了常规采用天然气制备原料气的方式,解决了中国天然气资源短缺问题。

2.4.6节能环保效果显著新工艺与传统工艺相比工艺流程短,能耗低、环境污染小,无固体废弃物排放;整个工艺过程CO2减排25%以上,NOx、SO2、粉尘减排75%以上,能耗降低15%以上,提高了资源利用效率,节能环保效益显著。

3结束语

钒钛海砂矿处理新工艺与传统工艺相比,具有能够100%使用钒钛海砂矿作为原料,能够全面回收钒、钛、铁资源,产品纯度高,金属收得率高,节能环保等优点。

作者:郭新颖季爱兵田新琰单位:江苏省冶金设计院有限公司

现代冶金杂志责任编辑:杨雪    阅读:人次
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