一種高釩生鐵及其製備方法與流程

2023-11-30 08:46:26 1

本發明涉及冶金技術領域，具體涉及一種高釩生鐵及其製備方法。

背景技術：

我國四川攀西地區釩鈦磁鐵礦儲量巨大。目前釩鈦磁鐵礦中的釩元素提取的主要方式是直接還原-熔分或高爐冶煉得到含釩生鐵，再通過後續步驟得到釩產品。

對於用現有的直接還原-熔分或高爐冶煉釩鈦磁鐵礦得到的含釩量較低的含釩生鐵(v≤1wt％)，其只能冶煉出v2o5含量小於20wt％的釩渣，這樣的釩渣通常只能用於生產v2o5，不能很好的適用於直接生產釩鐵合金。並且這種釩渣的雜質含量高，用於生產v2o5時會造成較高的能耗，增加生產成本。

技術實現要素：

為了解決現有技術存在的問題，本發明的一個目的在於提供一種高釩生鐵的製備方法，以解決現有含釩生鐵釩含量較低的問題。

本發明的另一個目的在於提供一種高釩生鐵，其釩含量高，其生產的高釩渣可以適用於直接生產釩鐵合金。

本發明解決上述技術問題的技術方案如下：

一種高釩生鐵的製備方法，包括：

(1)將釩鈦磁鐵礦金屬化球團以及佔釩鈦磁鐵礦金屬化球團的3-10wt％的碳質還原劑混合置於熔煉爐中熔煉，將熔煉溫度升至1500-1550℃、保溫10-30min後立即放出低釩鐵水，保留爐渣；以及

(2)將熔煉溫度重新升至1550～1600℃，在3～5min中內分3～5次加入碳質還原劑與氧化鈣粉形成的混合料，保溫10～60min後，立即放出高釩生鐵水，凝固後得到高釩生鐵；

其中，步驟(2)中碳質還原劑的加量為釩鈦磁鐵礦金屬化球團的0.5-1.5wt％，氧化鈣粉的加量為釩鈦磁鐵礦金屬化球團的1-3wt％。

在本發明的步驟(1)中進行熔分時，選擇加入的碳質還原劑的加量為釩鈦磁鐵礦金屬化球團(以下簡稱金屬化球團)的3-10wt％，以還原金屬化球團中過多的feo，並使爐渣中剩餘的feo含量能夠保持在9～13wt％的範圍內，從而防止釩被還原而進入熔分出的低釩鐵水中，進而有助於使釩富集於一次爐渣中。若在此過程中加入過多的碳質還原劑，則會降低一次爐渣中剩餘feo的含量，進而導致一部分釩進入低釩鐵水中，而降低釩在一次爐渣中的富集程度。同時，碳質還原劑的加入量在3％～10％的範圍內根據金屬化球團的金屬化率進行選擇，球團的金屬化率越高需加入的碳質還原劑越少。反之亦然。

此外，本發明在步驟(1)中獲得低釩生鐵水可以可用於煉鋼或作為轉爐吹氧提釩的冷卻劑。

在本發明的步驟(2)中，再次加入球團質量的0.5％～1.5％的碳質還原劑的目的是還原步驟(1)熔分後獲得的一次爐渣中過多的feo，並使二次爐渣中剩餘的feo含量保持在0～3wt％的範圍內，有利於釩被還原進入高釩鐵水中，從而有助於使釩富集於高釩生鐵中。在步驟(2)中，若碳質還原劑含量高於該範圍，則會使二次爐渣中的鈦被還原為碳氮化鈦，造成二次爐渣粘度增大，不利於二次爐渣與高釩鐵水的分離；若碳質還原劑含量低於該範圍，則會導致二次爐渣中feo含量過高，不利於釩富集在高釩生鐵中。

在本發明的步驟(2)中，加入氧化鈣粉的目的在於提供二次爐渣的鹼度，從而降低二次爐渣的熔點，增加二次爐渣的流動性，有利於釩被還原進入高釩鐵水中，有利於渣鐵分離。

在本發明的步驟(1)和(2)中，立即放出鐵水，使得鐵水與爐渣能夠有效分離，從而避免因放出速度太慢而導致鐵水凝固，而影響熔分效果。需要說明的是，本發明所指的「立即」是指保溫到相應時間後，儘可能快地放出鐵水，在保溫結束與放出鐵水期間，停留的時間越短越好，「立即」包括但不限於「立刻、馬上」等絕對性的含義，該詞語的限定以將鐵水與爐渣有效分離為主要目的。

本發明通過控制釩在渣與鐵中的走向，將釩富集在小部分生鐵中，從而獲得高釩生鐵。先將淺還原的釩鈦磁鐵礦金屬化球團中的釩富集於渣中，得到含釩較低的生鐵和含釩高的一次爐渣，再對一次爐渣進行深還原，得到高釩生鐵。本發明通過在現有金屬化球團熔分工藝上增加了「放出低釩鐵水」和「加混合料」的步驟控制釩在爐渣與鐵水中的走向，將釩富集在小部分生鐵中，從而獲得高釩生鐵，滿足產業化的需求。進一步地，在本發明較佳的實施例中，低釩鐵水中釩的含量低於0.1wt％，爐渣中feo的含量為9～13wt％。

進一步地，在本發明較佳的實施例中，上述釩鈦磁鐵礦金屬化球團的金屬化率為70～90％，釩鈦磁鐵礦金屬化球團的粒徑為10～100nm。

進一步地，在本發明較佳的實施例中，上述釩鈦磁鐵礦金屬化球團包括以下組分：50～80wt％的tfe、5～25wt％的feo、0.5～1.5wt％的v2o5、10～20wt％的tio2、0.5～2wt％的cao和3～5wt％的sio2。其中，tfe表示金屬化球團中全鐵含量。

進一步地，在本發明較佳的實施例中，上述碳質還原劑為煤粉、焦粉和石墨粉中的一種或多種組合。

進一步地，在本發明較佳的實施例中，上述碳質還原劑的粒徑小於1mm。

進一步地，在本發明較佳的實施例中，上述氧化鈣粉的粒徑小於1mm。

進一步地，在本發明較佳的實施例中，上述熔煉爐為高爐、電弧爐、礦熱爐、平爐或馬弗爐。

採用上述的製備方法製備得到的高釩生鐵。

進一步地，在本發明較佳的實施例中，上述高釩生鐵中釩的含量為1～10wt％。

本發明具有以下有益效果：

本發明通過兩次熔分處理將釩富集，製得含釩量大於1wt％的高釩生鐵，則可用轉爐提釩等方法製備出v2o5含量為40wt％左右的高釩渣，高釩渣可直接用於生產釩鐵合金，則避免了生產v2o5這一步驟，縮短生產釩鐵合金的流程，減少生產成本。

附圖說明

圖1為本發明高釩生鐵的製備方法的工藝流程圖。

具體實施方式

以下結合附圖對本發明的原理和特徵進行描述，所舉實例只用於解釋本發明，並非用於限定本發明的範圍。實施例中未註明具體條件者，按照常規條件或製造商建議的條件進行。所用試劑或儀器未註明生產廠商者，均為可以通過市售購買獲得的常規產品。

請參照圖1，本發明的製備方法主要是通過以下過程完成的：

將金屬化球團與碳質還原劑進行混料，然後在熔煉爐中進行熔分，此次熔分為「淺還原」熔分，放出低釩生鐵水，獲得低釩生鐵和含釩量高的一次爐渣；然後再加入碳質還原劑和氧化鈣粉的混合料進行「深還原」熔分，獲得高釩生鐵和二次爐渣。

需要說明的是，本發明所指的「淺還原」是指在前述步驟(1)中進行的還原反應，在該步驟中，使用的碳質還原劑較少，因此定義為「淺還原」。本發明所指的「深還原」是指在前述步驟(2)中進行的還原反應，在該步驟中，使用的碳質還原劑較多，因此定義為「深還原」。

下面結合實施例對本發明進一步說明。在本發明所列舉的下列實施例中，以轉底爐直接還原攀枝花釩鈦鐵精礦內配碳球團得到的金屬化球團為例，選取金屬化率為(70～90)％的原料。

實施例1：

本實施例的高釩生鐵的製備方法，包括以下步驟：

1、材料準備

選擇金屬化率為87.68％、粒徑為50mm的金屬化球團10kg，金屬化球團中的組成為(wt％)：tfe70.78，feo11.30，v2o50.68，tio214.30，cao0.85，sio23.32。本實施例中碳質還原劑為煤粉，煤粉固定碳含量為80.29wt％。煤粉和氧化鈣粉的粒度為0.25mm。稱量100g煤粉和100g氧化鈣粉混合均勻待用。

2、一次熔分(「淺還原」熔分)

在金屬化球團中配入400g煤粉，將煤粉與金屬化球團混勻後加入到電弧爐(額定功率為50kva)中。開啟電弧爐使控制電流強度(電壓為380v，電流約為150a)使溫度穩定在1500℃保溫15min，時間到後關閉電弧爐並迅速從出鐵水口倒出低釩鐵水，使一次爐渣留在電弧爐內。

3、二次熔分(「深還原」熔分)

鐵水倒完後堵住出鐵水口並開啟電弧爐，使電弧爐溫度穩定在1580℃(電壓為380v，電流約為190a)，將一次爐渣熔化後分4次每次間隔1分鐘，即在4min中內分4次將前述準備好的煤粉和氧化鈣粉的混合料從爐口加入到電弧爐中，使混合料在電弧的攪拌作用下與爐渣混合均勻。30min後關閉電弧爐並迅速將高釩鐵水和二次爐渣倒出，高釩鐵水自然冷卻後得到高釩生鐵。

本實施例得到高釩生鐵質量為0.54kg，含v6.02wt％；低釩生鐵質量為6.47kg，含v0.07wt％；二次爐釩渣質量為2.87kg，含v2o50.23wt％；釩進高釩生鐵率為85.30wt％。

實施例2：

本實施例的高釩生鐵的製備方法，包括以下步驟：

1、材料準備

選擇金屬化率為82.32％、粒徑為50mm的金屬化球團10kg，金屬化球團中的組成為(wt％)：tfe69.39，feo15.88，v2o50.70，tio214.52，cao1.22，sio23.34。本實施例中碳質還原劑為煤粉，煤粉固定碳含量為80.29wt％。煤粉和氧化鈣粉的粒度為0.25mm。稱量120g煤粉和200g氧化鈣粉混合均勻待用。

2、一次熔分(「淺還原」熔分)

在金屬化球團中配入600g煤粉，將煤粉與金屬化球團混勻後加入到電弧爐中。開啟電弧爐使控制電流強度(電壓為380v，電流約為160a)使溫度穩定在1520℃保溫15min，時間到後關閉電弧爐並迅速從出鐵水口倒出鐵水，使一次爐渣留在電弧爐內。

3、二次熔分(「深還原」熔分)

鐵水倒完後堵住出鐵水口並開啟電弧爐，使電弧爐溫度穩定在1600℃(電壓為380v，電流約為200a)，將一次爐渣熔化後分4次每次間隔1分鐘將前述準備好的煤粉和氧化鈣粉的混合料從爐口加入到電弧爐中，使混合料在電弧的攪拌作用下與爐渣混合均勻。30min後關閉電弧爐並迅速將高釩鐵水和二次爐渣倒出，高釩生鐵水自然冷卻後得到高釩生鐵。

本實施例得到高釩生鐵質量為0.63kg，含v5.12wt％；低釩生鐵質量為6.58kg，含v0.05wt％；二次爐釩渣質量為2.97kg，含v2o50.22wt％；釩進高釩生鐵率為82.28wt％。

實施例3：

本實施例的高釩生鐵的製備方法，包括以下步驟：

1、材料準備

選擇金屬化率為75.50％、粒徑為50mm的金屬化球團10kg，金屬化球團中的組成為(wt％)：tfe68.85，feo19.20，v2o50.66，tio213.67，cao1.68，sio23.35。本實施例中碳質還原劑為煤粉，煤粉固定碳含量為80.29wt％。煤粉和氧化鈣粉的粒度為0.35mm。稱量150g煤粉和300g氧化鈣粉混合均勻待用。

2、一次熔分(「淺還原」熔分)

在金屬化球團中配入800g煤粉，將煤粉與金屬化球團混勻後加入到電弧爐中。開啟電弧爐使控制電流強度(電壓為380v，電流約為160a)使溫度穩定在1520℃保溫25min，時間到後關閉電弧爐並迅速從出鐵水口倒出鐵水，使一次爐渣留在電弧爐內。

3、二次熔分(「深還原」熔分)

鐵水倒完後堵住出鐵水口並開啟電弧爐，使電弧爐溫度穩定在1580℃(電壓為380v，電流約為190a)，將一次爐渣熔化後分4次每次間隔1分鐘將前述準備好的煤粉和氧化鈣粉的混合料從爐口加入到電弧爐中，使混合料在電弧的攪拌作用下與爐渣混合均勻。40min後關閉電弧爐並迅速將高釩鐵水和二次爐渣倒出，高釩生鐵水自然冷卻後得到高釩生鐵。

本實施例得到高釩生鐵質量為0.76kg，含v3.76wt％；低釩生鐵質量為6.38kg，含v0.05wt％；二次爐釩渣質量為3.35kg，含v2o50.28wt％；釩進高釩生鐵率為77.12wt％。

實施例4：

本實施例的高釩生鐵的製備方法，包括以下步驟：

1、材料準備

選擇金屬化率為70％、粒徑為10mm的金屬化球團10kg，金屬化球團中的組成為(wt％)：tfe52.2，feo22.5，v2o50.58，tio219.8，cao2，sio24.8。本實施例中碳質還原劑為焦粉，焦粉固定碳含量為78.20wt％。焦粉和氧化鈣粉的粒度為0.25mm。稱量150g焦粉和300g氧化鈣粉混合均勻待用。

2、一次熔分(「淺還原」熔分)

在金屬化球團中配入1000g焦粉，將焦粉與金屬化球團混勻後加入到電弧爐中。開啟電弧爐使控制電流強度(電壓為380v，電流約為150a)使溫度穩定在1500℃保溫30min，時間到後關閉電弧爐並迅速從出鐵水口倒出鐵水，使一次爐渣留在電弧爐內。

3、二次熔分(「深還原」熔分)

鐵水倒完後堵住出鐵水口並開啟電弧爐，使電弧爐溫度穩定在1550℃(電壓為380v，電流約為180a)，將一次爐渣熔化後分5次每次間隔1分鐘，即在5min中內分5次將前述準備好的焦粉和氧化鈣粉的混合料從爐口加入到電弧爐中，使混合料在電弧的攪拌作用下與爐渣混合均勻。60min後關閉電弧爐並迅速將高釩鐵水和二次爐渣倒出，高釩生鐵水自然冷卻後得到高釩生鐵。

本實施例得到高釩生鐵質量為0.72kg，含v3.56wt％；低釩生鐵質量為6.38kg，含v0.06wt％；二次爐釩渣質量為3.45kg，含v2o50.16wt％；釩進高釩生鐵率為78.85wt％。

實施例5：

本實施例的高釩生鐵的製備方法，包括以下步驟：

1、材料準備

選擇金屬化率為90％、粒徑為100mm的金屬化球團10kg，金屬化球團中的組成為(wt％)：tfe78.2，feo9.2，v2o51.43，tio210.02，cao0.54，sio23.08。本實施例中碳質還原劑為石墨粉，石墨粉固定碳含量為98.00wt％。石墨粉和氧化鈣粉的粒度為0.55mm。稱量50g石墨粉和100g氧化鈣粉混合均勻待用。

2、一次熔分(「淺還原」熔分)

在金屬化球團中配入300g石墨粉，將石墨粉與金屬化球團混勻後加入到電弧爐中。開啟電弧爐使控制電流強度(電壓為380v，電流約為180a)使溫度穩定在1550℃保溫10min，時間到後關閉電弧爐並迅速從出鐵水口倒出鐵水，使一次爐渣留在電弧爐內。

3、二次熔分(「深還原」熔分)

鐵水倒完後堵住出鐵水口並開啟電弧爐，使電弧爐溫度穩定在1600℃(電壓為380v，電流約為200a)，將一次爐渣熔化後分3次每次間隔1分鐘，即在3min中內分3次將前述準備好的石墨粉和氧化鈣粉的混合料從爐口加入到電弧爐中，使混合料在電弧的攪拌作用下與爐渣混合均勻。10min後關閉電弧爐並迅速將高釩鐵水和二次爐渣倒出，高釩生鐵水自然冷卻後得到高釩生鐵。

本實施例得到高釩生鐵質量為0.84kg，含v7.08wt％；低釩生鐵質量為6.02kg，含v0.09wt％；二次爐釩渣質量為3.12kg，含v2o50.87wt％；釩進高釩生鐵率為74.25wt％。

本發明的工作原理是：本發明經過步驟(1)先將「淺還原」的釩鈦磁鐵礦金屬化球團中的釩富集於爐渣中，得到含釩較低的生鐵和含釩高的一次爐渣；然後再經過步驟(2)對一次爐渣進行「深還原」，得到高釩生鐵。具體地，在步驟(1)的初次還原-熔分的過程中，控制的碳質還原劑的加量為金屬化球團質量的3～10wt％，從而使一次爐渣中剩餘的feo含量保持在9～13wt％的範圍內，feo含量保持在這個範圍內能有效防止釩被還原而進入低釩鐵水中，從而有助於使釩富集於一次爐渣中，放出低釩鐵水，而得到含釩高的一次爐渣，達到將釩富集於一次爐渣中的目的。

然後，在步驟(2)的深還原-熔分的過程中，加入的混合料中碳質還原劑使經過「深還原」後獲得的二次爐渣中剩餘的feo含量保持在0～3wt％的範圍內，有利於釩被還原而進入高釩鐵水中；同時，加入的混合料中氧化鈣粉由於能增加二次爐渣的流動性，從而有利於釩被還原進入高釩鐵水中，進而有利於渣鐵分離，最終使得釩富集於高釩鐵水中，獲得高釩生鐵。

以上所述僅為本發明的較佳實施例，並不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。