专利名称：从钒钛磁铁矿中分离提取铁、钒和钛的方法
技术领域：
本发明涉及一种从钒钛磁铁矿中分离提取铁、钒和钛的方法。
背景技术：
钒钛磁铁矿是一种复合共生矿，主要分布在我国的攀枝花、西昌、河北和安徽等地区，其中尤以攀西地区储量最大，约100亿吨。钒钛磁铁矿中含有铁、钒和钛等多种元素，极具综合利用价值。
对钒钛磁铁矿直接还原分离提取铁、钒和钛的方法主要有三种方法第一种是钠化球团氧化焙烧→水法提钒→回转窑直接还原→电炉熔分；第二种是回转窑直接还原→电炉熔分→水法提钒提钛；第三种是冷固球团直接还原法。第一种方法的缺点是生产流程长、钠化剂消耗高、铁钒钛回收率低(其中铁回收率为85％左右、钒回收率60％左右、钛回收率为75％左右)；第二种方法的缺点是提钒提钛的效果不稳定、钒钛流向难以控制和酸液消耗量大，而且钒钛回收率较低(其中钒回收率为68％左右、钛回收率为80％左右)；第三种方法虽然有工艺流程短、钠化剂耗量低等优点，但存在还原时间长、生产效率低的缺点。
申请号为200510020117.7、发明名称为“一种从钒钛磁铁矿中分离提取金属元素的方法”，采用的是直接还原→电炉熔分→熔分渣提钒提钛工艺流程，直接还原工序仅回收铁，钒和钛的回收在渣中进行，具有技术难度大、钒钛产品质量不高等缺点。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种工艺流程和还原时间短、铁钒钛综合回收率高和生产效率高的从钒钛磁铁矿中分离提取铁、钒和钛的方法。
本发明解决技术问题所采用的技术方案是从钒钛磁铁矿中分离提取铁、钒和钛的方法，该方法包括以下步骤1)将钒钛磁铁矿粉、还原剂和粘结剂造球或压块后烘干；2)装入还原炉内加热到1400～1500℃直接还原制得金属化球团，气相中一氧化碳分压与二氧化碳分压的比值不大于2.0；3)将金属化球团装入炉内在1560～1700℃下进行熔化和渣铁分离，得到含钒铁水和含钛钢渣；4)对含钒铁水进行火法提钒，得到铁水和钒渣；5)对钒渣进行处理，得到V2O5；6)对含钛钢渣用硫酸法或氯化法处理制取钛白。
进一步地，步骤1)所述烘干后使球团或料块水分不大于1.5％。
进一步地，步骤1)所述还原剂为煤粉、电极块或碎焦块。
进一步地，步骤1)所述还原剂的用量为钒钛磁铁矿粉的15％～25％。
进一步地，步骤1)所述粘结剂为膨润土、水玻璃或羧甲基纤维素。
进一步地，步骤1)所述粘结剂的用量为钒钛磁铁矿粉的0.3％～3％。
进一步地，步骤1)所述烘干温度为200～350℃。
进一步地，步骤2)所述还原的时间为5～50分钟。
进一步地，步骤5)所述对钒渣进行处理是采用钠法处理。
本发明的有益效果是1)通过控制直接还原过程中的还原温度和气相中一氧化碳分压与二氧化碳分压的比值，实现钒的氧化物在直接还原过程中被还原进入铁相，即直接还原结束后，铁和钒以单质状态存在于金属化球团中，钛以氧化物状态存在于金属化球团中，为后步工序的渣铁分离和钒、钛综合回收利用创造了有利条件。
2)由于常规的竖炉直接还原温度为1000℃左右、回转窑直接还原温度为1050℃左右、流化床直接还原温度为900℃左右、转底炉直接还原温度为1200℃左右，而本发明的还原温度高达1400℃以上，因此直接还原反应速度快，还原时间只需5～50分钟，而常规的高炉的还原时间为7小时左右、回转窑为5小时左右、竖炉为10小时左右，因此本发明容易实现高效规模化生产。
3)本发明的铁的金属化率可达到92％以上，铁、钒和钛的回收率均可达到90％以上，而目前各种对钒钛磁铁矿的分离提取方法，铁的回收率最高只能达到90％，钒、钛回收率均不超过85％，因此，本发明的铁钒钛综合回收利用率高。
具体实施例方式
本发明的直接还原是指在还原炉(竖炉、回转窑、隧道窑或转底炉)内，通过燃料(如重油、天然气、焦炉煤气、煤粉或煤制气)加热、微波加热或等离子加热的方式将原料加热到1400～1500℃进行直接还原。还原时间为5～50分钟，直接还原过程中原料保持半熔融状态，即原料温度处于钒钛磁铁矿的开始熔化温度和软熔滴落温度之间。气相中一氧化碳分压(还原过程逸出的气体中一氧化碳的体积含量)与二氧化碳分压的比值(PCO/PCO2)不大于2.0，原料中铁的氧化物和钒的氧化物被还原为单质状态，而钛的氧化物基本不还原，获得铁的金属化率为85％以上、钒的还原度(单质钒含量与总钒含量的比值)为75％以上、钛的还原度为(单质钛含量与总钛含量的比值)10％以下、固定碳含量为10％以下的金属化球团。将金属化球团装入电炉或矿热炉内进行熔化和渣铁分离(熔分)，熔分温度为1560～1700℃，获得含钒铁水和含钛钢渣，熔分过程中除装入金属化球团外，不需外加任何还原剂和造渣材料。火法提钒是将含钒铁水装入转炉或铁水包，吹入氧气将铁水中的钒氧化进入渣相，使铁、钒分离，得到铁水和钒渣。
实施例1将钒钛磁铁矿粉(主要成分为TFe含量为55.90％、FeO含量为23.28％、TiO2含量为11.84％、V2O5含量为0.73％)、煤粉(主要成分为灰分含量为11.25％、挥发份含量为8.62％、碳含量为80.19％，煤粉用量为矿粉的22％)、膨润土(用量为矿粉的3％)混匀后造成30mm的球团。在200℃下烘干至球团水分含量为1％。送入1400℃的还原炉内还原50分钟，保持炉内PCO/PCO2为1.0，铁的金属化率达到94％，钒的还原度达到92％。将金属化球团装入电炉熔分，熔分温度为1600℃，获得含钒铁水和含钛钢渣。含钒铁水主要成分为C含量为0.02％、V含量为0.67％、Ti含量为0.05％，含钛钢渣主要成分为FeO含量为12.58％、TiO2含量为43.65％、V2O5含量为0.18％。对含钒铁水火法提钒，得到铁水和钒渣，其中钒渣中的V2O5含量为17％，对钒渣采用钠法处理，可获得高纯度的V2O5。对含钛钢渣采用硫酸法处理，获得纯度为99.2％以上的钛白。从钒钛磁铁矿粉到熔分阶段，铁、钒、钛的回收率分别为94％、92％、97％。
实施例2将钒钛磁铁矿粉(主要成分为TFe含量为54.40％、FeO含量为33.19％、TiO2含量为15.92％、V2O5含量为0.55％)、煤粉(主要成分为灰分含量为15.72％、挥发份12.44％、固定碳含量为71.84％，煤粉用量为矿粉的25％)、羧甲基纤维素(用量为矿粉的0.3％)混匀后造成3mm的球团。在350℃下烘干至球团水分含量为0.5％。送入1500℃的还原炉内还原5分钟，保持炉内PCO/PCO2为0.3，铁的金属化率达到97％，钒的还原度达到94％。将金属化球团装入电炉熔分，熔分温度1560℃，获得含钒铁水和含钛钢渣。含钒铁水主要成分为C含量为0.018％、V含量为0.56％、Ti含量为0.041％，含钛钢渣主要成分为FeO含量为8.18％、TiO2含量为56.38％、V2O5含量为0.14％。对含钒铁水火法提钒，得到铁水和钒渣，其中钒渣中的V2O5含量为15％，对钒渣处理，获得高纯度的V2O5。对含钛钢渣采用硫酸法处理，获得纯度为99.2％以上的钛白。从钒钛磁铁矿粉到熔分阶段，铁、钒、钛的回收率分别为96％、93％、96％。
实施例3将钒钛磁铁矿粉(主要成分为TFe含量为52.50％、FeO含量为30.72％、TiO2含量为13.14％、V2O5含量为0.58％)、电极块(主要成分为固定碳含量91.88％，用量为矿粉的15％)、羧甲基纤维素(用量为矿粉的0.3％)混匀后造成15mm的球团。在280℃下烘干至球团水分含量为0.7％。送入1450℃的还原炉内还原30分钟，保持炉内PCO/PCO2为2.0，铁的金属化率达到95％，钒的还原度达到92％。将金属化球团装入矿热炉熔分，熔分温度为1700℃，获得含钒铁水和含钛钢渣。含钒铁水的主要成分为C含量为0.033％、V含量为0.48％、Ti含量为0.035％，含钛钢渣主要成分为FeO含量为12.15％、TiO2含量为46.53％、V2O5含量为0.25％。对含钒铁水火法提钒，得到铁水和钒渣，其中钒渣中的V2O5含量为14.5％，对钒渣采用钠法处理，获得高纯度的V2O5。对含钛钢渣采用硫酸法处理，获得纯度为99.2％以上的钛白。从钒钛磁铁矿粉到熔分阶段，铁、钒、钛的回收率分别为93％、91％、97％。
实施例4将钒钛磁铁矿粉(主要成分为TFe含量为53.88％、FeO含量为28.56％、TiO2含量为13.52％、V2O5含量为0.57％)、碎焦块(主要成分为固定碳含量85.04％，挥发份2.06％，用量为矿粉的17％)、水玻璃(用量为矿粉的3％)混匀后造成25mm的球团。在250℃下烘干至球团水分含量为1.2％。送入1480℃的还原炉内还原25分钟，保持炉内PCO/PCO2为1.2，铁的金属化率达到94％，钒的还原度达到92％。将金属化球团装入矿热炉熔分，熔分温度为1620℃，获得含钒铁水和含钛钢渣。含钒铁水主要成分为C含量为0.027％、V含量为0.446％、Ti含量为0.021％，含钛钢渣主要成分为FeO含量为14.68％、TiO2含量为48.28％、V2O5含量为0.24％。对含钒铁水火法提钒，得到铁水和钒渣，其中钒渣中的V2O5含量为16.2％，对钒渣处理，获得高纯度的V2O5。对含钛钢渣采用氯化法处理，获得纯度为99.2％以上的钛白。从钒钛磁铁矿粉到熔分阶段，铁、钒、钛的回收率分别为91％、90％、97％。
权利要求
1.从钒钛磁铁矿中分离提取铁、钒和钛的方法，该方法包括以下步骤1)将钒钛磁铁矿粉、还原剂和粘结剂造球或压块后烘干；2)装入还原炉内加热到1400～1500℃直接还原制得金属化球团，气相中一氧化碳分压与二氧化碳分压的比值不大于2.0；3)将金属化球团装入炉内在1560～1700℃下进行熔化和渣铁分离，得到含钒铁水和含钛钢渣；4)对含钒铁水进行火法提钒，得到铁水和钒渣；5)对钒渣处理，得到V2O5。；6)对含钛钢渣用硫酸法或氯化法处理制取钛白。
2.根据权利要求1所述的从钒钛磁铁矿中分离提取铁、钒和钛的方法，其特征在于步骤1)所述烘干后使球团或料块水分不大于1.5％。
3.根据权利要求1所述的从钒钛磁铁矿中分离提取铁、钒和钛的方法，其特征在于步骤1)所述还原剂为煤粉、电极块或碎焦块。
4.根据权利要求1所述的从钒钛磁铁矿中分离提取铁、钒和钛的方法，其特征在于步骤1)所述还原剂的用量为钒钛磁铁矿粉的15％～25％。
5.根据权利要求1所述的从钒钛磁铁矿中分离提取铁、钒和钛的方法，其特征在于步骤1)所述粘结剂为膨润土、水玻璃或羧甲基纤维素。
6.根据权利要求1所述的从钒钛磁铁矿中分离提取铁、钒和钛的方法，其特征在于步骤1)所述粘结剂的用量为钒钛磁铁矿粉的0.3％～3％。
7.根据权利要求1所述的从钒钛磁铁矿中分离提取铁、钒和钛的方法，其特征在于步骤1)所述烘干温度为200～350℃。
8.根据权利要求1所述的从钒钛磁铁矿中分离提取铁、钒和钛的方法，其特征在于步骤2)所述还原的时间为5～50分钟。
9.根据权利要求1所述的从钒钛磁铁矿中分离提取铁、钒和钛的方法，其特征在于步骤4)为将含钒铁水装入转炉或铁水包，吹入氧气将铁水中的钒氧化进入渣相，使铁、钒分离，得到铁水和钒渣。
10.根据权利要求1所述的从钒钛磁铁矿中分离提取铁、钒和钛的方法，其特征在于步骤5)所述对钒渣进行处理是采用钠法处理。
全文摘要
本发明提供了一种从钒钛磁铁矿中分离提取铁、钒和钛的方法，该方法包括以下步骤1)将钒钛磁铁矿粉、还原剂和粘结剂造球或压块后烘干；2)装入还原炉内加热到1400～1500℃直接还原制得金属化球团，气相中一氧化碳分压与二氧化碳分压的比值不大于2.0；3)将金属化球团装入炉内在1560～1700℃下进行熔化和渣铁分离，得到含钒铁水和含钛钢渣；4)对含钒铁水进行火法提钒，得到铁水和钒渣；5)对钒渣进行处理，得到V
文档编号C22B34/22GK1814813SQ20061002043
公开日2006年8月9日 申请日期2006年3月8日 优先权日2006年3月8日
发明者薛逊, 周家琮, 汤天宇, 邓君, 廖代华, 何群, 朱胜友, 刘功国, 王晶, 李桂军, 何绍刚 申请人:攀枝花钢铁(集团)公司