一种提钒尾渣的处理系统及方法与流程

本发明涉及金属冶炼领域，具体涉及一种提钒尾渣的处理系统及方法。

背景技术：

提钒尾渣是转炉钒渣经过氧化钠化焙烧、酸浸等工序将钒氧化物提取出来后，产生的固体废弃物。攀钢钒钛磁铁矿在高炉中冶炼可得到含钒生铁，再通过选择性氧化铁水使钒氧化后进入炉渣，得到五氧化二钒含量为14～22wt％(wt％为质量百分比)的钒渣，经氧化钠化焙烧、浸出后得到浸出渣，即提钒尾渣。全国提钒企业每年大约排放提钒尾渣约30万吨，而且随着提钒企业产能的不断扩大，提钒尾渣的排放量也将逐渐提高。提钒尾渣的常年堆积，不但占用了大量土地，而且会造成环境污染。

目前，处理提钒尾渣可采用两条路线：提钒尾渣向外销售；提钒尾渣循环于钢铁生产过程中回收钒和铁等有价元素。一方面，提钒尾渣中铁和硅含量较高(TFe>30％，SiO₂含量为15～20wt％)，且碱金属(Na₂O+CaO)含量高，矿相和成分极其复杂，导致提钒尾渣的综合利用程度并不高。另一方面，目前提钒尾渣的销售市场存在供大于求的矛盾，销售工作一直处于被动局面，严重时会造成提钒尾渣堵库，威胁钒制品厂的正常运转。由此，提钒尾渣的综合利用处理迫在眉睫。

目前，已有大量文献介绍了提钒尾渣提铁和提钒的技术。然而，对于提取提钒尾渣中的钛元素，以往的文献或专利中研究较少。提钒尾渣中钛含量一般在10～20wt％，接近于某些低钛的钒钛海砂矿中的钛含量，具有一定的回收价值。

技术实现要素：

鉴于上述问题，本发明旨在提供一种提钒尾渣的处理系统及方法，针对提钒尾渣中的钛和铁等有价元素进行回收。

本发明提供了一种提钒尾渣的处理系统，包括混合装置、造球装置、还原炉、磨矿磁选装置；

所述混合装置设有提钒尾渣入口、钛精矿入口、碳质还原剂入口、混合物料出口；

所述造球装置设有混合物料入口、球团出口；所述混合物料入口与所述混合装置的混合物料出口连接；

所述还原炉设有球团入口、金属化球团出口；所述球团入口与所述造球装置的球团出口连接；

所述磨矿磁选装置设有金属化球团入口、金属铁粉出口、钛渣出口；所述金属化球团入口与所述还原炉的金属化球团出口连接。

优选的，所述造球装置为圆盘造球机或对辊压球机；所述还原炉为回转窑、隧道窑或转底炉中的一种；所述磨矿磁选装置为球磨机与磁选机的联动装置。

本发明还提供了一种利用上述系统处理提钒尾渣的方法，包括步骤：

混合步骤：将所述提钒尾渣、钛精矿、碳质还原剂在所述混合装置中混合，得到混合物料；

造球步骤：将所述混合物料送入所述造球装置中，经造球处理后，得到球团；

还原步骤：将所述球团送入所述还原炉中进行还原反应，得到金属化球团；

磨矿磁选步骤：将所述金属化球团送入所述磨矿磁选装置中进行处理，得到金属铁粉和钛渣。

上述处理提钒尾渣的方法中，所述混合物料中各组分的质量比为：提钒尾渣：钛精矿：碳质还原剂＝100：60～150：20～30。

上述处理提钒尾渣的方法中，所述混合步骤中，所述钛精矿中TiO₂的质量含量≥45％。

上述处理提钒尾渣的方法中，所述混合步骤中，所述提钒尾渣中TiO₂的质量含量为10～20％。

上述处理提钒尾渣的方法中，所述还原步骤中还原反应的温度为1350～1450℃，优选还原反应的温度为1350～1400℃。

上述处理提钒尾渣的方法中，所述金属铁粉中的TFe≥96wt％。

上述处理提钒尾渣的方法中，所述钛渣中的TiO₂含量＞50wt％。

本发明的原料提钒尾渣中TiO₂含量为10～20wt％，用常规的技术手段很难提取利用。通过配入钛精矿，采用直接还原-磨矿磁选可以将其中的钛综合含量提高，并可提取提钒尾渣中的主要成分铁元素和稀有金属钛元素。

本发明通过配入钛精矿，解决低钛含量提钒尾渣中钛元素回收率低的技术难题，回收率可达到98％以上，提供了一种提钒尾渣综合回收利用的新方法。

附图说明

图1是本发明中提钒尾渣的处理系统示意图。

图2是本发明中提钒尾渣的处理方法工艺流程图。

附图中的附图标记如下：

1、混合装置；2、造球装置；3、还原炉；4、磨矿磁选装置。

具体实施方式

以下结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式进行更加详细的说明，以便能够更好地理解本发明的方案以及其各个方面的优点。然而，以下描述的具体实施方式和实施例仅是说明的目的，而不是对本发明的限制。

如图1所示，为本发明中提钒尾渣的处理系统示意图，包括混合装置1、造球装置2、还原炉3、磨矿磁选装置4。

混合装置1用于混合提钒尾渣、钛精矿、碳质还原剂，得到混合物料。该混合装置1具有提钒尾渣入口、钛精矿入口、碳质还原剂入口，混合物料出口。

造球装置2用于混合物料的成型处理，可得到球团，本发明实施例中选用圆盘造球机或对辊压球机。该造球装置2具有混合物料入口、球团出口。其中，混合物料入口与混合装置1的混合物料出口连接。

还原炉3用于对球团进行还原焙烧处理，可得到金属化球团。还原炉3包括转底炉、车底炉、隧道窑、回转窑以及其它具有还原功能的窑炉，本发明实施例中选用回转窑、隧道窑或转底炉中的一种。还原炉3具有球团入口、金属化球团出口。其中，球团入口与造球装置2的球团出口连接。

磨矿磁选装置4用于对金属化球团进行磨矿磁选处理，可得到金属铁粉和钛渣，本发明实施例中选用球磨机与磁选机的联动装置。磨矿磁选装置4具有金属化球团入口、金属铁粉出口、钛渣出口。其中，金属化球团入口与还原炉3的金属化球团出口连接。

本发明还提供了一种利用图1所示的系统处理提钒尾渣的方法，该方法的工艺流程图可见图2，包括如下步骤：

(1)混合

将提钒尾渣、钛精矿、碳质还原剂分别经由提钒尾渣入口、钛精矿入口、碳质还原剂入口送入混合装置1中进行混合，可得到混合物料。

并且，提钒尾渣、钛精矿、碳质还原剂的质量比为100：60～150：20～30，即为混合物料的组成。

钛精矿的质量配比低于60，最终得到的钛渣中TiO₂的品位过低，进一步富集处理较困难；钛精矿的质量配比高于150，通过实验研究发现一方面不利于混合物料造球，另一方面会导致混合物料的熔点过高，不利于铁的还原和聚集长大，从而大幅降低后续还原处理的指标。碳质还原剂的质量配比低于20，会导致还原反应不充分；高于30，碳质还原剂过量浪费，并会影响钛渣的质量。

该步骤中的提钒尾渣是转炉钒渣经过氧化焙烧、湿法浸出，提取氧化矾后得到的残渣。该提钒尾渣中TiO₂的质量含量为10～20％，用常规的技术手段很难提取利用，通过配入钛精矿提高混合物料中的钛综合含量，可提高提钒尾渣中钛和铁的提取量。其中，本发明选用的钛精矿中，TiO₂的质量含量≥45％。

(2)造球

将上述步骤得到的混合物料送入造球装置2中，经造球处理后，可得到球团。由于混合物料经造球处理得到球团后，物料的透气性变好，有利于还原过程中物料的还原。

(3)还原

将上述步骤得到的球团送入还原炉3中进行还原反应，得到金属化球团。

本步骤中还原反应的温度为1350～1450℃，优选温度为1350～1400℃。发明人通过实验研究发现，对于本发明中高TiO₂含量的混合物料而言，由于其具有较高的粘度，故需要更高的温度进行还原才能得到较高的技术指标。鉴于还原反应和能耗的双重考虑，最终由实验确定还原温度在1350～1450℃之间，优选1350～1400℃。

其中，提钒尾渣中的铁主要以三价形式：Fe₂O₃存在，钛精矿中的铁以二价形式：FeTiO₃存在。在还原炉3中，发生如下反应得到金属化球团：

Fe₂O₃+3C＝2Fe+3CO

FeTiO₃+C＝Fe+TiO₂+CO

(4)磨矿磁选

将上述步骤得到的金属化球团送入磨矿磁选装置4中进行处理，可得到金属铁粉和钛渣。

根据本发明的方法制备的钛渣和金属铁粉，钛渣中TiO₂的质量含量大于50％，TiO₂回收率大于98％；金属铁粉中TFe≥96wt％，TFe回收率大于98％。

其中，金属铁粉压块后可以直接作为炼钢的原料。钛渣经过常规选矿工艺处理，得到TiO₂质量含量大于70％的富钛料，可以作为生产钛白的原料。

实施例1

将提钒尾渣(TFe 38wt％，TiO₂ 12wt％)、钛精矿(TiO₂ 45wt％)、无烟煤混匀之后在圆盘造粒机中造球，得到球团。其中，各组分的质量比为：提钒尾渣：钛精矿：无烟煤＝100：60：20。球团烘干后在转底炉内于1350℃下还原焙烧，得到金属化球团。然后，利用球磨机与磁选机的联动装置对金属化球团进行磨矿磁选，得到金属铁粉和钛渣。所得金属铁粉中铁品位为97.8％，回收率为97.5％；钛渣中，TiO₂质量分数为55.3％，回收率为98.8％。

实施例2

将提钒尾渣(TFe 30wt％，TiO₂ 15wt％)、钛精矿(TiO₂ 47wt％)、焦炭混匀之后，利用对辊压球机进行压球，得到球团。其中，各组分的质量比为：提钒尾渣：钛精矿：焦炭＝100：100：25。球团烘干后在回转窑内于1400℃下还原焙烧，得到金属化球团。然后，利用球磨机与磁选机的联动装置对金属化球团进行磨矿磁选，得到金属铁粉和钛渣。所得金属铁粉中铁品位为98.6％，回收率为98.3％；钛渣中，TiO₂质量分数为58.4％，回收率为99.3％。

实施例3

将提钒尾渣(TFe 35wt％，TiO₂ 19wt％)、钛精矿(TiO₂ 50wt％)、兰炭混匀之后在圆盘造粒机中造球，得到球团。其中，各组分的质量比为：提钒尾渣：钛精矿：兰炭＝100：150：30。球团烘干后在隧道窑内于1450℃下还原焙烧，得到金属化球团。然后，利用球磨机与磁选机的联动装置对金属化球团进行磨矿磁选，得到金属铁粉和钛渣。所得金属铁粉中铁品位为99.1％，回收率为98.6％；钛渣中，TiO₂质量分数为60.6％，回收率为99.8％。

实施例4

将提钒尾渣(TFe 40wt％，TiO₂ 10wt％)、钛精矿(TiO₂ 48wt％)、烟煤混匀之后，利用对辊压球机进行压球，得到球团。其中，各组分的质量比为：提钒尾渣：钛精矿：烟煤＝100：125：28。球团烘干后在转底炉内于1425℃下还原焙烧，得到金属化球团。然后，利用球磨机与磁选机的联动装置对金属化球团进行磨矿磁选，得到金属铁粉和钛渣。所得金属铁粉铁品位为99.5％，回收率为99.3％；钛渣中，TiO₂质量分数为56.7％，回收率为99.3％。

需要说明的是，以上参照附图所描述的各个实施例仅用以说明本发明而非限制本发明的范围，本领域的普通技术人员应当理解，在不脱离本发明的精神和范围的前提下对本发明进行的修改或者等同替换，均应涵盖在本发明的范围之内。此外，除上下文另有所指外，以单数形式出现的词包括复数形式，反之亦然。另外，除非特别说明，那么任何实施例的全部或一部分可结合任何其它实施例的全部或一部分来使用。