1.一种含钛混合熔渣冶金熔融还原回收的方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤1,混合熔渣冶金熔融还原:
将熔融态含钛熔渣和熔融态钢渣,加入保温装置或渣液可流出的熔炼反应装置,混合形成反应混合熔渣,实时监测反应混合熔渣,通过调控同时保证如下(a)、(b)和(c):
(a)反应混合熔渣的温度在设定范围内;
(b)反应混合熔渣实现充分搅拌;
(c)反应混合熔渣中,FeO的质量浓度≤1.0%;
调控方法如下:
对应(a):
设定温度范围为1300~1650℃;
当反应装置采用保温装置时,反应熔渣的温度范围设定为1300~1600℃;
当反应装置采用渣液可流出的熔炼反应装置时,反应混合熔渣的温度范围设定为1350~1650℃;
控制反应混合熔渣的温度在设定温度范围的方法为:
当反应混合熔渣的温度<设定温度范围下限时,通过反应装置自身的加热功能,或向反应混合熔渣中加入燃料和/或熔融钢渣,进行热量补偿,使反应混合熔渣的温度达到设定温度范围内;
当反应混合熔渣的温度>设定温度范围上限时,向反应混合熔渣中加入冶金熔剂、含铁物料和/或含钛物料,进行降温,使反应混合熔渣的温度达到设定温度范围内;
对应(b):
对反应混合熔渣进行搅拌,搅拌方式为以下方式中的一种:中性气体搅拌、电磁搅拌、机械搅拌、中性气体搅拌与电磁搅拌相结合或中性气体搅拌与机械搅拌相结合;
对应(c):
当FeO的质量浓度>1.0%时,向反应混合熔渣中,通入还原性气体或加入还原剂,使反应混合熔渣满足参数(c);
判断步骤1结束的条件为:
反应混合熔渣中,FeO的质量浓度≤1.0%时,停止步骤1操作,获得还原后的熔渣;
步骤2,分离回收:
采用以下方法中的一种:
一.当装置采用保温装置时,采用方法A、方法B或方法C:
当装置采用不可倾倒的保温装置或可倾倒的保温装置时,采用方法A:
(1)将还原氧化后的熔渣,冷却至室温,获得缓冷渣;其中,含钒金属铁沉降到缓冷渣的底部,形成铁坨,含钒铁坨上部为含钒金属铁层,含钒金属铁层上部为剩余缓冷渣,缓冷渣中主要为富钛相、富钒相、硅酸盐相;
(2)人工取出含钒铁坨;将含钒金属铁层,破碎至粒度为20~400μm,磨矿,磁选分离出剩余含钒金属铁;
(3)对剩余缓冷渣,采用重力分选法进行分离,获得富钛精矿、富钒精矿和尾矿;
(4)尾矿的回收利用有2种:①作为水泥原料、建筑材料、代替碎石作骨料、路材或磷肥使用;②采用湿法冶金、选矿方法或选矿-湿法冶金联合法将尾矿中含磷组分分离出来;
仅当装置采用可倾倒的保温装置时,采用方法B或方法C:
方法B:
(1)将还原氧化后的熔渣的温度降温至1150~1250℃,将中部和上部的还原后的熔渣倒出后,空冷或水淬,用作水泥原料或建筑材料;
(2)将下部的还原氧化后的熔渣,仍在可倾倒的保温装置中,按照方法A的还原氧化后的熔渣进行处理;
方法C:
(1)将还原氧化后的熔渣,沉降,渣-金分离,获得含钒铁水与熔渣;
(2)当熔渣中TiO2的质量分数≤10%时,直接将熔渣倒出后,空冷或水淬,用作水泥原料或建筑材料;
(3)将含钒铁水送往转炉提钒炼钢;
方法二,当装置采用渣液可流出的熔炼反应装置时,分离回收采用方法D或方法E:
方法D:
(1)将还原氧化后的熔渣的温度降温至1150~1250℃,将中部和上部的还原氧化后的熔渣空冷或水淬,用作水泥原料或建筑材料;
(2)将下部的还原氧化后的熔渣,倒入保温装置中,按照方法A的还原氧化后的熔渣进行处理;
方法E:
(1)将还原氧化后的熔渣,沉降,渣-金分离,获得含钒铁水与熔渣;
(2)将熔渣,进行炉外熔渣处理;
(3)将含钒铁水送往转炉提钒炼钢;
其中,熔渣进行炉外熔渣处理,采用方法E-1、E-2、E-3、E-4、E-5、E-6或E-7中的一种:
方法E-1,直接空冷或水淬:
当熔渣中TiO2的质量分数≤10%时,直接将熔渣空冷或水淬,用途有4种:①矿渣水泥;②水泥调整剂;③水泥生产中的添加剂;④水泥熟料;
方法E-2,氧化后空冷或水淬:
(1)将熔渣,倒入可倾倒的保温装置或渣液可流出的熔炼反应装置中,向熔渣中吹入氧化性气体,直至熔渣中的氧化铁质量百分数≥2wt%,完成喷吹,获得氧化后熔渣;其中,氧化性气体的预热温度为0~1200℃;控制在整个过程中,熔渣温度≥1450℃,控制方法为:
当温度低于<1450℃,喷入燃料或通过装置自身加热,使装置内沉降渣温度≥1450℃;
(2)对氧化后熔渣直接空冷或水淬,用途有4种:①矿渣水泥;②水泥调整剂;③水泥生产中的添加剂;④水泥熟料;
方法E-3,生产高附加值的水泥熟料:
(1)将熔渣,倒入可倾倒的保温装置或渣液可流出的熔炼反应装置中,与熔融转炉含钛钢渣、电炉熔融还原渣、电炉熔融氧化渣、石灰、粉煤灰、碱性铁贫矿、铝土矿、熔融稀土高炉渣中的一种或几种混合,形成混合熔渣;
(2)向混合熔渣中吹入氧化性气体,直至混合熔渣中的氧化铁质量百分数≥2wt%,完成喷吹,获得氧化后熔渣;其中,氧化性气体的温度为0~1200℃;在整个过程中,控制混合熔渣温度≥1450℃,采用的控制方法为:
当温度低于<1450℃,喷入燃料或通过装置自身加热,使装置内混合熔渣温度≥1450℃;
(3)对氧化后熔渣直接空冷或水淬,制得高附加值的水泥熟料;
方法E-4,熔渣浇筑微晶玻璃或作为矿渣棉;
方法E-5,作为热态冶金溶剂:
将熔渣,加入步骤1中的混合熔渣中,作为热态冶金溶剂,调整混合熔渣成分,控制混合熔渣温度和粘度;
方法E-6,再次熔融还原氧化:
方法E-7,将熔渣,倒入保温装置,分离回收采用方法A:
将熔渣,倒入保温装置,作为反应混合熔渣,实时监测保温装置内的反应熔渣,通过调控同时保证上述的(a)、(b)和(c)三个参数,调控方法同上述步骤1中的调控方法;
分离回收采用方法A、方法B或方法C中的一种;
方法F,采用方法F-1或方法F-2中的一种:
方法F-1:熔渣氧化后空冷或水淬
(1)向还原后的熔渣中吹入氧化性气体,直至还原后的熔渣中的氧化铁质量百分数≥2wt%,完成喷吹,获得氧化后熔渣;其中,在整个过程中,控制熔渣温度≥1450℃,控制方法为:
当温度<1450℃,喷入预热燃料,燃烧放热补充热量,或通过装置自身加热,使保温装置内熔渣温度≥1450℃;
(2)对氧化后熔渣直接空冷或水淬,用途有4种:①矿渣水泥;②水泥调整剂;③水泥生产中的添加剂;④水泥熟料;
(3)熔炼反应装置下部含钒铁水送往转炉提钒炼钢;
方法F-2,熔渣处理生产高附加值的水泥熟料:
(1)将还原后的熔渣与熔融转炉含钒钢渣、电炉熔融还原渣、电炉熔融氧化渣、石灰、粉煤灰、碱性铁贫矿、铝土矿、熔融稀土高炉渣中的一种或几种混合,形成混合熔渣;
(2)向混合熔渣中喷入氧化性气体,直至混合熔渣中的氧化铁质量百分数≥2wt%,完成喷吹,获得氧化后熔渣;其中,在整个过程中,控制混合熔渣温度≥1450℃,采用的控制方法为:
当温度<1450℃,喷入预热燃料或通过装置自身加热,使保温装置内混合熔渣温度≥1450℃;
(3)对氧化后熔渣直接空冷或水淬,制得高附加值的水泥熟料;
(4)熔炼反应装置下部含钒铁水送往转炉提钒炼钢。
2.根据权利要求1所述的含钛混合熔渣冶金熔融还原回收的方法,其特征在于,所述的含钛混合熔渣,为含钛熔渣和含钒钛钢渣的混合熔渣;所述的熔融态含钛熔渣由出渣口获得,或将含钛熔渣加热至熔融状态;所述的含钛熔渣为含钛高炉熔渣或电炉钛渣中的一种或几种;所述的钢渣为含钒钛钢渣或不含钒钛的普通钢渣;所述的熔融态含钒钛钢渣由出渣口获得,或将含钒钛钢渣加热至熔融状态;所述的含钒钛钢渣为转炉炼钢钢渣或电炉炼钢钢渣中的一种或几种。
3.根据权利要求1所述的含钛混合熔渣冶金熔融还原回收的方法,其特征在于,所述的保温装置为可倾倒的保温装置或不可倾倒的保温装置;可倾倒的保温装置为保温渣罐,其升高温度方法为加入燃料;不可倾倒的保温装置为保温地坑,其升高温度方法为加入燃料;
所述的渣液可流出的熔炼反应装置,为可倾倒的熔炼反应装置或底部带有渣口的固定式熔炼反应装置;所述的可倾倒的熔炼反应装置为转炉、感应炉或可倾倒的熔炼反应渣罐中的一种;所述的底部带有渣口的固定式熔炼反应装置为等离子炉、直流电弧炉、交流电弧炉、矿热炉、鼓风炉或反射炉中的一种。
4.根据权利要求1所述的含钛混合熔渣冶金熔融还原回收的方法,其特征在于,所述的保温装置、可倾倒的熔炼反应装置或固定式的熔炼反应装置内层为含碳保温脱模耐火材料;所述的含碳保温脱模耐火材料是含碳复合耐火材料,具体为碳是碳素、石墨、石油沥青焦、冶金焦、沥青、无烟煤、烟煤或褐煤中的一种或几种,耐火材料是硅质、半硅质、粘土质、高铝质、镁质、白云石质、橄榄石质、尖晶石质、冷态含钛高炉渣或冷态含钒钛钢渣中的一种或几种。
5.根据权利要求1所述的含钛混合熔渣冶金熔融还原回收的方法,其特征在于,所述的控制反应混合熔渣温度在设定温度范围的方法中,燃料为煤粉;向反应混合熔渣中加入燃料的同时需要通入氧化性气体,燃料和氧化性气体采用喷吹的方式加入混合熔渣,所述的喷吹方式为采用耐火喷枪插入反应熔渣内部;所述的氧化性气体为空气、氧气、富氧空气、氧气-氮气混合气、空气-氮气混合气、氧气-氩气混合气、空气-氩气混合气中的一种或几种;所述的氧化性气体采用耐火喷枪插入反应混合熔渣内部吹入。
6.根据权利要求1所述的含钛混合熔渣冶金熔融还原回收的方法,其特征在于,所述的含铁物料是常温或从冶炼炉直接获得具有出炉温度的普通铁精矿、普通铁精矿烧结矿、普通铁精矿球团矿、普通铁精矿金属化球团、普通铁精矿含碳预还原球团、普通铁精矿直接还原铁、普通钢渣、铁水预脱硫渣、高炉瓦斯灰、高炉烟尘、转炉烟尘、氧化铁皮、湿法炼锌过程的锌浸出渣、氧化铝生产过程产生的赤泥、粉煤灰、硫酸烧渣、铜冶炼渣、锌浸出大窑渣、镍铁渣、铅锌冶炼渣、镍冶炼渣、铅冶炼渣、转炉烟尘或电炉烟尘中的一种或几种;
其中,含铁物料中的普通铁精矿含碳预还原球团中的FeO含量≥60%,普通铁精矿金属化球团中的金属化率≥70%;
所述的控制反应混合熔渣温度在设定温度范围的方法中,所述的含钒钛物料为常温或从冶炼炉直接获得具有出炉温度含钛高炉渣、含钒钛钢渣、提钒尾渣、选钛尾矿、低品位钒钛磁铁矿、钒钛磁铁精矿、钒钛磁铁矿直接还原铁,钒钛磁铁精矿金属化球团、钒钛磁铁精矿含碳预还原球团、钒钛磁铁精矿烧结矿、钒钛磁铁精矿球团矿、钛精矿中的一种或几种;
所述的控制反应混合熔渣温度在设定温度范围的方法中,所述的含氟物料是萤石和/或CaF2;
所述的控制反应混合熔渣温度在设定温度范围的方法中,所述的含铁物料、含钛物料和含氟物料是粉状物料或球状物料,其中,粉状物料的粒度≤150μm;粉状物料以喷吹的方式加入反应混合熔渣,载入气体为空气、氮气、氩气、氮气-氧气混合气、氧气-氩气混合气、氮气-氩气混合气、空气-氩气混合气或空气-氮气混合气;所述的喷吹方式为采用耐火喷枪插入熔渣内部吹入粉状物料。
7.根据权利要求1所述的含钛混合熔渣冶金熔融还原回收的方法,其特征在于,所述的控制充分搅拌的方法中,中性气体为惰性气体或N2中的一种或几种;中性气体的预热温度为0~1200℃,中性气体的喷吹时间与流量的关系为1~90L/(min·kg),中性气体的喷吹方式为采用耐火喷枪喷入插入反应混合熔渣内部吹入。
8.根据权利要求1所述的含钛混合熔渣冶金熔融还原回收的方法,其特征在于,所述的还原剂为固体还原剂或气体还原剂;
所述的固体还原剂为煤粉、焦粉、烟煤或无烟煤中的一种;
当采用固体还原剂时,采用以氧化性气体载入的方式,喷吹加入反应混合熔渣内部;载入气体为空气、氧气、富氧空气、氧气-氮气混合气、空气-氮气混合气、氧气-氩气混合气、空气-氩气混合气中的一种或几种;
所述的气体还原剂为高炉煤气、焦炉煤气、转炉煤气、发生炉煤气、天然气或装置产生的回收尾气中的一种或几种,还原性气体的温度为0~1200℃,喷吹时间与流量的关系为1~90L/(min·kg),还原性气体的通入方式为采用耐火喷枪插入反应混合熔渣内部吹入;
所述的反应混合熔渣熔融还原氧化过程中,对反应混合熔渣表面持续喷吹富氧空气;其中,采用耐火喷枪进行喷吹,富氧空气的氧气体积含量为25~35%;富氧空气的温度为0~1200℃,喷吹时间与流量的关系为1~90L/(min·kg)。
9.根据权利要求1所述的含钛混合熔渣冶金熔融还原回收的方法,其特征在于,所述的步骤2,方法A(1)中,冷却方式为自然冷却或旋转冷却;所述的步骤2,方法A(3)中,重力分选法是摇床分选、溜槽分选或者二者相结合;所述的步骤2,湿法冶金是稀酸浸出法,其中稀酸浸出法是无机酸浸、有机酸浸中的一种;所述的无机酸选用硫酸、盐酸、磷酸的一种或多种,有机酸选用草酸、乙酸、柠檬酸中的一种或多种。
10.根据权利要求1所述的含钛混合熔渣冶金熔融还原回收的方法,其特征在于,金属铁的回收率92~96%,Ti的回收率为58~76%。