钒钛磁铁矿的还原方法与流程

本发明属于冶金技术领域，具体而言，本发明涉及钒钛磁铁矿的还原方法。

背景技术：

钒钛磁铁矿属于典型的难处理复杂伴生矿，高炉流程只能回收其中的绝大部分铁和部分钒，无法实现钛资源的回收利用，含钛高炉渣目前尚无经济有效的方法加以回收利用，由此造成的资源浪费和环境污染都非常严重。

钒钛磁铁矿固态还原-磨选工艺是实现钒钛磁铁矿资源综合利用的重要途径，该技术首先采用煤或还原气将矿石中绝大部分铁还原，然后通过磁选将铁和富钒钛渣分离，从而实现铁、钒、钛资源的综合利用。目前钒钛磁铁矿直接还原主要包括回转窑还原-磁选、竖炉还原-磁选和转底炉还原-磁选三种，如何在显著降低还原温度的同时取得理想的还原金属化率是这些技术面临的共同问题。

技术实现要素：

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种钒钛磁铁矿的还原方法，采用该方法可以在显著低于普通粒径含铁矿物的还原温度下(1000℃以下)获得85％以上的还原金属化率，同时显著降低还原能耗。

本发明提出了一种钒钛磁铁矿的还原方法。根据本发明的实施例，所述方法包括：

(1)将钒钛磁铁矿进行球磨处理，以便得到钒钛磁铁矿细粉；

(2)将还原剂进行球磨处理，以便得到还原剂细粉；

(3)将所述钒钛磁铁矿细粉、所述还原剂细粉、添加剂、粘结剂和水进行混合成型处理，以便得到混合球团；

(4)将所述混合球团进行干燥处理，以便得到干燥球团；

(5)在惰性气氛下，将所述干燥球团进行还原处理，以便得到金属化球团。

由此，根据本发明实施例的钒钛磁铁矿的还原方法通过将钒钛磁铁矿和还原剂分别进行球磨处理，得到超细级别的钒钛磁铁矿细粉和还原剂细粉，可显著增加钒钛磁铁矿和还原剂的表面能，从而显著提高矿物和还原剂的化学反应活性，同时通过将钒钛磁铁矿超细粉和还原剂超细粉以及添加剂、粘结剂和水的混合成型处理后进行还原处理，可以显著增大钒钛磁铁矿和还原剂与添加剂的接触面积，大大改善还原反应的动力学条件，因此可以在显著低于普通粒径含铁矿物的还原温度下(1000℃以下)获得85％以上的还原金属化率，同时显著降低还原能耗。

另外，根据本发明上述实施例的钒钛磁铁矿的还原方法，还可以具有如下附加的技术特征：

在本发明的一些实施例中，在步骤(1)中，所述钒钛磁铁矿细粉中粒径不大于10μm的占80％-90％。由此，有利于增加钒钛磁铁矿细粉的比表面积，从而增加后续所得金属化球团的金属化率。

在本发明的一些实施例中，在步骤(2)中，所述还原剂细粉中粒径不大于10μm的占80％-90％。由此，有利于增加还原剂细粉的比表面积，从而提高还原剂的反应活性。

在本发明的一些实施例中，在步骤(3)中，所述钒钛磁铁矿细粉和所述还原剂细粉、所述添加剂、所述粘结剂、所述水的质量比为(100)：(20～50)：(1～8)：(1～3)：(0～5)。由此，可使得钒钛磁铁矿在后续还原处理时被充分还原，从而进一步增加后续所得金属化球团的金属化率。

在本发明的一些实施例中，在步骤(3)中，所述成型处理的压力为8-12mpa。由此，可以提高混合球团中各成分之间的接触面积。

在本发明的一些实施例中，在步骤(4)中，所述干燥处理的温度为80-150摄氏度，时间为60-120min。由此，可以起到有效的固结作用，防止球团在还原过程中发生粉化。

在本发明的一些实施例中，在步骤(5)中，所述还原处理的温度为900-1100摄氏度，时间为60-120min。由此，有利于提高所得金属化球团的金属化率。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是根据本发明一个实施例的钒钛磁铁矿的还原方法流程示意图；

图2是根据本发明再一个实施例的钒钛磁铁矿的还原方法流程示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的一个方面，本发明提出了一种钒钛磁铁矿的还原方法。根据本发明的实施例，参考图1，该方法包括：

s100：将钒钛磁铁矿进行球磨处理

该步骤中，将钒钛磁铁矿进行球磨处理，以便得到钒钛磁铁矿细粉。发明人发现，通过将钒钛磁铁矿进行球磨处理，得到超细级别的钒钛磁铁矿细粉，可显著增加钒钛磁铁矿的表面能，从而显著提高矿物的化学反应活性，从而有利于增加钒钛磁铁矿细粉在后续处理时与其他物料的接触面积。需要说明的是，钒钛磁铁矿的粒径并不受特别限制，本领域的技术人员可以根据实际需要进行选择，例如，可以为粒径200目以下占比50％的钒钛磁铁矿。

根据本发明的一个实施例，钒钛磁铁矿细粉的粒径并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本发明的一个具体实施例，钒钛磁铁矿细粉中粒径可以为不大于10μm的占80％-90％。发明人发现，如果矿物中粒度不大于10μm的不足80％，会导致相同温度和时间下的还原金属化率将随着大颗粒矿物占比的提高而迅速降低，导致相同还原温度和时间的条件下就很难获得85％以上金属化率的金属化球团(金属化率极可能低于70％)，或者必须采用更高的温度才能获得85％以上金属化率的金属化球团。

s200：将还原剂进行球磨处理

该步骤中，将还原剂进行球磨处理，以便得到还原剂细粉。发明人发现，通过还原剂进行球磨处理，得到超细级别的还原剂细粉，可显著增加还原剂的表面能，从而显著提高还原剂的化学反应活性，进而增加在后续还原干燥球团时的还原效率，提高所得金属化球团的金属化率。需要说明的是，还原剂的类型并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，例如，可以为煤粉、木炭粉、石油焦粉等。并且还原剂的粒径也不受特别限制，本领域的技术人员可以根据实际需要进行选择，例如，可以为粒径200目以下占比高于90％的还原剂。

根据本发明的一个实施例，还原剂细粉的粒径并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本发明的一个具体实施例，还原剂细粉中粒径可以为不大于10μm的占80％-90％。发明人发现，如果还原剂的粒度中不大于10μm的不足80％，会导致相同温度和时间下的金属化率将随着大颗粒占比的提高而降低，就很难获得85％以上的金属化率的金属化球团。

s300：将钒钛磁铁矿细粉、还原剂细粉、添加剂、粘结剂和水进行混合成型处理

该步骤中，将钒钛磁铁矿细粉、还原剂细粉、添加剂、粘结剂和水进行混合成型处理，以便得到混合球团。发明人发现，通过将钒钛磁铁矿细粉、还原剂细粉、添加剂、粘结剂和水进行混合，使得钒钛磁铁矿细粉、还原剂细粉、添加剂、粘结剂和水混合均匀，有利于增加钒钛磁铁矿细粉、还原剂细粉、添加剂、粘结剂和水的接触面积，然后对混合均匀的钒钛磁铁矿细粉、还原剂细粉、添加剂、粘结剂和水进行成型处理，得到混合球团，可进一步减小钒钛磁铁矿细粉、还原剂细粉、添加剂、粘结剂和水之间的距离，增加彼此的接触面积，从而进一步提高后续所得干燥球团的还原处理的处理效率，提高所得金属化球团的金属化率。需要说明的是，添加剂的类型并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，例如，可以为碳酸钠、氢氧化钠和硼砂中的至少之一。粘结剂的类型也不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，例如，可以为膨润土、聚乙烯醇、淀粉溶液等，并且混合球团的大小也不受特别限制，例如混合球团可以为长径10～20mm，短径10mm的椭球型。

根据本发明的一个实施例，钒钛磁铁矿细粉和还原剂细粉、添加剂、粘结剂、水的质量比并不受特别限制，本领域的技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本发明的一个具体实施例，钒钛磁铁矿细粉和还原剂细粉、添加剂、粘结剂、水的质量比可以为(100)：(20～50)：(1～8)：(1～3)：(0～5)。发明人发现，还原剂配比过高会造成还原后球团严重粉化，不便于实现该技术流程的工业化实施，而还原剂配比过低则会导致矿石的还原不充分，不能获得理想金属化率的金属化球团(金属化率85％以上)；而含钠添加剂的配比过高不利于混合物料的成型，也会显著提高生产成本，而含钠添加剂配比过低则难以起到促进矿石还原的作用，不能获得理想金属化率的金属化球团(金属化率85％以上)；而水和粘结剂的配比过高或过低都会导致混合物料的成型困难。

根据本发明的再一个实施例，成型处理的压力并不受特别限制，本领域的技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本发明的一个具体实施例，成型处理的压力可以为8-12mpa。发明人发现，若成型处理压力过高会显著降低成球团内部孔隙率，不利于还原气态产物的排出，不能获得理想金属化率的金属化球团(金属化率85％以上)，而成型处理压力过低会导致矿石与还原剂不能充分紧密接触，同样不能获得理想金属化率的金属化球团(金属化率85％以上)，而且极易导致还原球团的粉化。

s400：将混合球团进行干燥处理

该步骤中，将混合球团进行干燥处理，以便得到干燥球团。发明人发现，将上述所得的混合球团进行干燥处理可将混合球团中的结晶水和自由水从混合球团中除去，一方面有利于增加所得干燥球团的孔隙率，从而增加后续干燥球团与还原气的接触面积，提高干燥球团的还原效率，降低干燥球团还原处理的能耗，并相应提高所得金属化球团的金属化率；另一方面，结晶水和自由水的脱除对于后续干燥球团的还原处理来说相当于减少了干燥球团中杂质的量，进而可进一步提高所得金属化球团的金属化率。

根据本发明的实施例，干燥处理的条件并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本发明的一个具体实施例，干燥处理的温度可以为80-150摄氏度，时间可以为60-120min。发明人发现，若湿球干燥处理温度过高、时间过长会显著增加能耗，甚至导致湿球在烘干过程中发生开裂，而干燥处理温度过低容易导致烘干不充分，影响球团的还原效果，甚至造成球团在还原过程中发生爆裂。

s500：在惰性气氛下，将干燥球团进行还原处理

该步骤中，在惰性气氛下，将干燥球团进行还原处理，以便得到金属化球团。具体的，干燥球团中的高价钒、高价钛和高价铁会被还原为单质钒、单质钛和单质铁，而整个还原处理是在惰性气氛下进行的，一方面有利于加快干燥球团与还原气的反应速率，另一方面可防止还原处理所得的单质钒、单质钛和单质铁被氧化，如此，可进一步提高所得金属化球团的金属化率。需要说明的是，上述惰性气并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本发明的一个具体实施例，惰性气体可以为氩气、氮气、氦气等惰性气体。

根据本发明的实施例，还原处理的条件并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本发明的一个具体实施例，还原处理的温度可以为900-1100摄氏度，时间可以为60-120min。发明人发现，若球团还原温度过高、还原时间过长会显著增加能耗，而还原温度过低、时间过短会造成球团还原不彻底，不能获得理想金属化率的金属化球团(金属化率85％以上)。

根据本发明实施例的钒钛磁铁矿的还原方法通过将钒钛磁铁矿和还原剂分别进行球磨处理，得到超细级别的钒钛磁铁矿细粉和还原剂细粉，可显著增加钒钛磁铁矿和还原剂的表面能，从而显著提高矿物和还原剂的化学反应活性，同时通过将钒钛磁铁矿超细粉和还原剂超细粉以及添加剂、粘结剂和水的混合成型处理后进行还原处理，可以显著增大钒钛磁铁矿和还原剂与添加剂的接触面积，大大改善还原反应的动力学条件，因此可以在显著低于普通粒径含铁矿物的还原温度下(1000℃以下)获得85％以上的还原金属化率，同时显著降低还原能耗。

下面参考具体实施例，对本发明进行描述，需要说明的是，这些实施例仅仅是描述性的，而不以任何方式限制本发明。

实施例1

参考图2，将200目以下占比50％的钒钛磁铁矿进行球磨处理，得到粒径为不大于10μm的占90％的钒钛磁铁矿细粉，同时将200目以下占比高于90％的还原剂(煤粉)进行球磨处理，得到粒径为不大于10μm的占90％的还原剂(煤粉)细粉，然后将上述所得的钒钛磁铁矿细粉和还原剂(煤粉)细粉与添加剂(碳酸钠、氢氧化钠和硼砂)、粘结剂(膨润土)和水按照质量比(100)：(40)：(5)：(2)：(2)进行混合并成型，成型压力为12mpa，得到长径20mm，短径10mm的椭球型的混合球团，接着将该混合球团在温度为120摄氏度的条件下进行干燥处理，处理时间为120min，将混合球团中的结晶水和自由水去除，得到干燥球团，最后将该干燥球团进行还原处理，具体的，在n2气氛下下，干燥球团在温度为950摄氏度的条件下发生还原反应，反应100min后，其中的绝大部分铁氧化物被碳还原为金属铁，得到金属化球团。经检测，所得金属化球团的金属化率为95.43％。

实施例2

参考图2，将200目以下占比50％的钒钛磁铁矿进行球磨处理，得到粒径为不大于10μm的占90％的钒钛磁铁矿细粉，同时将200目以下占比高于90％的还原剂(煤粉)进行球磨处理，得到粒径为不大于10μm的占90％的还原剂(煤粉)细粉，然后将上述所得的钒钛磁铁矿细粉和还原剂(煤粉)细粉与添加剂(碳酸钠、氢氧化钠和硼砂)、粘结剂(膨润土)和水按照质量比(100)：(25)：(3)：(2)：(2)进行混合并成型，成型压力为12mpa，得到长径20mm，短径10mm的椭球形混合球团，接着将该混合球团在温度为120摄氏度的条件下进行干燥处理，处理时间为120min，将混合球团中的结晶水和自由水去除，得到干燥球团，最后将该干燥球团进行还原处理，具体的，在n2气氛下，干燥球团在温度为950摄氏度的条件下进行还原，反应60min后，球团中的绝大部分铁被固体碳还原金属铁，得到金属化球团。经检测，所得金属化球团的金属化率为91.33％。

实施例3

参考图2，将200目以下占比50％的钒钛磁铁矿进行球磨处理，得到粒径为不大于10μm的占90％的钒钛磁铁矿细粉，同时将200目以下占比高于90％的还原剂(煤粉)进行球磨处理，得到粒径为不大于10μm的占90％的还原剂(煤粉)细粉，然后将上述所得的钒钛磁铁矿细粉和还原剂(煤粉)细粉与添加剂(碳酸钠、氢氧化钠和硼砂)、粘结剂(膨润土)和水按照质量比(100)：(30)：(3)：(1)：(1)进行混合并成型，成型压力为12mpa，得到长径20mm，短径10mm的椭球形混合球团，接着将该混合球团在温度为120摄氏度的条件下进行干燥处理，处理时间为120min，将混合球团中的结晶水和自由水去除，得到干燥球团，最后将该干燥球团进行还原处理，具体的，在n2气氛下下，干燥球团在温度为1000摄氏度的条件下发生还原反应，反应60min后，球团中绝大部分铁氧化物被固体碳还原为金属铁，得到金属化球团。经检测，所得金属化球团的金属化率为93.15％。

实施例4

参考图2，将200目以下占比50％的钒钛磁铁矿进行球磨处理，得到粒径为不大于10μm的占90％的钒钛磁铁矿细粉，同时将200目以下占比高于90％的还原剂(煤粉)进行球磨处理，得到粒径为不大于10μm的占90％的还原剂(煤粉)细粉，然后将上述所得的钒钛磁铁矿细粉和还原剂(煤粉)细粉与添加剂(碳酸钠、氢氧化钠和硼砂)、粘结剂(膨润土)和水按照质量比(100)：(45)：(5)：(2)：(2)进行混合并成型，成型压力为12mpa，得到长径20mm，短径10mm的椭球形混合球团，接着将该混合球团在温度为120摄氏度的条件下进行干燥处理，处理时间为120min，将混合球团中的结晶水和自由水去除，得到干燥球团，最后将该干燥球团进行还原处理，具体的，在惰性气n2气氛下，干燥球团在温度为1050摄氏度的条件下发生还原反应，反应120min后，球团中绝大部分铁氧化物被还原为金属铁，得到金属化球团，经检测，所得金属化球团的金属化率为96.31％。

实施例5

参考图2，将200目以下占比50％的钒钛磁铁矿进行球磨处理，得到粒径为不大于10μm的占90％的钒钛磁铁矿细粉，同时将200目以下占比高于90％的还原剂(煤粉)进行球磨处理，得到粒径为不大于10μm的占90％的还原剂(煤粉)细粉，然后将上述所得的钒钛磁铁矿细粉和还原剂(煤粉)细粉与添加剂(碳酸钠、氢氧化钠和硼砂)、粘结剂(膨润土)和水按照质量比(100)：(42)：(5)：(2)：(2)进行混合并成型，成型压力为12mpa，得到长径20mm，短径10mm的椭球形混合球团，接着将该混合球团在温度为120摄氏度的条件下进行干燥处理，处理时间为120min，将混合球团中的结晶水和自由水去除，得到干燥球团，最后将该干燥球团进行还原处理，具体的，在n2惰性气氛下，干燥球团在温度为1050摄氏度的条件下发生还原反应，反应100min后，球团中绝大部分铁氧化物被还原为金属铁，得到金属化球团，经检测，所得金属化球团的金属化率为95.88％。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。