钒钛磁铁矿综合利用的方法与流程

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综合利用的方法。

背景技术：

钒钛磁铁矿作为一种复合铁矿资源，具有极高的综合利用价值，如何用好钒钛磁铁矿，发挥资源的最大优势，全面回收铁钒钛一直是冶金界科研工作者努力的目标。

传统高炉流程以及国外非高炉流程冶炼钒钛磁铁矿，只回收了铁和钒，钛进入高炉渣，由于钛品位太低暂无经济合理的回收价值，造成钛资源的大量流失。

相关技术领域中，利用煤粉、焦粉等颗粒作为还原剂直接与钒钛磁铁矿颗粒混合制备球团并进行氧化、还原等处理，会因带入灰分而影响高钛炉渣二氧化钛的富集，降低二氧化钛品位。此外，现有技术钒钛磁铁矿直接还原-磁选工艺，细磨效率低、生产率低、产品中非磁性物中脉石含量高，增加了钒钛回收的原材料成本和能量的消耗。

因此，现有钒钛磁铁矿的处理技术有待进一步改进。

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综合利用的方法，该方法可以实现钒钛磁铁矿中铁钒钛元素的全面回收，其中铁和钒的回收率不低于94％，钛的回收率不低于97％。

在本发明的一个方面，本发明提出了一种钒钛磁铁矿综合利用的方法，根据本发明的实施例，该方法包括：

(1)将钒钛磁铁矿进行预处理，以便得到钒钛磁铁矿颗粒；

(2)将所述钒钛磁铁矿颗粒与粘结剂、添加剂和水进行混合成型处理，以便得到混合球团；

(3)将所述混合球团进行氧化处理，以便得到氧化球团；

(4)将所述氧化球团供给至竖炉中进行气基还原处理，以便得到还原球团；

(5)将所述还原球团、水和含钙添加剂混合进行磨矿-磁选处理，以便得到含铁磁性物和含钒钛非磁性物。

根据本发明实施例的钒钛磁铁矿综合利用的方法通过将含有钒钛磁铁矿的混合球团进行氧化处理，使得钒钛磁铁矿中难还原的铁化合物转化为较易还原氧化铁，从而可以显著降低后续还原温度，并且所得氧化球团可以获得满足竖炉直接还原质量要求；然后将所得氧化球团供给至竖炉中进行气基还原处理，还原气从竖炉中部喷入竖炉内，向上流动的还原气与从上至下的氧化球团接触发生还原反应，将球团中大部分铁氧化物还原成金属铁，而其中钒钛仍以氧化物形式存在，然后将所得还原球团与含钙添加剂混合进行磨矿磁选，其中的含钙添加剂可加速磁选过程非磁性物的沉降速度，提高磁选效率，从而降低金属铁的再氧化速度，并且相对于高炉中的还原过程相比，本申请采用竖炉进行气基还原不会外带脉石污染，从而使得所得非磁性物中钒钛品位较高，进而可以实现铁钒钛的全面回收，其中铁和钒的回收率不低于94％，钛的回收率不低于97％。

另外，根据本发明上述实施例的钒钛磁铁矿综合利用的方法，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(2)中，将所述钒钛磁铁矿颗粒与所述粘结剂、所述添加剂和所述水按照质量比为100：(0.5～1)：(0.5～1)：(5～9)进行所述混合成型处理。由此，有利于提高铁、钒和钛的回收率。

在本发明的一些实施例中，在步骤(2)中，所述混合球团的粒径为8～15mm。由此，可进一步提高球团金属化率。

在本发明的一些实施例中，在步骤(4)中，所述气基还原处理过程还原气中一氧化碳和氢气的体积总量占80％-95％，且所述还原气中所述氢气与所述一氧化碳的体积比为(1.25-5)：1。由此，可显著提高气基还原氧化球团的效率，从而进一步提高铁、钒和钛的回收率。

在本发明的一些实施例中，在步骤(4)中，所述还原气进所述竖炉的压力为0.15～0.5mpa。由此，可进一步提高气基还原氧化球团的效率，从而进一步提高铁、钒和钛的回收率。

在本发明的一些实施例中，在步骤(4)中，所述气基还原处理的温度为800～1000摄氏度，时间为4～8小时。由此，可进一步提高气基还原氧化球团的效率，从而进一步提高铁、钒和钛的回收率。

在本发明的一些实施例中，步骤(5)是按照下列步骤进行的：(5-1)将所述还原球团、所述水和所述含钙添加剂混合进行一段磨矿处理，以便得到一段磨矿物；(5-2)将所述一段磨矿物进行一段磁选处理，以便得到第一含铁磁性物和第一含钒钛非磁性物；(5-3)将所述第一含铁磁性物进行二段磨矿处理，以便得到二段磨矿物；(5-4)将所述二段磨矿物进行二段磁选处理，以便得到所述含铁磁性物和第二含钒钛非磁性物。由此，可加速磁选过程非磁性物的沉降速度、降低金属铁的再氧化速度，实现铁钒钛的全面回收。

在本发明的一些实施例中，在步骤(5-1)中，所述含钙添加剂为选自氧化钙和氢氧化钙中的至少之一。由此，可加速磁选过程非磁性物的沉降速度、降低金属铁的再氧化速度，实现铁钒钛的全面回收。

在本发明的一些实施例中，在步骤(5-1)中，基于每吨所述还原球团，所述含钙添加剂的用量为0.5～1.5kg。由此，可进一步加速磁选过程非磁性物的沉降速度、降低金属铁的再氧化速度，实现铁钒钛的全面回收。

在本发明的一些实施例中，在步骤(5-1)中，所述一段磨矿物的质量浓度为50wt％～65wt％。由此，可进一步提高铁、钒和钛的回收率。

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综合利用的方法流程示意图；

图2是根据本发明再一个实施例的钒钛磁铁矿综合利用的方法流程示意图。

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。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明的一个方面，本发明提出了一种钒钛磁铁矿综合利用的方法，根据本发明的实施例，参考图1，该方法包括：

s100：将钒钛磁铁矿进行预处理

该步骤中，将钒钛磁铁矿进行预处理，以便得到钒钛磁铁矿颗粒。具体的，预处理可以包括干燥和破碎步骤，并且所得的钒钛磁铁矿颗粒的粒径可以为不大于200目的占比50wt％-80wt％。由此，经预处理后，可显著增加钒钛磁铁矿颗粒的比表面积，有利于提高铁、钒、钛的回收率。

s200：将钒钛磁铁矿颗粒与粘结剂、添加剂和水进行混合成型处理

该步骤中，将钒钛磁铁矿颗粒与粘结剂、添加剂和水进行混合成型处理，以便得到混合球团。具体的，将钒钛磁铁矿颗粒与粘结剂、添加剂和水进行混合、造球和过筛，其中，粘结剂可以为膨润土，添加剂可以为碱金属盐和硼酸盐中的至少之一。由此，可显著提高钒钛磁铁矿颗粒与添加剂的接触面积，从而进一步提高铁、钒和钛的回收率。

根据本发明的一个实施例，钒钛磁铁矿颗粒与粘结剂、添加剂和水的混合比例并不受特别限制，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，钒钛磁铁矿颗粒与粘结剂、添加剂和水可按照质量比100：(0.5～1)：(0.5～1)：(5～9)进行混合成型处理。发明人发现，当粘结剂和添加剂的含量过高时，混合物料中杂质的含量增加，混合球团中铁和钒钛的品位降低；而当粘结剂和添加剂的含量过低时，成型后混合球团的强度低，所得的混合球团的还原性变差，影响生产的顺行。而水的质量比过低或过高均会造成混合物料的成型性能变差，导致混合球团的破碎率高，而且水分过高时，还会增加水耗和混合球团预热的能源消耗，造成水资源浪费。由此，采用本发明提出的钒钛磁铁矿颗粒与粘结剂、添加剂和水的混合质量比可显著提高混合球团的强度、还原性。

根据本发明的再一个实施例，混合球团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，混合球团的粒径可以为8～15mm。发明人发现，混合球团的粒径过大或过小都影响热量的传输，降低生产率。具体的，混合球团的粒径过大则传热慢，热量扩散到混合球团内部的时间延长，混合球团的氧化、还原速度变慢，生产率降低；而混合球团的粒径过小时，后续竖炉内物料的透气性变差，热气流扩散速度降低，氧化球团的还原速度低。由此，采用本申请提出的混合球团的粒径范围可显著提高混合球团的氧化、还原速率，提高生产效率。

s300：将混合球团进行氧化处理

该步骤中，将混合球团进行氧化处理，以便得到氧化球团。发明人发现，通过将含有钒钛磁铁矿的混合球团进行氧化处理，使得钒钛磁铁矿中难还原的铁化合物转化为较易还原氧化铁，而钒钛仍以氧化物形式存在，进而可以显著降低后续铁还原处理的时间，从而显著降低处理成本，并且所得氧化球团可以获得满足竖炉直接还原质量要求。具体的，将上述所得的混合球团依次进行干燥、预热、焙烧和冷却处理，获得满足竖炉直接还原质量的氧化球团。

s400：将氧化球团供给至竖炉中进行气基还原处理

该步骤中，将氧化球团供给至竖炉中进行气基还原处理，以便得到还原球团。发明人发现，通过将上述得到的氧化球团供给至竖炉中进行气基还原处理，还原气从竖炉中部喷入竖炉内，向上流动的还原气与从上至下的氧化球团接触发生还原反应，将球团中大部分铁氧化物还原成金属铁，并且相对于高炉中的还原过程相比，本申请采用竖炉进行气基还原不会外带脉石污染，从而使得后续所得非磁性物中钒钛品位较高，进而可以实现铁钒钛的全面回收。

根据本发明的一个实施例，气基还原处理过程还原气的组成并不受特别限制，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，气基还原处理过程还原气中一氧化碳和氢气的体积总量可占80％-95％，还原气中氢气与一氧化碳的体积比可以为(1.25-5)：1。发明人发现，因氢气还原铁氧化物是吸热反应，当氢气与一氧化碳的体积比过高时，会导致炉内温度下降，氧化球团还原困难，影响生产率和所得还原球团的金属化率；而因一氧化碳还原铁氧化物是放热反应，当氢气与一氧化碳的体积比过低时，会引起炉内局部温度升高，造成炉内物料粘结，影响生产顺行。由此，采用本申请提出的氢气与一氧化碳的体积比可显著提高氧化球团的还原效率，且有利于生产顺行。

根据本发明的再一个实施例，还原气进竖炉的压力并不受特别限制，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，还原气进竖炉的压力可以为0.15～0.5mpa。发明人发现，若还原气进竖炉的压力过低，还原反应的动力学条件变差，还原反应的速度降低，生产效率降低，而若还原气进竖炉的压力过高，则对设备和阀门的要求升高，从而导致生产成本增加。由此，采用本申请提出的还原气进竖炉的压力有利于提高还原反应的速率，同时对设备和阀门的要求较低，所需的生产成本较低。

根据本发明的又一个实施例，气基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，气基还原处理的温度可以为800～1000摄氏度，时间可以为4～8小时。发明人发现，若气基还原处理的温度过低，则还原反应难以进行，而若气基还原处理的温度过高，则竖炉内物料易粘结，导致生产难以顺行，生产效率降低，生产成本增加。当气基还原处理的时间太短时，反应不充分，金属化率难以达到90％以上，而时间太长则竖炉内物料易粘结，导致生产难以顺行，生产效率降低，能耗升高。由此，采用本申请提出的气基还原处理的温度和时间可保证物料生产顺行，同时有较高的生产效率，所得的还原球团的金属化率也较高，达90％以上。

s500：将还原球团、水和含钙添加剂混合进行磨矿-磁选处理

该步骤中，将还原球团、水和含钙添加剂混合进行磨矿-磁选处理，以便得到含铁磁性物和含钒钛非磁性物。发明人发现，通过将上述所得还原球团与含钙添加剂混合进行磨矿磁选，其中的含钙添加剂可加速磁选过程非磁性物的沉降速度，提高磁选效率，从而降低金属铁的再氧化速度，并且相对于高炉中的还原过程相比，本申请采用竖炉进行气基还原不会外带脉石污染，从而使得所得非磁性物中钒钛品位较高，进而可以实现铁钒钛的全面回收。

根据本发明的一个实施例，参考图2，s500可以按照下列步骤进行：

s51：将还原球团、水和含钙添加剂混合进行一段磨矿处理

该步骤中，将还原球团、水和含钙添加剂混合进行一段磨矿处理，以便得到一段磨矿物。具体的，先将还原球团破碎至粒度不大于2mm占比80wt％以上，然后将破碎了的还原球团、水和含钙添加剂进行混合，进行一段磨矿处理，磨矿20-60min，得到一段磨矿物。发明人发现，含钙添加剂的加入可加速磨矿-磁选过程非磁性物的沉降速度，提高磁选效率，同时可降低金属铁的再氧化速度，实现铁钒钛的全面回收。需要说明的是含钙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，例如可以为氧化钙和氢氧化钙中的至少一种。

根据本发明的一个实施例，含钙添加剂的加入量也不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本发明的一个具体实施例，基于每吨还原球团，含钙添加剂的用量为0.5～1.5kg。发明人发现，含钙添加剂的用量过高会造成物料浪费，而且降低磁选渣中二氧化钛的含量，影响产品的质量；而若含钙添加剂的用量过低，则不能起到加速沉降的作用。由此，采用本申请提出的含钙添加剂的用量既可起到加速沉降的作用，又课避免造成物料浪费。

根据本发明的再一个实施例，一段磨矿物的浓度也不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本发明的一个具体实施例，一段磨矿物的浓度可以为50wt％～65wt％。发明人发现，若一段磨矿物的质量浓度过高，则沉降速度慢，物料损耗高，而若一段磨矿物的质量浓度过低，则水耗高，导致生产成本高。由此，采用本申请提出的一段磨矿物的质量浓度可有效提高沉降速度，同时降低成本和能耗。

s52：将一段磨矿物进行一段磁选处理

该步骤中，将一段磨矿物进行一段磁选处理，以便得到第一含铁磁性物和第一含钒钛非磁性物。具体的，上述所得的一段磨矿物在磁场强度为500-800特斯拉的条件下进行一段磁选，得到第一含铁磁性物和第一含钒钛非磁性物。由此，可将一段磨矿物中的大部分含钒钛非磁性物选出，有利于提高铁、钒和钛的回收率。

s53：将第一含铁磁性物进行二段磨矿处理

该步骤中，将第一含铁磁性物进行二段磨矿处理，以便得到二段磨矿物。具体的，将第一含铁磁性物进行二段磨矿，磨矿时间为15-40min。由此，有利于将第一含铁磁性物中的磁性物和非磁性物分开，从而进一步提高铁、钒和钛的回收率。

s54：将二段磨矿物进行二段磁选处理

该步骤中，将二段磨矿物进行二段磁选处理，以便得到所述含铁磁性物和第二含钒钛非磁性物。具体的，在磁场强度为400-700特斯拉的条件下对二段磨矿物进行二段磁选，得到含铁磁性物和第二含钒钛非磁性物。

具体的，先将还原球团破碎至粒度不大于2mm占比80wt％以上，然后将破碎了的还原球团、水和含钙添加剂进行混合，进行一段磨矿处理，磨矿20-60min，接着在磁场强度为500-800特斯拉的条件下进行一段磁选，得到第一含铁磁性物和第一含钒钛非磁性物，接着将第一含铁磁性物进行二段磨矿，磨矿15-40min后在磁场强度为400-700特斯拉的条件下进行二段磁选，得到含铁磁性物和第二含钒钛非磁性物，其中含钒钛非磁性物包括一段磁选出来的第一含钒钛非磁性物和二段磁选出来的第二含钒钛非磁性物。

根据本发明实施例的钒钛磁铁矿综合利用的方法通过将含有钒钛磁铁矿的混合球团进行氧化处理，使得钒钛磁铁矿中难还原的铁化合物转化为较易还原氧化铁，从而可以显著降低后续还原温度，并且所得氧化球团可以获得满足竖炉直接还原质量要求；然后将所得氧化球团供给至竖炉中进行气基还原处理，还原气从竖炉中部喷入竖炉内，向上流动的还原气与从上至下的氧化球团接触发生还原反应，将球团中大部分铁氧化物还原成金属铁，而其中钒钛仍以氧化物形式存在，然后将所得还原球团与含钙添加剂混合进行磨矿磁选，其中的含钙添加剂可加速磁选过程非磁性物的沉降速度，提高磁选效率，从而降低金属铁的再氧化速度，并且相对于高炉中的还原过程相比，本申请采用竖炉进行气基还原不会外带脉石污染，从而使得所得非磁性物中钒钛品位较高，进而可以实现铁钒钛的全面回收，其中铁和钒的回收率不低于94％，钛的回收率不低于97％。

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

钒钛磁铁矿经干燥和破碎，得到粒径不大于200目、占比50wt％-80wt％的钒钛磁铁矿颗粒，将上述钒钛磁铁矿颗粒与粘结剂(膨润土)、添加剂(碳酸氢钠)和水按照质量比100：0.8：1：6.5进行混合、造球和过筛，得到粒径为8-15mm的混合球团，并将上述混合球团依次进行干燥、预热、焙烧和冷却处理，获得满足竖炉直接还原质量的氧化球团，然后将氧化球团从竖炉炉顶料仓加入，还原气从竖炉中部喷入竖炉内，向上流动的还原气与从上至下的氧化球团发生还原反应，氧化球团中的大部分高价铁化合物还原成低价铁化合物，其中还原气中一氧化碳和氢气的体积总量占比90％，且氢气与一氧化碳的体积比为4.5：1，还原气进竖炉的压力为0.15mpa，还原处理的温度为900摄氏度，时间为5小时，还原后球团下降到竖炉冷却段，将800摄氏度左右的还原球团冷却到100摄氏度左右后出炉；接着将还原球团破碎至粒度不大于2mm占比80wt％以上，然后将破碎了的还原球团、水和含钙添加剂(氧化钙)进行混合，送入湿式磨机进行一段磨矿处理，磨矿30min，得到磨矿浓度为65wt％的一段磨矿物，其中，含钙添加剂(氧化钙)的加入量为1％，接着在磁场强度为500特斯拉的条件下进行一段磁选，得到第一含铁磁性物和第一含钒钛非磁性物，接着将第一含铁磁性物进行二段磨矿，磨矿15min后在磁场强度为650特斯拉的条件下进行二段磁选，得到含铁磁性物和第二含钒钛非磁性物，其中含钒钛非磁性物包括一段磁选出来的第一含钒钛非磁性物和二段磁选出来的第二含钒钛非磁性物。所得的含铁磁选物中，tfe占比92wt％，mfe占比86wt％，铁的回收率达95％，在含钒钛非磁性物中，钒的回收率达95％，钛的回收率达98％。

实施例2

钒钛磁铁矿经干燥和破碎，得到粒径不大于200目、占比50wt％-80wt％的钒钛磁铁矿颗粒，将上述钒钛磁铁矿颗粒与粘结剂(膨润土)、添加剂(碳酸钾)和水按照质量比100：0.5：1.2：8进行混合、造球和过筛，得到粒径为8-15mm的混合球团，并将上述混合球团依次进行干燥、预热、焙烧和冷却处理，获得满足竖炉直接还原质量的氧化球团，然后将氧化球团从竖炉炉顶料仓加入，还原气从竖炉中部喷入竖炉内，向上流动的还原气与从上至下的氧化球团发生还原反应，氧化球团中的大部分高价铁化合物还原成低价铁化合物，其中还原气中一氧化碳和氢气的体积总量占比90％，且氢气与一氧化碳的体积比为4.5：1，还原气进竖炉的压力为0.15mpa，还原处理的温度为900摄氏度，时间为5小时，还原后球团下降到竖炉冷却段，将800摄氏度左右的还原球团冷却到100摄氏度左右后出炉；接着将还原球团破碎至粒度不大于2mm占比80％以上，然后将破碎了的还原球团、水和含钙添加剂(氧化钙和氢氧化钙)进行混合，送入湿式磨机进行一段磨矿处理，磨矿20min，得到磨矿浓度为65wt％的一段磨矿物，其中，含钙添加剂(氧化钙)的加入量为0.8％，接着在磁场强度为800特斯拉的条件下进行一段磁选，得到第一含铁磁性物和第一含钒钛非磁性物，接着将第一含铁磁性物进行二段磨矿，磨矿40min后在磁场强度为480特斯拉的条件下进行二段磁选，得到含铁磁性物和第二含钒钛非磁性物，其中含钒钛非磁性物包括一段磁选出来的第一含钒钛非磁性物和二段磁选出来的第二含钒钛非磁性物。所得的含铁磁选物中，tfe占比92wt％，mfe占比86wt％，铁的回收率达96％，在含钒钛非磁性物中，钒的回收率达94％，钛的回收率达97％。

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。