一种高铬型钒钛磁铁矿冶炼方法和装置与流程

本发明涉及矿石冶炼领域，具体而言，涉及一种高铬型钒钛磁铁矿冶炼方法和装置。

背景技术：

钒钛磁铁矿是以铁为主的多金属矿，其除含有铁、钒、钛、铬、钴、镍金属外，还含有锰、铜、镓、钪、稀土、铂族等金属元素。我国是缺铬的国家，从高铬型钒钛磁铁矿中提取金属铬对国家具有战略意义。国外钒钛磁铁矿冶炼工艺概况：南非、新西兰采用回转窑-电炉流程，主要回收铁和钒，电炉钛渣含钛约30％，作铺路或他用。俄罗斯采用高炉-转炉流程。只回收铁和钒，含钛高炉渣堆存。攀钢、承钢的高炉-转炉流程。矿石中的铁元素得到充分利用；钒在铁水炼钢前吹氧得钒渣，回收利用。含钛(TiO2含量：20％～30％)的高炉渣堆存。攀钢含钛高炉渣回收钛工艺流程是，选渣、造块、送入电炉高温碳化，冷却、选渣、破碎、送人沸腾氯化炉低温氯化，得到的粗四氯化钛精制后深加工。博联特公司流程。BLT-短流程一步还原法生产金属化球团+BLT-电煤熔分工艺的二步法熔融还原法，生产含钒铁水，将铁水采用转炉或铁水包进行吹氧得钒渣，含钛渣堆存。四川龙蟒公司的转底炉煤基直接还原—电炉深还原、熔分工艺，获得的含钛渣堆存。另外，国内有单位采用煤制气-气基竖炉还原-电炉熔分的钒钛磁铁矿冶炼工艺路线，获得的含钛渣堆存。等等。上述各种冶炼工艺只能回收铁和部分回收钒和钛。其余金属元素无法回收利用。据资料介绍，采用高炉—转炉流程冶炼钒钛磁铁矿，铁、钒、铬和钛的回收率分别为：70％、42％、12％和18％。

申请号为201110236682.2的中国发明专利申请公开了一种钒钛磁铁矿综合利用的方法。其通过将钒钛磁铁矿造块，用转底炉高温还原熔分生产高钛渣和珠铁的方法。技术方案包括钒钛磁铁矿造球、转底炉高温还原、磁选分离，转底炉高温还原直接产出高钛渣和珠铁。攀钢含钛高炉渣回收钛工艺流程：选渣、造块、送入电炉高温碳化得到碳化渣，碳化渣经冷却、选渣、破碎、筛分，送入沸腾氯化炉低温氯化，得到含四氯化钛的混合气体。

技术实现要素：

本发明提出了一种高铬型钒钛磁铁矿冶炼方法和装置。

本发明是这样实现的：

在第一方面，本发明实施例的提供了一种高铬型钒钛磁铁矿冶炼方法。

高铬型钒钛磁铁矿冶炼方法主要通过熔炼炉和可选地的一个或多个分离炉进行冶炼。

冶炼方法包括：使料粉预热、并被加热至呈液滴状从而分散地落入熔炼炉的熔池，并在熔池中汇聚为由液态渣和铁水构成的熔融体，铁水中主要包含金属铁以及溶于铁水中的多种非铁金属；液态渣中包含非铁金属，料粉包含高铬型钒钛磁铁矿精矿粉、熔剂粉、煤粉；

熔融体体积不断增加从而持续地漫过熔池的挡墙的顶面而溢出，并在重力作用下沿设置于熔炼炉的斜面以层状的形式流动；

通过斜面向以层状流动的熔融体喷入金属脱离剂，使熔融体中的非铁元素被反应而进入液态渣中；

在熔炼炉的斜面的终端的澄清区内，熔融体呈静止状态、分层，且上层为液态渣，下层为铁水，液态渣经过熔炼炉的侧壁上的排渣口由排渣器排出；铁水从熔炼炉的右端墙的底部排铁口排出。

在第二方面，本发明实施例的提供了一种高铬型钒钛磁铁矿冶炼装置。

冶炼高铬型钒钛磁铁矿装置包括：

熔炼炉，熔炼炉内的熔池的左侧壁为熔炼炉的左端墙，熔池的右侧壁为挡墙，挡墙的右侧为斜面反应区，反应区的右侧为澄清区，澄清区的右侧壁为熔炼炉的右端墙，熔池在水平面上高于斜面的始端和终端，斜面的终端高于澄清区，熔池被构造来容纳料粉经预热、并被加热形成的熔融体；

挡墙被构造来阻挡并使熔融体于熔池中聚集，且当熔融体达到预设高度时能够漫过挡墙；

斜面反应区被构造来使漫过挡墙的熔融体以铺展开的层状形式在斜面上流动，并且允许通过斜面向熔融体喷入金属脱离剂；

澄清区被构造来容纳经过斜面的终端流入的熔融体，使熔融体在澄清区内静止、分层，形成底层为铁水，顶层为液态渣的分层状态。

有益效果：

本发明实施例提供的高铬型钒钛磁铁矿冶炼方法能够较好地将矿石中的多种金属进行有效的分离，并且还能够达到较高的回收率。冶炼方法和装置还具有以下特点：⑴本发明能够实现从高铬型钒钛磁铁矿中，依次将钛、钒、铬、钴、镍等五种金属与铁分离；⑵分离过程是在高温条件下进行的；⑶矿石熔炼和分离过程可以连续性运行；⑷矿石熔炼和分离过程是在一套装置中进行的；⑸分离过程是在铁水流动过程中进行的；⑹分离过程中产生的液态渣、气体和剩余铁水等均在密闭容器或管道内流动；⑺矿石熔炼和分离过程由计算机调控。相应地，还具有以下效果：⑴分离过程中，利用铁水的化学热和物理热，因此能耗较小；⑵分离操作中，铁水在一套装置内自行流动，能耗较小；⑶分离过程中产生的炉气、液态渣等均在密闭容器内处理，对外界污染较小；⑷在熔炼炉、分离炉内的斜面上，使熔融体呈薄层状的形式流动、采用多点底吹或喷吹助剂粉的技术，较长的反应时间等条件，使金属的分离效率较高；⑸各分离炉的分离过程是同时进行、又是连续进行的，生产效率较高；⑹根据市场需求，采用本发明的流程，可以从高铬型钒钛磁铁矿中分离出更多的有价金属；⑺各种金属的回收率预测：铁的回收率≥80％；钛的回收率约80％；钒的回收率约80％；铬的回收率约80％；钴的回收率约80％；镍的回收率约80％。⑻在节能、运行成本、环境保护等方面，本发明具有较大的优势。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明实施例提供的高铬型钒钛磁铁矿冶炼方法的流程示意图；

图2-A为本发明实施例提供的高铬型钒钛磁铁矿冶炼装置的第一视角的结构示意图；

图2-B为本发明实施例提供的高铬型钒钛磁铁矿冶炼装置的第二视角的结构示意图；

图3示出了高铬型钒钛磁铁矿冶炼装置的熔炼炉内部结构意图；

图3-A示出了图3中熔炼炉的A-A面的剖视结构意图；

图3-B示出了图3的熔炼炉的B-B面的剖视结构意图；

图3-C示出了图3的熔炼炉的C-C面的剖视结构意图；

图3-D示出了图3的熔炼炉的D-D面的剖视结构意图；

图3-E示出了图3的熔炼炉的E-E面的剖视结构意图；

图4-A示出了高铬型钒钛磁铁矿冶炼装置中的氯化炉的第一视角的结构意图；

图4-B示出了高铬型钒钛磁铁矿冶炼装置中的氯化炉的第二视角的结构意图；

图5示出了高铬型钒钛磁铁矿冶炼装置中的第一分离炉的结构意图；

图5-A示出了高铬型钒钛磁铁矿冶炼装置中的第一分离炉的A-A面的剖视结构意图；

图5-B示出了高铬型钒钛磁铁矿冶炼装置中的第一分离炉的B-B面的剖视结构意图；

图6示出了本发明实施例1提供的冶炼铁钒精矿方法的流程示意图；

图7示出了本发明实施例1提供的冶炼硫钴精矿方法的流程示意图。

图标：1-料粉；2-第二级旋风预热器；3-第一级旋风预热器；4-尾气；5-熔炼炉；6-炉气抽出管；7-高温旋风除尘器；8-炉气上升管；9-料粉仓；10-螺旋进料机构；11-旋转锥盘；12-喷煤燃烧器；13-第一排渣口；14-第一搅拌器；15-氯化炉；16-含四氯化钛的混合气体；17-氯化残渣；18-第一排铁水口阀门；19-第一分离炉；20-第一炉气抽出孔；21-第二搅拌器；22-第二排渣口；23-钒渣仓；24-第二排铁水口阀门；25-第二分离炉；26-第三排渣口；27-第三搅拌器；28-铬渣仓；29-第二炉气抽出孔；30-第三排铁水口阀门；31-第三分离炉；32-第四排渣口；33-第四搅拌器；34-钴渣仓；35-第三炉气抽出孔；36-第四排铁水口阀门；37-第四分离炉；38-第五排渣口；39-第五搅拌器；40-镍渣仓；41-第四炉气抽出孔；42-第五排铁水口阀门；43-铁水；44-停炉时熔池铁渣排出阀门；45-脱钛、脱硅粉输送管道；46-氮气管道；47-纯碱粉输送管道；48-氧气管道；49-钒渣；50-铬渣；51-钴渣；52-镍渣；53-第一分离炉炉气抽风机；54-炉气除尘器；55-炉气；56-第二分离炉炉气抽风机；57-第三分离炉炉气抽风机；58-第四分离炉炉气抽风机；59-氯气；100-圆锥形炉帽；200-喷煤燃烧器安装孔；300-炉盖；400-横向挡尘墙；500-抽气孔；600-测温、测压计安装孔；700-搅拌器安装孔；900-排铁口阀门阀体；1000-炉气取样孔；1100-观察孔；1200-熔池；1300-第一透气砖组；1400-斜面反应区；1500-第二透气砖组；1600-澄清区；1700-第三透气砖组；1800-炉体空心支撑墙；1900-熔池挡墙铁渣排出口阀门；2000-炉体；101-熔炼炉体；201-氯化炉体；301-氯化物抽气孔；401-残渣余热回收仓；501-透气砖组；601-与炉体连接法兰；701-与残渣余热回收仓连接法兰；801-氯气输送管道；901-氯气支管；1001-测温仪器安装孔；121-铁水加入口；221-第一分离炉盖；321-第一分离炉抽气孔；421-第一分离炉测温、测压计安装孔；521-第一分离炉搅拌器安装孔；621-排渣口；721-排铁口阀座；821-观察器；921-铁水分流墙；1021-第一分离炉炉体；1121-第一分离炉第一透气砖组；1221-铁水混合凸筋条；1321-第一分离炉第二透气砖组；1421-第一分离炉氧气第一输送管道；1521-氧气支管；1621-第一分离炉第二氧气输送管道；1721-碳酸钠粉输送管。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

发明人据信，在高温还原条件下，高铬型钒钛磁铁矿石中的钛大部分进入炉渣中；矿石中的钒、铬、钴、镍等大部分溶入铁水中。本发明提供的冶炼方法能够将高铬型钒钛磁铁矿中的铁、钛、钒、铬、钴、镍等多种金属进行有效分离。

实际上，发明人发现，为了能够将高铬型钒钛磁铁矿中的各种金属更好地、分别地分离，主要需要解决以下几个方面的问题：

⑴设计将矿石中的钛、钒、铬、钴、镍等金属以熔渣的形式与铁水进行有效分离的工艺。⑵设计含钛渣高温氯化的工艺；⑶设计实现上述分离工艺和含钛渣高温氯化工艺的装置；⑷要求上述工艺对多种金属的回收率较高；⑸要求装置的制造成本和运行成本较低。

更重要地，有效地使不同的金属分别以熔渣的形式与铁水进行有效分离的工艺将是非常有必要的。

针对以上的问题，发明人尝试通过以下几个方面进行解决。

⑴采用新的矿粉连续性熔融还原工艺技术和设计新的熔炼炉；连续性产出液态钛渣和含其他多种金属的铁水。⑵采用高温氯化技术和设计新的氯化炉，对液态钛渣进行氯化，连续性产出含四氯化钛的混合气体和含稀土等微量金属的氯化残渣。⑶设计新的分离炉，并将数个分离炉串联，让含其他多种金属铁水依次流过，利用含其他多种金属铁水的化学热和物理热，采取加入不同的助剂、或喷入氧气等措施，使各分离炉连续性产出某种金属的液态渣和铁水。⑷采用温度、压力、流量、流速、液位等参数全流程监测、调控；在线运行状态检测、维修、更换；物流化学成分现场分析、化验；各设备安全运行的检控、调节、报警等措施；采用计算机对整条生产线进行集中调控，以保障上述技术和装置正常运行。

高铬型钒钛磁铁矿冶炼方法包括以下步骤。

S101、使料粉受热呈液滴状分散地进入熔炼炉熔池，并在熔池中汇聚为由液态渣和铁水构成的熔融体，铁水中主要包含金属铁，液态渣中主要包含非铁金属，料粉包含高铬型钒钛磁铁矿精矿粉、熔剂粉、煤粉。料粉预先通过预热。例如，通过高温烟气加热的方式使料粉的温度为250℃～400℃，含水率为0。当然也可以通过其他方式加热。料粉受热后呈分散的液滴形式，以螺旋运动方式落入熔池。液滴的螺旋形运动方式可以通过各种方式来实现，例如，设置螺旋形管道，通过载气使其在管道内运动；或者，也可以通过螺旋桨结构的旋转搅动使料粉螺旋运动。高铬型钒钛磁铁矿粉是精矿粉，其经过选矿处理，例如浮选等，使得其中的期望被回收的金属具有较高的品位。

S102、熔融体持续地从熔池挡墙溢出，并在重力作用下沿斜面呈薄层状的形式流动。优选地，熔融体的厚度为1-10cm。

S103、通过斜面向熔融体喷入金属脱离剂，使铁水中非铁元素被反应而进入液态渣中，熔融体流过斜面的终端流入澄清区；在澄清区，熔融体静止、逐渐分层为上层为液态渣，底层为铁水。液态渣经排渣口由排渣器排出，对液态渣进行后续处理，以完成第一次的矿石中的金属分离。在一些示例中，在分层后的液态渣中含有钛元素。为了回收液态渣中的钛，可以通过氯化反应，使渣中的二氧化钛变成四氯化钛气体被抽出净化处理，以达到回收钛的目的。从液态渣中回收钛的方式可以是，使液态渣基于重力作用在氯化炉斜面上呈薄层状的形式流动，并通过斜面向液态渣喷入氯气。

从熔炼炉右端墙的低位排铁口排出的铁水，进一步地，被通过以下分离步骤分离金属，分离步骤包括：使铁水流入分离炉，在重力作用下，铁水沿分离炉的斜面呈薄层状的方式流动，并通过斜面向铁水注入金属脱离试剂，使铁水中的待分离金属与对应的金属脱离试剂发生反应生成密度较小的化合物，浮出铁水表面形成新的液态渣。以上的分离步骤可以被执行一次或多次，具体可以根据矿石中的非铁金属的市场需求而定(有价金属、具有回收价值的金属——包括矿石中金属的含量及其自身的价值)。当高铬型钒钛磁铁矿中的期望被回收的金属种类较少时，可以通过执行一次分离，例如钒、铬、钴、镍四种金属中的任一种。当高铬型钒钛磁铁矿中的期望被回收的金属种类较多时，可以进行多次分离步骤，每次分离步骤分离一种期望回收的金属，通过这样的方式逐次地分离高铬型钒钛磁铁矿中的钒、铬、钴、镍四种金属中的任意两个以上。

在整个冶炼过程中，为了使铁水具有相当的流动性，铁水的温度保持在1350～1600℃，优选为1350～1550℃，更优选为1400～1580℃。铁水的升温，可以通过向熔池和澄清区中的铁水喷入氧气，利用氧和铁水中碳的氧化反应所放出的热量来实现。

针对于以上的冶炼方式，本发明中还提供了一种冶炼高铬型钒钛磁铁矿装置。

装置包括：熔炼炉，它的熔池右侧壁为挡墙，挡墙将熔炼炉左右分为左侧的熔池、右侧的斜面和澄清区。以水平面为基准面，熔池高于斜面，斜面的始端和终端高于澄清区。或者说，熔池至斜面至澄清区相对于水平面的高度逐渐下降。熔池被构造来容纳熔融体。挡墙被构造来阻挡并使熔融体聚集，且当熔融体达到预设高度时能够漫过挡墙顶面而溢流。斜面被构造来使熔融体呈薄层状的形式在斜面上流动。澄清区被构造来储集由斜面终端流入的熔融体，且熔融体在澄清区静止、分层，形成底层为铁水和顶层为液态渣的分层状态。

进一步地，熔炼炉的对应于熔池的顶部可以设置加热料粉的燃烧器。燃烧器可以呈螺旋形排布，使之在工作时形成螺旋状火焰。

在本发明的可替代示例中，装置还包括下料仓。下料仓与熔炼炉连接且位于熔池的顶部，下料仓内设置有被构造来使料粉按螺旋式的路线落入熔炼炉内的旋转体。一种示例中，旋转体包括相互匹配的第一旋转件和第二旋转件，第一旋转件包括中空的第一柱体、设置于柱体外的旋转叶片，第二旋转件包括第二柱体、设置于第二柱体的一端端部的旋转盘，第二柱体的部分可转动地同轴设置于第一柱体的内，且其端部的旋转盘位于第一柱体外，旋转叶片的投影在旋转盘内。

以下对本发明提供的冶炼方法进行详细阐述。本实施例中，以高铬型钒钛磁铁矿精矿粉为原料，从矿中分离出铁、钛、钒、铬、钴、镍等六种金属为例，加以描述。

高铬型钒钛磁铁矿精矿粉，熔剂粉(石灰石)，煤粉(煤粉配入量为：煤粉/矿粉中二氧化钛含量之比为1.2～2.0，质量比)、返料粉等，粒度范围0.030～0.074毫米(460目～200目)。经计量、配料(其中造渣碱度0.9～4.0)、混合成为料粉，输入料粉仓。料粉由给料器输入二级旋风预热器组，与高温炉气混合，料粉被干燥、预热后，落入熔炼炉顶上方的下料仓。此时料粉温度250℃～400℃。料粉含水量为零。仓内料粉在螺旋进料机高速旋转圆锥盘的作用下，将料粉分散成颗粒形式撒入炉内。炉内空间温度为1400℃～1600℃。

在竖立的圆锥型炉帽内壁上，从上到下，设置有三层喷煤燃烧器，从几个角度喷出的火焰射向料粉，使料粉颗粒呈螺旋运动方式落下，料粉颗粒在悬浮状态下与高温火焰接触，迅速升温、还原、熔化成液滴落入炉底部的熔池里。熔池炉底部透气砖喷入氧气，以维持熔池内铁水温度在1400℃～1600℃的范围内。液滴在熔池里继续进行还原、造渣、脱硫等反应。

高于熔池挡墙的液态渣和铁水，漫过挡墙顶部溢出，流向炉中部的斜面。液态渣和铁水(呈薄层状态，例如薄层厚度大致为1～10cm)在斜面上流动。在流动过程中，从斜面的炉底部喷入脱钛、脱硅粉剂(成分：烧结矿85％～95％、萤石5％～15％)，载气为氮气，氮气压力0.1～0.6Mpa，纯度＞99％。将溶于铁水中的钛、硅，氧化成二氧化钛和二氧化硅进入渣中(同时，铁水中少量钒、锰、碳也被氧化为三氧化二钒、二氧化锰和一氧化碳，前两者进入渣中，一氧化碳进入炉气。)。在炉右端容积较大的澄清区，液态渣和铁水逐渐静止、分层。液态渣的四元碱度：(CaO+MgO/SiO2+Al2O3)的碱度范围为0.9～4.0。当液态渣高于熔炼炉侧壁上的排渣口下沿时，就被搅拌器强制排出，流入氯化炉。熔炼炉内产生的炉气从炉右端顶部的排气孔被抽出，进入炉气除尘、余热回收(预热料粉等)、净化处理系统。液态渣在流过氯化炉的斜面过程中，从斜面炉底喷入氯气(氯气压力0.1～0.6Mpa，氯气纯度＞96％)，使渣中的二氧化钛和渣中的其他元素氧化物被氯化成多种气态氯化物，组成含四氯化钛的混合气体。该混合气体被抽出，经净化处理，得到四氯化钛气体。回收的氯气经处理后循环使用；氯化残渣(其中含有微量稀土或铂族元素等，待回收。)经余热回收后，可作建筑材料。

另一方面，铁水从熔炼炉右端墙下部的排铁口(采用阀门控制铁水流量，下同)流出，进入第一个分离炉。在流过第一个分离炉的斜面过程中，从斜面炉底喷入工业级碳酸钠粉末。载气为氧气。(氧气压力0.1～0.6Mpa，纯度＞99％，下同)。使铁水中的钒、硫、磷等元素与碳酸钠发生化学反应，生成偏钒酸钠、硫化钠、磷酸钠等物质，形成熔渣浮出铁水表面，在该炉右端的澄清区内逐步积累，形成渣层，与铁水分层。同时，在第一分离炉的右端澄清区，从炉底部喷入氧气，以保持合适的铁水的温度。当液态渣高于分离炉侧壁上的排渣口的下沿时，就被搅拌器强制排出，流入钒渣收集器。炉内产生的炉气，从该炉右端炉顶部的排气孔被抽出处理。

铁水从该炉右端墙下部的排铁口(同上)流入第二个分离炉。在流过第二个分离炉的斜面过程中，从斜面炉底喷入氧气，利用选择性氧化原理，控制铁水温度，氧气压力和喷入量，主要将铁水中的铬氧化成氧化铬(同时，有少量铁被氧化成氧化亚铁，进入渣中)浮出铁水表面，在该炉澄清区，逐渐形成渣层，与铁水分层。当液态渣高于该炉侧壁上的排渣口的下沿时，就被搅拌器强制排出(同上)，落入铬渣收集器。炉内产生的炉气，从该炉右端炉顶部的排气孔被抽出处理。

铁水从第二分离炉右端墙下部的排铁口(同上)流入第三个分离炉。钴、镍与氧的亲和力，钴与氧的亲合力稍强一点。因此，依然利用选择性氧化原理，在流过第三个分离炉的斜面过程中，喷入氧气，将铁水中的钴氧化成氧化钴(同时，有少量镍和铁被氧化成氧化镍、氧化亚铁，进入渣中)，浮出铁水表面，在该炉澄清区，逐渐形成渣层，与铁水分层。当液态渣高于该炉侧壁上的排渣口下沿时，就被搅拌器强制排出(同上)，落入钴渣收集器。炉内产生的炉气，从该炉右端炉顶部的排气孔被抽出处理。

铁水从第三分离炉右端墙下部的排铁口(同上)流入第四个分离炉。在流过该炉的斜面过程中，从斜面炉底喷入氧气，将铁水中的镍氧化成氧化镍(其中，有少量铁水被氧化成氧化亚铁，进入渣中)，浮出铁水表面，在该炉澄清区，逐渐形成渣层，与铁水分层。当液态渣高于该炉侧壁上的排渣口的下沿时，就被搅拌器强制排出(同上)，落入镍渣收集器。炉内产生的炉气，从该炉右端炉顶部的排气孔被抽出处理。铁水从该炉右端墙下部的排铁口(同上)流出。

此时的铁水中还含有锰、铜、镓、钪等有价金属(可以根据需要继续进行分离)。同时，铁水中硫、硅、磷、碳等元素的含量较低，铁水量有所减少。可以进入炼钢工序。

根据市场需要，可以将以上熔炼炉，以及各个分离炉产生的渣料，分别进行处理，如：从渣中提取某种单质金属，或制取它们的化合物。

在上述的冶炼过程中，熔炼炉的高温炉气从炉右端炉顶部的抽气孔被抽出，经高温除尘、余热回收(含预热料粉等)、输入净化处理系统；从炉气中回收的粉尘经处理后作为返料，再入炉冶炼；净化后的炉气(主要成分为二氧化碳、一氧化碳、氢气、甲烷、氮气等)输入煤气柜。熔炼炉的炉气系统阻力范围1000pa～3000pa。从各个分离炉抽出的炉气，经除尘、余热回收，净化处理后(炉气主要成分为：一氧化碳、二氧化碳等)输入煤气柜。各个分离炉的炉气系统阻力范围1000pa～3000pa。可与熔炼炉的净化炉气混合，可作为低热值燃气使用。

另外，冶炼流程中的设备、管道设置有温度、压力、流量、液位、流速等参数的检测仪器、并具有传输、报警、显示等功能。设置有在线观察、取样、分析、化验等设备和设施。两级旋风预热器组、螺旋进料机、喷煤燃烧器、排渣搅拌器、排铁口阀门(包括各炉的中部或侧部排铁口阀门)、炉气(包括熔炼炉、分离炉)的抽风机等设备的操作由计算机调控；氧气、氯气、氮气的输送、喷入量，碳酸钠粉、脱钛、脱硅粉剂喷吹量等，由计算机调控。

另外，针对以上流程，需要特别地说明一下几点内容：

(1)本发明流程在正常运行(可由计算机调控)中，料粉连续性加入，喷煤燃烧器连续喷入燃烧火焰，多种渣、炉气连续性排出，分离多种金属后的铁水连续排出，而熔炼炉和各个分离炉内的液面保持在一定范围内。此时，流程中的物料(含固、液和气)处于动平衡状态。

⑵本流程中所采用的设备开车操作步骤，熔炼炉及各个分离炉右端墙下部的排铁口阀门是关闭的。熔炼炉的熔池的挡墙的两个侧部阀门也是关闭的。开车运行一段时间后，当熔炼炉炉内铁水集聚到一定高度(安装有液位器)，含钛渣已经从炉右端侧壁上部的排渣口被排出。这时，可以缓慢地打开炉右端墙下部的排铁口阀门，让铁水流入第一分离炉。排铁口阀门开启程度，应当保持炉内含钛渣处于排渣状态。运行一段时间后，第一分离炉内的钒渣已经从该炉右端侧壁上部排渣口排出，这时，可以缓慢地打开第一分离炉右端墙下部的排铁口阀门，让铁水流入第二个分离炉。依次类推。由于铁水中钒、铬、钴、镍等金属含量很少，造渣量也很少。因此，在各分离炉内的液态渣层，要经过较长时间积累才能形成，各个分离炉在单位时间里排出的渣量也很少。另外，开车以后，可以调控熔池挡墙一侧或两侧阀门的开启程度，调节溢出熔池的液态渣和铁水的比例。

⑶本流程停车时操作步骤，停止加入料粉。逐步减弱喷煤燃烧器的燃烧火焰，保持熔炼炉熔池的温度大于1400℃，使熔池内的液态渣和铁水具有良好的流动性。几分钟后，缓慢打开熔池挡墙一侧(或两侧的侧部阀门)，使熔池内的渣和铁水全部流入澄清区。当澄清区内液态渣排完(在实际运行中，会残留少量液态渣)，再缓慢地调控炉右端墙的侧部排铁口阀门开启程度，让铁水尽量保持正常运行时的流量流入第一分离炉。当炉内铁水全部流出(在实际运行中，炉底部会残留少量液态渣和铁水)。可以关闭喷煤燃烧器、炉底氧气管道阀门、炉气抽风系统设备、熔池挡墙和右端墙侧部排铁口阀门等。各个分离炉的停车操作步骤与此类似。

⑷在运行中，如果熔炼炉或某一个分离炉发生故障时的处理措施：如果是排渣搅拌器或炉顶部的某个构件发生故障，可以采用在线更换方法，换装新的搅拌器等，此过程只需1～5分钟。但是，如果需要，可以调节铁水排出阀门的开启程度等。这类故障对运行的影响较小。如果是熔炼炉熔池、或熔炼炉(某个分离炉)斜面、澄清区炉底的某一组透气砖发生堵塞，(通过在线检测可以查出)流程可以继续运行。如果某个分离炉的斜面炉底、澄清区炉底的几组透气砖全部发生堵塞，则关闭该分离炉的喷吹系统。停止该炉的分离工作。在一定时间内，该分离炉只作为铁水通道或缓冲槽使用。在这段时间里，后面的分离炉排铁口阀门的开启程度需要加以调节。如果是熔炼炉熔池炉底、或斜面炉底、或澄清区炉底的几组透气砖全部发生堵塞，则需要停车检修。在定期停车检修时间里，检修、更换透气砖组。一组透气砖由几个透气砖排列而成。设计有专门的固定框架和装、卸机构。

⑸由于上述几种渣的组成不同、渣的熔化温度也略有不同，不同的液态渣和铁水在同一倾斜度斜面上的流速有差异。因此，熔炼炉内的斜面倾斜度要大一些，因为含有二氧化钛(或含有少量碳化钛、氮化钛)的渣的粘度较大，流动性较差。各个分离炉的斜面倾斜度也可以不相同，各炉斜面的倾斜度需要通过试验来确定。

⑹本流程保持连续性运行的方法：在保持料粉加入量和喷入炉内的燃烧煤粉量一定的条件下，运行一段时间后，待熔炼炉内含钛渣层高于排渣口，开始排渣时，开启熔炼炉右端墙下部排铁口阀门，使铁水流入第一个分离炉。调控好熔炼炉排铁口阀门的开启程度，使熔炼炉内的含钛渣保持在排渣状态，此时熔炼炉排出的铁水量(单位时间内排出的铁水流量)就是第一个分离炉铁水的最大进入量；运行一段时间后，当第一分离炉内的钒渣层已高于排渣口，开始排渣时，开启第一分离炉右端墙的排铁口阀门，将铁水排入第二个分离炉，调控好开启程度，使炉内的钒渣保持在排渣状态。以此类推，使第四个分离炉内的含镍渣层保持在排渣状态。此时，熔炼炉和四个分离炉的渣层都处于排渣状态，且第四分离炉右端墙下部排铁口连续排出铁水。这时，即实现了本流程的连续性运行。(可由计算机操作)

从熔炼炉排出的铁水量＝第一个分离炉排出的铁水量+钒渣中铁的含量＝第二个分离炉的铁水排出量+钒渣、铬渣中铁的含量＝第三个分离炉的铁水排出量+钒渣、铬渣、钴渣中的铁含量＝第四个分离炉的铁水排出量(铁水产量)+钒渣、铬渣、钴渣、镍渣中铁的含量。

可列出以下等式：以单位时间为准。Q0熔炼炉铁水排出量(设为100)＝Q1第一分离炉铁水排出量(设为95％)+钒渣中铁的含量(设为5％)；Q1＝Q2第二分离炉铁水排出量(设为90％)+铬渣中铁的含量(设为5％)；Q2＝Q3第三分离炉铁水排出量(设为85％)+钴渣中铁的含量(设为5％)；Q3＝Q4第四分离炉铁水排出量(设为80％)+镍渣中铁的含量(设为5％)；Q4第四分离炉铁水排出量(为80％)即为本流程的铁水产量。考虑到钛渣中的铁损失，本流程单位时间内铁水产出量＝单位时间内加入炉内的铁量－单位时间内钛渣、钒渣、铬渣、钴渣、镍渣中铁的含量。

⑺缓冲槽的设置

如果发生四个分离炉和氯化炉同时出现故障，不能使用。则应停车检修。但在停车过程中，熔炼炉炼出的铁水(含多种非铁金属)需要排入缓冲槽储存，或通过缓冲槽将铁水浇注成材。排出的含钛渣可流入另设的熔体粒化设备，制成细颗粒状渣粒，再经粉磨、储存。可作返料使用。

⑻熔炼炉的泡沫渣形成的可能性分析和防止措施

在高炉冶炼钒钛磁铁矿条件下，由于矿石的还原时间较长，液态渣在料柱挤压下生成，渣中的二氧化钛颗粒和焦炭粒较长时间接触、挤压、摩擦等，容易生成较多的碳化钛、氮化钛等高熔点颗粒，使渣层透气性变差，气体排不出去，产生泡沫，而这些高熔点颗粒起着稳定泡沫的作用，致使高炉运行受阻，排渣时铁流失较多。

在本发明的熔炼炉冶炼条件下，不存在上述高炉的冶炼条件；矿粉在炉内的还原时间较短(约3～10分钟)；液态渣层上方是空间，为负压；液态渣处于流动状态等情况，因此，渣层中碳化钛、氮化钛等高熔点颗粒不易生成(即使生成，量也很少)，所以泡沫渣不易形成。

防止措施；第一、采用高碱度渣(碱度范围1.1～4.0)，第二、控制熔炼炉内渣层的温度在1400～1600℃；第三、采用搅拌器强制排渣等。

本实施例中，整个冶炼系统可以包括以下主要装置及其数量：

⑴熔炼炉1座；⑵氯化炉1座；⑶分离炉4座；⑷排铁口阀门(侧部阀门)12个(含熔池挡墙侧部阀门2个)；(如果使用中部阀门，5个)

⑸螺旋进料机1套；

应当理解的是，流程中采用的喷煤燃烧器、旋风预热器、搅拌器、旋风除尘器、抽风机等设备均为现行通用设备产品；透气砖、喷粉透气砖、耐火砖、隔热材料等耐火制品均为现行产品；采用的气体输送、调控阀门、管线、管件等均为现行产品；采用的温度、压力、流量、流速、液位等技术参数检测仪器、仪表，在线取样、分析、化验，全流程计算机集中调控系统等设备均为现行产品。

结合附图，对本发明提供的冶炼方法及装置极性说明。本发明提供的冶炼方法如图1所示，装置如图2-A、图2-B所示。

结合附图1和图2-A、图2-B对流程加以描述：

料粉1进入第二级旋风预热器2的上升管道内，与上升的高温炉气混合，料粉被干燥、预热，并随气流进入第一级旋风预热器3的旋风筒内作旋转运动，因离心力作用，料粉颗粒碰壁失速，落入锥筒。尾气4从中心管被抽风机抽出，进入炉气净化系统。从熔炼炉5抽出的高温炉气通过炉气抽出管6流入高温旋风除尘器7，除尘后，炉气向上流入管道(炉气上升管8)，与从第一级预热器锥筒内向下落的料粉相遇，料粉与炉气混合，被加热、升温，并被炉气带入第二级预热器旋风筒内作旋转运动，料粉颗粒碰壁失速，落入锥筒，掉入下料仓(料粉仓9)，在螺旋进料机构10和旋转锥盘11的共同作用下，将料粉分散为单个颗粒形式撒入熔炼炉内。圆锥形炉内壁上的数个喷煤燃烧器12，从几个角度喷出的火焰射向料粉，使料粉颗粒呈螺旋运动方式落下，料粉颗粒在悬浮状态下与高温火焰接触，迅速升温、还原、熔化成液滴落入炉底部的熔池里。熔池下面炉底透气砖喷入氧气，以维持熔池内铁水温度在1400℃～1600℃的范围内。液滴在熔池里继续进行还原、造渣、脱硫等反应。高于熔池右挡墙的液态渣和铁水，从其顶面溢出，流向炉中部的斜面。液态渣和铁水(呈薄层状态，薄层厚度如1-10cm，或者，1～8cm等)在斜面流动过程中，从斜面炉底部喷入脱钛、脱硅粉剂(主要成分为氧化铁)，氮气为载气。(氮气压力0.1～0.6Mpa，氮气纯度99.99％)，将溶于铁水中的钛、硅，氧化成二氧化钛和二氧化硅进入渣中。在炉右端部澄清区，液态渣和铁水分层。渣层集聚在铁水的上面。液态渣从炉侧壁上部的第一排渣口13，由第一搅拌器14强制排出，流入氯化炉15。在氯化炉斜面炉底喷入氯气59(氯气压力0.1～0.6Mpa，氯气纯度＞96％)，使渣中的二氧化钛和渣中的其他元素氧化物被氯化成多种气态氯化物，组成含四氯化钛的混合气体16，被抽出后，经净化处理，得到四氯化钛气体。回收的氯气经处理后循环使用。氯化残渣17(其中含有微量稀土或铂族元素等)经余热回收处理后可作建筑材料。铁水从炉右端墙底部的侧部排铁口阀门(第一排铁水口阀门18)排出。流入第一分离炉19。在流过第一个分离炉的斜面过程中，从斜面炉底喷入工业级碳酸钠粉末(载气为氧气,氧气压力0.1～0.6Mpa，氧气纯度98％，下同。)，铁水中的钒、硫、磷等元素与碳酸钠发生化学反应，生成物为偏钒酸钠、硫化钠、磷酸钠等物质，形成熔渣浮在铁水表面，逐步积累，形成渣层。在炉的右端澄清区，从炉底部喷入氧气，适当提高铁水温度。产生的炉气从第一炉气抽出孔20抽出，经第一分离炉炉气抽风机53输入炉气除尘器54初步除尘。当熔渣层高于炉侧壁排渣口(第二排渣口22)时，被第二搅拌器21排出，流入钒渣收集器(钒渣仓23)，得到的钒渣49供提取金属钒用。铁水从炉右端墙底部的侧部排铁口阀门(第二排铁水口阀门24)流入第二分离炉25。在流过炉的斜面过程中，从斜面炉底喷入氧气，利用选择性氧化原理，控制铁水温度，氧气压力和喷入量，主要将铁水中的铬氧化成氧化铬(其中，有少量铁被氧化成氧化亚铁，进入渣中)，形成铬渣，从炉右端侧壁上部的排渣口(第三排渣口26)，被第三搅拌器27排出，落入铬渣收集器(铬渣仓28)，得到铬渣50。产生的炉气从第二炉气抽出孔29被抽出，经第二分离炉炉气抽风机56输入储气罐(炉气除尘器54)。铁水从炉右端墙下部的侧部排铁口阀门(第三排铁水口阀门30)流入第三分离炉31。钴和镍，两者与氧的亲和力，钴比镍的稍强一点。因此，依然利用选择性氧化原理，在流过炉的斜面过程中，从斜面炉底喷入氧气，将铁水中的钴氧化成氧化钴(同时，铁水中有少量铁被成氧化亚铁，进入渣中)，形成钴渣。从炉右端侧壁上部的排渣口(第四排渣口32)，被第四搅拌器33排出，落入钴渣收集器(钴渣仓34)，得到钴渣51。产生的炉气从第三炉气抽出孔35抽出，经第三分离炉炉气抽风机57输入储气罐(炉气除尘器54)。铁水从炉右端墙底部的侧部排铁口阀门(第四排铁水口阀门36)流入第四分离炉37。在流过炉的斜面过程中，从斜面炉底喷入氧气，将铁水中的镍氧化成氧化镍(同时，铁水中有少量铁被氧化成氧化亚铁，进入渣中)，形成镍渣，从炉右端侧壁上部的排渣口(第五排渣口38)，被第五搅拌器39排出，落入镍渣收集器(镍渣仓40)，得到镍渣52。产生的炉气从第四炉气抽出孔41抽出，经第四分离炉炉气抽风机58输入储气罐(炉气除尘器54)。铁水从炉右端墙底部的侧部排铁口阀门(第五排铁水口阀门42)流出。此时的铁水43还含有锰、铜、镓、钪等有价金属。同时，铁水中硫、硅、磷、碳等元素的含量较低，铁水量有所减少。可以进入炼钢工序。从储气罐顶部排出的炉气55，被输入炉气净化系统。流程中各除尘器收集的粉尘，经处理后，可作返料，掺加到入炉料粉中。停炉时，熔炼炉熔池挡墙两侧的铁水阀门、停炉时熔池铁渣排出阀门44，需要开启，以便使熔池内的铁水和渣全部流出去；熔炼炉喷入脱钛、脱硅粉输送管道45；喷吹气管道(氮气管道46)；纯碱粉输送管道47；氧气管道48。在装置中，熔炼炉5与第一分离炉19通过第一连接法兰实现连接，相邻两个分离炉之间通过第二连接法兰实现连接。

本发明实施例中所提出冶炼方法及装置除了被用于对高铬型钒钛磁铁矿中金属分离、回收外，还可以用于其他矿石的冶炼，以对金属进行分离和回收。①普通铁矿石。工艺流程为：矿粉→配料→预热→进料→熔炼炉熔化、还原，脱硫、脱硅、脱磷→铁水+炉渣。②稀土铁矿石。工艺流程：矿粉→配料→预热→进料→熔炼炉熔化、还原；炉渣→加入硅铁合金粉→铁水+稀土硅铁合金。③硫铁矿石。工艺流程：矿石→氧化焙烧→二氧化硫→制硫酸；焙烧矿渣→粉磨→配料→预热→进料→熔炼炉熔化、还原，脱硫、脱硅、脱磷→铁水+炉渣。④含铁铜矿石。工艺流程：矿石→氧化焙烧→二氧化硫→制硫酸；焙烧矿渣→粉磨→配料→预热→进料→熔炼炉熔化、还原，脱硫、脱硅、脱磷→铁水+渣+铜水。铜水流入分离炉(抽真空)精炼→阳极铜；铁水、渣→澄清→铁水+渣。

⑤炼钢。工艺流程1：铁矿石粉→配料→预热→进料→熔炼炉熔化、还原、脱硅→铁水+渣；铁水→第一分离炉喷吹碳酸钠粉，脱硫、脱磷→第二分离炉吹氧炼钢→第三分离炉精炼(抽真空、吹氧脱碳、吹氩搅拌)→第四分离炉合金化(喷吹合金粉)→合金钢水。工艺流程2：高炉冶炼获得铁水→第一分离炉喷吹碳酸钠粉和脱硅粉→脱硫、脱硅、脱磷→第二分离炉吹氧炼钢→第三分离炉(抽真空等)精炼→第四分离炉合金化→合金钢水。⑥特大型高炉(连续性出铁水)配套本发明。工艺流程：铁水→中间槽→第一分离炉脱硫、脱硅、脱磷→第二分离炉吹氧炼钢→第三分离炉(抽真空等)精炼→第四分离炉合金化→合金钢水。⑦大型铸造企业炼钢配套本发明。工艺流程1：矿粉→配料→预热→进料→熔炼炉熔化、还原，脱硫、脱硅、脱磷→铁水→第一分离炉吹氧炼钢→第二分离炉(抽真空等)精炼→第三分离炉合金化→合金钢水。工艺流程2：利用原化铁炉制取铁水→中间槽→第一分离炉脱硫、脱硅、脱磷→第二分离炉吹氧炼钢→第三分离炉(抽真空等)精炼→第四分离炉合金化→合金钢水。

冶炼装置中个部件的说明如下：

熔炼炉的结构请参阅图3以及图3-A、图3-B、图3-C、图3-D、图3-E，其中，各个标记所指代的结构通过以下被说明：圆锥形炉帽100；喷煤燃烧器安装孔200；炉盖300；横向挡尘墙400；抽气孔500；测温、测压计安装孔600；搅拌器安装孔700；排铁口阀门阀体900；炉气取样孔1000；观察孔1100；熔池1200；第一透气砖组1300；斜面反应区1400；第二透气砖组1500；澄清区1600；第三透气砖组1700；炉体空心支撑墙1800；熔池挡墙铁渣排出口阀门1900；炉体2000；熔炼炉体101；氯化炉体201；氯化物抽气孔301；残渣余热回收仓401；透气砖组501。

氯化炉的结构请参阅图4-A、图4-B，其中，各个标记所指代的结构通过以下被说明：氯化炉体201；氯化物抽气孔301；残渣余热回收仓401；透气砖组501；与炉体连接法兰601；与残渣余热回收仓连接法兰701；氯气输送管道801；氯气支管901；测温仪器安装孔1001。

第一分离炉的结构请参阅图5、图5-A、图5-B，其中，各个标记所指代的结构通过以下被说明：铁水加入口121；第一分离炉盖221；第一分离炉抽气孔321；第一分离炉测温、测压计安装孔421；第一分离炉搅拌器安装孔521；排渣口621；排铁口阀座721；观察器821；铁水分流墙921；第一分离炉炉体1021；第一分离炉第一透气砖组1121；铁水混合凸筋条1221；第一分离炉第二透气砖组1321；第一分离炉氧气第一输送管道1421；氧气支管1521；第一分离炉第二氧气输送管道1621；碳酸钠粉输送管1721。

为了使本领域技术人员能够更容易地实施本发明，以下将给出本发明提供的冶炼方法的多个用例。

实施例1

参阅图6，以攀枝花矿区选矿厂生产的铁钒精矿为原料，提取铁、钛和钒。

铁钒精矿的主要成分(质量％)：铁51.56，二氧化钛12,73，五氧化二钒0.564。

具体流程如下:

铁钒精矿粉、熔剂粉、掺入含钛高炉渣粉(其掺入量占铁钒精矿粉量的10％～30％)、煤粉(加入量约为铁钒精矿粉和高钛渣粉二氧化钛总含量的1.1～2.0倍)。计量、配料、混合成料粉。经两级旋风预热器预热，料粉温度为250～400℃，含水量为零。由螺旋进料机撒入熔炼炉内。料粉经高温熔融、还原，生成液态渣和铁水。液态渣流入氯化炉，在氯化炉斜面底部喷入氯气，使液态渣和氯气反应。产生的含四氯化钛混合气体被抽出，净化，得到四氯化钛产品。从熔炼炉右端墙底部排出的铁水流入分离炉，在分离炉斜面底部喷入工业级碳酸钠粉(载气为氧气，氧气压力为0.1～0.6Mpa)，生成的含钒液态渣，从分离炉侧壁上部排渣口排出，进入钒的提取工序。铁水从分离炉右端墙底部排铁口排出，进入炼钢工序。

实施例2

以攀枝花矿区选矿厂生产的钛精矿为原料，提取铁、钛和钒。

钛精矿主要成分：(质量％)：铁31.56，二氧化钛47.53，五氧化二钒0.68。

具体流程如下:

钛精矿粉、熔剂粉、煤粉(加入量为钛精矿粉中二氧化钛含量的1.1～2.0倍)等，计量、配料、混合成料粉。经两级旋风预热器预热，料粉温度为250～400℃，含水量为零。由螺旋进料机撒入熔炼炉内。料粉经高温熔融、还原，生成液态渣和铁水。液态渣流入氯化炉，在氯化炉斜面底部喷入氯气，使液态渣和氯气反应。产生的含四氯化钛混合气体被抽出，净化，得到四氯化钛产品。从熔炼炉右端墙底部排出的铁水流入分离炉，在分离炉斜面底部喷入工业级碳酸钠粉(载气为氧气，氧气压力为0.1～0.6Mpa)，生成的含钒液态渣，从分离炉侧壁上部排渣口排出，进入钒的提取工序。铁水从分离炉右端墙底部排铁口排出，进入炼钢工序。

实施例3

参与图7，以攀枝花矿区选矿厂生产的硫钴精矿为原料，提取铁、钛、钒、钴、镍、硫。

硫钴精矿主要成分：(质量％)：铁49.01，二氧化钛1,62，五氧化二钒0.282，钴0.258，镍0.192，硫36.6。

硫钴精矿粉输入沸腾炉进行氧化焙烧，炉气(含SO2气体)被抽出，输入硫酸制取工序。从炉内排出的矿渣，经处理后，作为原料粉，与熔剂粉、煤粉、掺加的钛精矿粉或含钛高炉渣粉等，计量、配料、混合成料粉。经两级旋风预热器预热，料粉温度为250～400℃，含水量为零。由螺旋进料机撒入熔炼炉内。料粉经高温熔融、还原，生成液态渣和铁水。液态渣流入氯化炉，在氯化炉斜面底部喷入氯气，使液态渣和氯气反应。产生的含四氯化钛混合气体被抽出，净化，得到四氯化钛产品。从熔炼炉右端墙底部排出的铁水流入第一个分离炉，在分离炉斜面底部喷入工业级碳酸钠粉(载气为氧气，氧气压力为0.1～0.6Mpa)，生成的含钒液态渣，从分离炉侧壁上部排渣口排出，进入钒的提取工序。从第一分离炉右端墙底部流出的铁水，进入第二个分离炉，在分离炉斜面底部喷入氧气，利用选择性氧化原理，将铁水中的钴氧化成氧化钴，形成含钴液态渣层，从分离炉侧壁上部排渣口排出，进入钴的提取工序。从第二分离炉右端墙底部流出的铁水进入第三个分离炉，在分离炉斜面底部喷入氧气，将铁水中的镍氧化成氧化镍，形成含镍液态渣层，从分离炉侧壁上部排渣口排出，进入镍的提取工序。从第三分离炉右端墙底部流出的铁水输入炼钢工序。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。