用钒钛铁精矿制取钛铁、钢及钒铁的方法

1、用钒钛铁精矿制取钛铁、钢及钒铁的方法，其特征在于，其步骤是： 1)加碱金属盐还原钒钛铁精矿，2)熔化分离得到含钒铁水和钛渣，3)对 含钒铁水进行脱磷处理得到脱磷铁水，4)脱磷铁水用转炉炼钢，得到钢水 和含钒钢渣，钢水铸锭，5)用含钒钢渣冶炼含钒铁水，对含钒铁水用氧气 吹炼得到铁水和富钒渣，6)对富钒渣冶炼得到钒铁，7)钛渣冶炼钛铁。
2、如权利要求1所述的用钒钛铁精矿制取钛铁、钢及钒铁的方法，其 特征在于，所述步骤1为：将钒钛铁精矿85-89％、碱金属盐3％-6％和粘 结剂2％-5％混料，造球机造成矿石球后干燥；再按焦粒25％-30％、矿石球 70％-75％的比例混料，将料装上窑车后还原，还原后冷却出窑得到球团。
3、如权利要求2所述的用钒钛铁精矿制取钛铁、钢及钒铁的方法，其 特征在于，所述碱金属盐为碳酸钠、碳酸钾或氯化钠，所述粘结剂为糖浆 或腐植煤提取的有机物。
4、如权利要求2所述的用钒钛铁精矿制取钛铁、钢及钒铁的方法，其 特征在于，所述步骤2为：当球团的含碳量小于0.6％时，配加碳进行熔化 分离，配碳量为球团重量的5-8％，当渣中的总铁＜3％时，放渣，出半钢水。
5、如权利要求1所述的用钒钛铁精矿制取钛铁、钢及钒铁的方法，其 特征在于，所述步骤3为：加入石灰和铁鳞，成渣后扒掉脱磷渣，然后加 碳化硅增碳。
6、如权利要求1所述的用钒钛铁精矿制取钛铁、钢及钒铁的方法，其 特征在于，所述步骤5为：含钒钢渣进入电炉后，加入焦粒作还原剂，得 到含钒铁水，含钒铁水进入铁水包后，加入提钒冷却剂，吹氧冶炼得到铁 水和富钒渣，铁水运转炉炼钢。
7、如权利要求1所述的用钒钛铁精矿制取钛铁、钢及钒铁的方法，其 特征在于，所述步骤6为：富钒渣进入电炉后，加入焦粒作还原剂，加入 石灰调整炉渣碱度，渣中V2O5大于30％时，将渣倒入渣缸，所得高钒渣送下 一电炉冶炼钒铁，铁水送转炉炼钢；高钒渣进入电炉，加入硅铁还原，熔 清后再加入铝块冶炼，得到钒铁。
8、如权利要求1所述的用钒钛铁精矿制取钛铁、钢及钒铁的方法，其 特征在于，所述步骤7为：将钛渣送到渣处理系统，加入钛铁、铝粒和氧 化钙，反应完毕后冷却，得钛铁。

技术领域\n本发明涉及冶金领域，特别是涉及一种用钒钛铁精矿制取钛铁、钢及 钒铁的方法。\n背景技术\n钒钛铁精矿的利用，目前采用的方法主要有：\n1、高炉-转炉流程。该工艺流程使用普通高炉，在大风量、高湿度、 酸性渣条件下冶炼含0.4％V的铁水，再使用顶吹转炉将铁水中的V氧化成 V2O5含量为14％钒渣，所得半钢水用另一转炉炼钢，钒渣采用水法提钒，制 取含量＞99％的V2O5，再用电炉将V2O5冶炼成钒铁。\n2、先钒后铁流程。该工艺流程采用回转窑，对造球后的钒钛铁精矿进 行钠化焙烧，使铁精矿的V2O5与钠化剂反应生成溶于水的钒酸钠，再对钠 化球团水浸，得到含钒水溶液和浸后球团，溶于水的钒酸钠在酸性条件下 与硫酸铵反应生成多钒酸铵沉淀，再对多钒酸铵进行脱水、脱铵、焙烧， 即可得到含量＞99％的V2O5，用电炉冶炼V2O5可制得钒铁合金。水浸后的球 团干燥后再用回转窑煤基还原剂还原，得到金属化率88％的金属化球团， 用金属化球团在电炉中不加造渣剂熔分得到炼钢铁水和含TiO252％的熔分 渣。铁水用于炼钢，熔分钛渣用硫酸法制取钛白。\n3、先铁后钒流程。该工艺流程对钒钛铁精矿先造球，球团进回转窑用 煤基直接还原出金属化率85％的球团，球团在电炉内熔分，熔分要求球团 中的钒进渣相，得到铁水和钛钒渣。铁水用于炼钢，钒钛渣钠化焙烧，对 焙烧料水浸提钒，制取V2O5，水浸后的钛渣用硫酸法制取钛白。\n4、直接还原、磁选分离工艺流程。此工艺流程是对钒钛铁精矿配添加 剂在回转窑或其他炉型内强还原，得到金属化率90％的还原铁，再对还原 铁破碎磨粉，其磨粉用机械办法分选，制得铁含量93％以上的铁粉和含V2O5 ＞2％、TiO2＞47％的非磁性钒钛料。钒钛料用稀酸浸取，使钒钛富集，得到 V2O5＞3％、TiO2＞65％的富钒钛料。再对富钒钛料钠化焙烧后水法提钒，制得 含量＞99％的V2O5和TiO2＞65％的钛渣。\n5、单渣返回工艺流程。该工艺流程是高炉-转炉流程的改进型流程， 目的是将铁→钢生产线与提钒生产线分开，达到大规模生产钢的目的。将 钒富集于含钒钢渣内，只须处理少量钢渣就可回收钒。该工艺是将钒钛铁 精矿进大高炉冶炼含钒铁水，含钒铁水进大转炉直接炼钢，得到钢水与含 钒钢渣。含钒钢渣经破碎选出大快渣铁后与钒钛铁精矿按V2O5＞2％进行配 比，烧结造块，烧结后再用小高炉冶炼含钒铁水。含钒铁水进小转炉吹钒， 得钒渣和半钢水。半钢水炼钢，钒渣再经小电炉预还原除铁后直接进电炉 冶炼钒铁。\n以上工艺流程都成功地将钒钛铁精矿中的有用成份回收利用，制得了 钢、钒铁、焊条钛白、颜料钛白等产品。但这些工艺在应用中还存在一些 问题：\n第1种高炉-转炉流程存在的缺点主要有：(1)钒钛铁精矿中含有12％ 的TiO2，在高炉冶炼中成渣，高炉渣中＞20％的TiO2无法回收利用。(2)流 程使用双联法提钒炼钢，一批铁水需用两次转炉冶炼才完成提钒和炼钢过 程，不能发挥转炉的生产能力。(3)双联法提钒炼钢，提钒后撇渣，炼钢 后倒钢渣，过程中的铁水随渣流失。据统计，炼钢铁水损耗为5％，铁耗大 使钒钛铁精矿的铁回收降低。(4)提钒后的半钢炼钢时热量不足，炼钢过 程不能使用较大量的废钢，相对炼钢成本较高。(5)转炉提钒使铁→钢的 冶炼过程延长20分钟以上，给采用连铸工艺时，铁→钢→连铸的生产组织 带来一定的困难。\n第2种先钒后铁流程存在的主要问题是：(1)同一批钒钛铁精矿须经 两次高温焙烧(钠化和还原)，才能得到V2O5浓度为10g/L的含钒水溶液和 铁，原料处理量大、工艺长、成本高。(2)钒钛铁精矿电炉熔分后的钛渣， 其TiO2＞50％，但因熔化中矿物相的变化，使钛渣用硫酸法制取钛白时酸矿 比达1.7，大大高于使用钛精矿时的1.3～1.5。提钛过程结束后的残渣量 可为30％，是使用钛精矿时的五倍，使流程中的中间产品钛渣作为钛白粉 原料应用时遇到了成本高，污染治理难度大的困难。\n第3种先铁后钒流程存在的主要问题有：(1)金属化球团在熔化过程 中需要配碳操作，熔池是还原气氛，而钒要以氧化物形态存在于渣相，又 需要氧化性气氛。试验表明，只有熔分渣中的FeO含量大于10％时，钒才 能富集于渣中。由于渣中的FeO高，则使铁的回收率降低，渣对电炉炉衬 的腐蚀加大，使电炉的利用系数低、耐材消耗大。(2)熔分渣水浸提钒后 所得的钛渣，TiO2品位48％，用于制钛白时酸熔性差，因此使用钛渣做钛白 原料，消耗大、成本高、污染物不易处理。\n第4种直接还原、磁选分离流程的特点是钒钛铁精矿在固相条件下进 行还原反应，使还原后的铁晶粒充分长大到可以进行机械分选的程度。因 此，工艺流程对还原程度要求高，所得产品是铁粉和钒钛渣。铁粉用于粉 末冶金领域，其还原和分选过程须精细操作。因此，处理精矿的规模小。 单独处理钒钛渣回收钒钛经济上不合算，本工艺流程的应用规模受到限制。\n第5种单渣返回工艺流程的主要缺点是：(1)与高炉转炉流程一样， 工艺中只回收钒和铁，钛没有回收。(2)由于使用单联法，含钒钢渣中总 铁＜30％。钢渣混配的钒钛铁精矿总铁53％，混合料中的总铁＜40％，使小高 炉冶炼含钒铁水时的渣铁比达1.7，小高炉利用系数低。(3)钢渣富集钒 的同时，磷也得到富集，未脱磷处理的钒渣直接进电炉冶炼钒时，磷含量 会超标。\n发明内容\n本发明所要解决的技术问题是提供一种用钒钛铁精矿制取钛铁、钢和 钒铁的方法，该方法使钒钛铁精矿中的铁、钒、钛得到全面回收，且污染 小，回收率高。\n本发明解决技术问题所采用的技术方案是：用钒钛铁精矿制取钛铁、 钢及钒铁的方法，其步骤是：1)加碱金属盐还原钒钛铁精矿，2)熔化分 离得到含钒铁水和钛渣，3)对含钒铁水进行脱磷处理得到脱磷铁水，4) 脱磷铁水用转炉炼钢，得到钢水和含钒钢渣，钢水铸锭，5)用含钒钢渣冶 炼含钒铁水，对含钒铁水用氧气吹炼得到铁水和富钒渣，6)对富钒渣冶炼 得到钒铁，7)钛渣冶炼钛铁。\n本发明的有益效果是：\n1、采用电炉熔分还原铁，钛渣不受污染，钒进铁水，避免高炉转炉流 程和单渣返回流程中不回收钛的缺点，也避免了先铁后钒流程使钒进渣造 成的铁回收率低和电炉利用率低的缺点。\n2、含钒钢渣离线提钒，克服了高炉转炉流程提钒铁损大，转炉生产能 力不能充分发挥的缺点。\n3、利用钢渣冶炼含钒铁水，不仅能回收钒和铁，还可以通过调整冶炼 溶剂的成份，使渣成为可制取水泥的原料，实现小渣场或不用渣场堆放废 弃渣。\n4、火法冶炼钒铁，可免去复杂的水浸提钒工艺，无大量废水排放，对 环境污染小。\n5、各工艺间的来料可实现热运热装，能源消耗低，各工艺间产生的废 渣均可回收利用，基本无废弃物，整体生产规模不受控制，可大规模处理 钒钛磁铁矿。\n具体实施方式\n本发明方法分为以下几步：\n一、钒钛铁精矿深度还原\n钒钛铁精矿配加碱金属盐在隧道窑内深度还原。钒钛铁精矿的分子式 为FeO·(Fe·V)2O3·2FeO·TiO2，在只考虑铁还原时简写为： Fe3O4·2FeO·TiO2\n其还原反应为：\n\n二.熔化分离\n还原铁配加碳用矿热炉熔化，实现铁钛分离。熔分的目的是进一步使 用碳选择性还原FeO和V2O5，使V进入铁水，而TiO2不还原。\n该过程的主要反应式为：\n\n三、提钒炼钢\n1、熔分后所得含钒铁水，在铁水包中进行脱磷处理，目的是减少钒渣 的初始磷含量，以保证后部冶炼钒铁的质量。脱磷铁水用转炉炼钢，收得 钢水和含钒钢渣，钢水浇铸，含钒钢渣进小电炉冶炼含钒铁水。\n炼钢过程中重点保钒进渣，钒在炼钢中入渣的主要反应式为：\nV+O→V2O3 FeO+V→Fe+V2O3\n钒在渣中以尖晶石的形式存在，分子式为：FeO(Me·V)2O3\n2、含钒钢渣进小电炉冶炼含钒铁水，钢渣总铁低，钙高，以碳作为还 原剂，冶炼得到钒大于2％的高钒铁水和可做水泥用料的钢渣。\n3、高钒铁水在铁水包中提钒，所得富钒渣进小电炉炼钒铁。铁水返回 转炉炼钢。\n四、钒铁冶炼\n富钒渣热装进小电炉冶炼钒铁，第一步预还原除铁，还原剂采用碳。 使过程只还原FeO。除去铁以后，五氧化二钒进一步富集成高钒渣。\n第二步将高钒渣送入另一电炉，用硅铝还原方法冶炼，在冶炼中加CaO 提高碱度，可增加V2O5还原反应进行的程度，提高钒的回收率。其反应式 为：\n V2O5+Si+CaO→V+CaO·SiO2\n V2O3+Si+CaO→V+CaO·SiO2\n V2O5+Al→V+Al2O3  V2O5+Al+CaO→V+CaO·Al2O3  V+Fe→FeV\n五、钛铁冶炼\n分离后的钛渣热送，用炉外铝热法冶炼钛铁。该过程的主要反应有：\nTiO2加Al反应生成Ti及Al2O3，同时也还原出TiO。反应式为：\n TiO2+Al→Ti+Al2O3\nTiO2+Al→TiO+Al2O3\nTiO只有在高碱度下才能还原出Ti。反应式为：\n TiO+Al+CaO→Ti+CaO·Al2O3\n总反应式：\nTiO2+Al+CaO→Ti+CaO·Al2O3\n Ti+Fe→FeTi\n本发明工艺流程的设备为：\n1)还原系统：配备有矿粉混料设备、造球设备、还原炉窑、筛分设备、 磁选设备。钒钛铁精矿在还原系统还原，得到金属化率大于90％的球团。\n2)炼钢系统：配备有矿热电炉、转炉及炉后处理设备。球团在该系统 处理后得到钛渣、钢和含钒钢渣。\n3)渣处理系统：配备有铁合金生产用电炉及附属处理设备、水冷池、 喷砂房等。钛渣和钢渣在该系统处理得到钛铁和钒铁。\n钒钛铁精矿在上述三大系统中完成物料运动，使钒钛铁精矿中的铁、 钒、钛得到全面回收。\n实施例1、单渣提钒法\n1、将94％钒钛铁精矿(重量百分比，以下同)、3％碳酸钠和3％糖浆混 和均匀，造球机造球，于干燥窑内干燥成矿石球。\n2、按矿石球75％、焦粉25％的比例混料，装入耐火罐中，耐火罐装上 隧道窑窑车还原。\n3、还原完毕后，鼓风强制冷却后出窑。\n4、当球团的含碳量小于0.6％时，熔分需要配碳操作，配碳量为球团重 量的5％，通过加料系统进入电炉内。当渣中的总铁＜3％时，放渣入渣缸， 随后出半钢水。\n5、半钢水在中间包加入石灰和铁鳞作脱磷处理，成渣后扒掉脱磷渣。\n6、预处理后的半钢水入转炉炼钢，钢渣热送渣处理系统，钢水浇铸。\n7、钢渣进入电炉后，加焦粒作还原剂冶炼，渣为白渣时出渣，铁水进 铁水包提钒，渣做水泥原料。\n8、铁水进入铁水包后，加入由氧化铁皮、铁矿石和提钒精渣组成的提 钒冷却剂，吹氧冶炼铁水，渣中V2O5大于20％时，所得富钒渣进下一电炉预 还原，铁水运转炉炼钢。\n9、富钒渣进入小电炉后，加入焦粒作还原剂，加入石灰调整炉渣碱度， 渣中V2O5大于30％时，将渣倒入渣缸，所得高钒渣送下一电炉冶炼钒铁， 铁水送转炉炼钢。\n10、高钒渣进入电炉，加入硅铁还原，熔清后再加入铝块冶炼，得到 钒铁。提钒精渣部分返回下一炉冶炼，部分作小电炉提钒冷却剂。\n11、电炉熔分的钛渣送到渣处理系统，加入钛铁、铝粒和氧化钙，反 应完毕后冷却，得钛铁。\n实施例2、单渣提钒法\n1、将91％钒钛铁精矿(重量百分比，以下同)、5％碳酸钾和4％糖浆混 和均匀，造球机造球，于干燥窑内干燥成矿石球。\n2、按矿石球73％、焦粉27％的比例混料，装入耐火罐中，耐火罐装上 隧道窑窑车还原。\n3、还原完毕后，鼓风强制冷却后出窑。\n4、当球团的含碳量小于0.6％时，熔分需要配碳操作，配碳量为球团 重量的6％，通过加料系统进入电炉内。当渣中的总铁＜3％时，放渣入渣缸， 随后出半钢水。\n5、半钢水在中间包加入石灰和铁鳞作脱磷处理，成渣后扒掉脱磷渣。\n6、预处理后的半钢水入转炉炼钢，钢渣热送渣处理系统，钢水浇铸。\n7、钢渣进入电炉后，加焦粒作还原剂冶炼，渣为白渣时出渣，铁水进 铁水包提钒，渣做水泥原料。\n8、铁水进入铁水包后，加入由氧化铁皮、铁矿石和提钒精渣组成的提 钒冷却剂，吹氧冶炼铁水，渣中V2O5大于20％时，所得富钒渣进下一电炉 预还原，铁水运转炉炼钢。\n9、富钒渣进入小电炉后，加入焦粒作还原剂，加入石灰调整炉渣碱度， 渣中V2O5大于30％时，将渣倒入渣缸，所得高钒渣送下一电炉冶炼钒铁， 铁水送转炉炼钢。\n10、高钒渣进入电炉，加入硅铁还原，熔清后再加入铝块冶炼，得到 钒铁。提钒精渣部分返回下一炉冶炼，部分作小电炉提钒冷却剂。\n11、电炉熔分的钛渣送到渣处理系统，加入钛铁、铝粒和氧化钙，反 应完毕后冷却，得钛铁。\n实施例3：双渣提钒法\n1、将89％钒钛铁精矿、6％氯化钠和5％腐植煤提取的有机物混和均匀， 造球机造球，干燥窑内干燥成矿石球。\n2、按矿石球70％、焦粉30％的比例混料，装入耐火罐中，耐火罐装上 隧道窑窑车还原。\n3、还原完毕后鼓风强制冷却后出窑。\n4、当金属化球的含碳量小于0.6％时，熔分配碳操作，配碳量为球团 重量的8％，通过加料系统进入电炉内。当渣中的总铁＜3％时，放渣入渣缸， 随后出半钢水。\n5、半钢水在中间包加入石灰和铁鳞作脱磷处理，成渣后扒掉脱磷渣， 然后加5％碳化硅增碳。\n6、铁水进转炉后，先加入由氧化铁皮、铁矿石、提钒精渣组成的提钒 冷却剂。随后下枪吹氧，撇出钒渣，钒渣送小电炉冶炼含钒铁水。撇出钒 渣后按常规冶炼方法加造渣剂炼钢。炼钢渣冷却后破碎代替石灰做冶炼含 钒铁水的熔剂，钢水铸锭。\n7、钒渣入电炉后，加入焦粉和炼钢渣组成的混和料，加热冶炼，渣中 五氧化钒小于1％时，出渣，渣做水泥原料，含钒铁水进铁水包提钒。\n8、铁水进入铁水包后，加入由氧化铁皮、铁矿石和提钒精渣组成的提 钒冷却剂，吹氧冶炼铁水，渣中V2O5大于20％，所得的富钒渣进下一电炉 预还原，铁水运转炉炼钢。\n9、富钒渣进入小电炉后，加入焦粒作还原剂，加入石灰调整炉渣碱度， 渣中V2O5大于30％时，将渣倒入渣缸，所得高钒渣送下一电炉冶炼钒铁， 铁水送转炉炼钢。\n10、高钒渣进入电炉，加入硅铁还原，熔清后再加入铝块冶炼，得到 钒铁。提钒精渣部分返回下一炉冶炼，部分作小电炉提钒冷却剂。\n11、电炉熔分的钛渣送到渣处理系统，加入钛铁、铝粒和氧化钙，反 应完毕后冷却，得钛铁。