釩鈦海砂礦處理新工藝研究范文
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《現代冶金雜志》2015年第一期
釩鈦海砂礦的傳統處理方法可分為高爐法和非高爐法。
1.1高爐法高爐法是將釩鈦海砂礦配入普通鐵礦石燒結后進入高爐冶煉，在冶煉過程中釩大部分被選擇性還原進入鐵水，而鈦則進入爐渣，其工藝流程如圖1所示。高爐法冶煉釩鈦海砂礦配入量較低，一般為10%以下。燒結中配入過多的釩鈦海砂礦將導致燒結礦冷態強度和低溫還原粉化性能變差，無法滿足高爐正常冶煉要求[3]；高爐冶煉條件下，由于冶煉溫度過高，導致釩鈦海砂礦中的TiO2發生過還原現象，使爐渣、鐵液變稠，流動性差，冶煉難度加大；且高爐渣中鈦含量僅為20%左右，目前尚無有效的回收利用方法，導致大量爐渣丟棄或填埋，造成鈦資源浪費，并對周邊環境造成嚴重污染。
1.2非高爐法非高爐法是將釩鈦海砂礦造球、焙燒后，進行預還原，再加入電爐冶煉，生成含釩鐵水和爐渣的冶煉方法，其工藝流程如圖2所示。其中，預還原的設備主要為回轉窯，也可采用轉底爐等其他預還原設備。非高爐法處理釩鈦海砂礦預還原工序多采用煤基直接還原，還原劑中的灰分進入鈦渣中導致鈦渣品位降低，無法進一步回收利用，只能作為廢渣丟棄。且非高爐法處理釩鈦海砂礦工藝大多操作復雜，生產成本偏高，無法得到進一步推廣和應用[4]。目前，釩鈦海砂礦傳統處理工藝存在無法100%使用釩鈦海砂礦、Ti資源浪費、工序流程長、生產成本高、污染嚴重等諸多的缺點，在將來的競爭中必然處于逐漸被淘汰的地步。因此需積極探索、開發一種流程短、生產效益高、成本低、資源綜合利用的釩鈦海砂礦處理新工藝。
2釩鈦海砂礦處理新工藝
北京神霧環境能源科技集團股份有限公司經過科技攻關，探索出釩鈦海砂礦氫氣豎爐還原-熔分提鈦-轉爐提釩處理新工藝。
2.1工藝流程釩鈦海砂礦處理新工藝可分解為三個相對獨立的子工藝：氫氣豎爐還原工藝、熔分提鈦工藝以及轉爐提釩工藝；將三個子工藝有效的結合在一起，形成全新的、完整的釩鈦海砂礦資源回收利用新工藝，其工藝流程如圖3所示。
2.2原料及產品釩鈦海砂礦處理新工藝主要生產原料為釩鈦海砂礦以及制氣煤，產品為鈦渣（TiO2＞55%）、釩渣（V2O5＞20%）以及優質鐵水。鈦渣可以作為鈦白粉、金屬鈦的生產原料；釩渣可作為五氧化二釩、釩鐵等產品的生產原料；優質鐵水可作為鑄造或煉鋼的生產原料。
2.3工藝技術方案釩鈦海砂礦處理新工藝可分為原料處理工序、釩鈦氧化球團生產工序、煤制氣生產工序、氫氣豎爐還原工序以及熔分提鈦轉爐提釩工序。
2.3.1原料處理工序主要完成釩鈦海砂礦、制氣煤等原料的接受、堆存、出料等，將原料輸送至釩鈦氧化球團生產工序以及煤制氣生產工序。
2.3.2釩鈦氧化球團生產工序來自原料處理工序的釩鈦海砂礦經磨礦、干燥、輥磨、配料、混合、造球處理后，進入鏈篦機—回轉窯—環冷機進行烘干、焙燒以及冷卻處理。冷卻后的釩鈦氧化球團作為氫氣豎爐還原工序的原料。
2.3.3煤制氣生產工序主要將制氣煤轉化為煤制氣，供釩鈦氧化球團生產工序、氫氣豎爐還原工序以及熔分提鈦轉爐提釩工序使用。煤氣化采用雙床粉煤氣化工藝，配套文丘里洗滌器和水洗塔，采用空分裝置為氣化配套供氧。
2.3.4氫氣豎爐還原工序釩鈦氧化球團運至氫氣豎，通過高位提升機運輸至氫氣豎爐受料系統進入豎爐本體。釩鈦氧化球團在豎爐中經過預熱、還原和冷卻滲碳后，由豎爐出料系統輸出。高溫金屬化球團通過保溫料罐熱送至熔分提鈦轉爐提釩工序。
2.3.5熔分提鈦轉爐提釩工序來自氫氣豎爐還原工序的高溫金屬化球團進入熔分電爐，通過電弧熱和電阻熱，使金屬化球團熔分生成鈦渣和含釩鐵水。將含釩鐵水運輸到吹釩轉爐吹煉成釩渣和優質鐵水作為產品外售。
2.4釩鈦海砂礦處理新工藝技術特點
2.4.1實現釩鈦海砂礦100%使用新工藝能夠100%的使用釩鈦海砂礦作為原料，無需作為其他礦石的搭配，大幅度降低了原料成本；使深度、綜合開發釩鈦海砂礦成為可能，經濟效益、社會效益顯著。
2.4.2全面回收釩、鈦、鐵資源新工藝產品為鈦渣、釩渣以及優質鐵水，其中鈦渣品位＞55%，釩渣品位＞20%，均可作為后續釩鈦深加工原料使用，實現了釩鈦海砂礦中釩、鈦、鐵資源的綜合回收利用。
2.4.3產品純度高新工藝采用氫氣豎爐還原技術，利用清潔的還原氣作為還原劑，消除了傳統工藝中固體還原劑雜質進入產品的問題，從而保證了產品的純度；產品鈦渣品位高達55%，有較高利用價值，而高爐鈦渣中鈦含量＜20%，只能作為廢物丟棄。
2.4.4金屬收得率高新工藝采用熔分提鈦轉爐提釩工藝，熔分提鈦可以實現還原溫度的有效控制，避免了鈦過還原現象，有利于渣鐵分離，提高了鈦金屬收得率；轉爐提釩可以實現選擇性氧化，釩優先氧化進入爐渣，有利于渣鐵分離，提高了釩金屬收得率；鈦、釩、鐵回收率分別達到95%、75%和90%以上。
2.4.5用低階煤制備優質的還原氣新工藝采用低階煤雙床粉煤氣化技術生產還原氣，還原氣供應穩定、成本低，打破了常規采用天然氣制備原料氣的方式，解決了中國天然氣資源短缺問題。
2.4.6節能環保效果顯著新工藝與傳統工藝相比工藝流程短，能耗低、環境污染小，無固體廢棄物排放；整個工藝過程CO2減排25%以上，NOx、SO2、粉塵減排75%以上，能耗降低15%以上，提高了資源利用效率，節能環保效益顯著。
3結束語
釩鈦海砂礦處理新工藝與傳統工藝相比，具有能夠100%使用釩鈦海砂礦作為原料，能夠全面回收釩、鈦、鐵資源，產品純度高，金屬收得率高，節能環保等優點。
作者：郭新穎季愛兵田新琰單位：江蘇省冶金設計院有限公司