钒钛铁精矿内配碳球团高温快速直接还原历程
使用氧化镁强化钒钛铁精矿直接还原
专利名称：使用氧化镁强化钒钛铁精矿直接还原‑熔分过程的方法
专利类型：发明专利
发明人：吴恩辉,侯静,李军,余图刚,杨绍利,黄平,刘黔蜀,徐众申请号：CN201610927807.9
申请日：20161031
公开号：CN106636515A
公开日：
20170510
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明属于火法冶金技术领域，提供了一种使用氧化镁强化钒钛铁精矿直接还原‑熔分过程的方法。
所述方法包括步骤：将钒钛铁精矿、氧化镁和煤粉混合，加入粘结剂并压制成球，形成含碳球团并进行还原，得到钒钛铁精矿金属化球团；将金属化球团进行熔化分离渣铁，得到含钒生铁和熔分钛渣。
本发明的方法能够降低直接还原过程还原温度和缩短还原时间，促进金属化球团熔化分离，渣铁分离良好，提高钒在铁中的回收率，从而降低钒钛铁精矿直接还原‑熔分过程能耗，提高生产效率，降低成本。
申请人：攀枝花学院
地址：617000 四川省攀枝花市东区机场路10号
国籍：CN
代理机构：成都希盛知识产权代理有限公司
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四川红格矿区钒钛磁铁矿铁精矿造球—回转窑预还原—电炉炼铁试验报告
四川红格矿区钒钛磁铁矿高效环保冶炼方法探索实验报告四川红格矿区钒钛磁铁矿铁精矿造球—回转窑预还原—电炉炼铁试验报告一、实验目的本实验旨在研究四川红格矿区钒钛磁铁矿铁精矿的冶炼工艺，通过造球、回转窑预还原及电炉熔炼等环节，探索出一种高效、环保的钒钛磁铁矿铁精矿冶炼方法。
二、实验原理1.造球：通过适当的粘结剂将铁精矿粉与辅料混合制成一定粒度的球团，以供回转窑预还原及电炉熔炼使用。
2.回转窑预还原：利用回转窑内的高温还原气氛，将球团中的铁氧化物还原成铁。
3.电炉熔炼：将回转窑预还原后的球团加入电炉，在高温下将铁进一步熔炼成生铁。
三、实验步骤1.原料准备：收集四川红格矿区钒钛磁铁矿铁精矿及辅料。
2.配料与混料：按照一定比例将铁精矿粉与辅料混合，加入适量的粘结剂。
3.造球：将混合料通过造球机制成一定粒度的球团。
4.回转窑预还原：将球团放入回转窑进行预还原，控制还原气氛及温度。
5.电炉熔炼：将回转窑预还原后的球团加入电炉，控制熔炼温度及时间。
6.样品采集与分析：在实验过程中采集各个阶段的样品，分析其成分及物理性质。
7.数据整理与处理：整理实验数据，分析各工艺参数对最终产品的影响。
四、实验结果与数据分析实验数据表：工艺阶段温度（℃）时间（h）产品成分（%）造球———回转窑预还原12002Fe: 92; V: 3; Ti: 2;电炉熔炼16004Fe: 96; V: 2; Ti: 1;（请在此插入柱状图对比各阶段产品成分）（请在此插入折线图展示各工艺参数随时间的变化趋势）（请在此插入表格记录实验过程中各阶段的能耗、产率等数据）五、结论通过本实验，我们成功地探索出了四川红格矿区钒钛磁铁矿铁精矿的高效、环保冶炼方法。
在造球阶段，我们采用合适的粘结剂，成功制备出了符合要求的球团。
在回转窑预还原阶段，我们优化了工艺参数，得到了具有较高金属化率的预还原球团。
在电炉熔炼阶段，我们进一步提高了金属化率，得到了高品质的生铁。
实验结果表明，该工艺具有较高的可行性及经济效益，为四川红格矿区钒钛磁铁矿的开发利用提供了有力支持。
钒钛铁矿的直接还原工艺t
钒钛铁矿的直接还原工艺我国富有钒钛磁铁矿，特别是四川攀西地区的储量达到100亿吨以上。
目前钒钛磁铁矿的利用途径主要是传统的“高炉—转炉”流程回收铁和钒，而钛则由于进入高炉渣，目前尚无合理手段回收利用，从而造成钛资源的浪费。
采用直接还原技术冶炼钒钛磁铁矿，是实现铁、钒、钛资源综合利用的一个重要研究方向。
近年来，攀钢集团公司对钒钛矿直接还原工艺开展了研究，取得了重要进展。
与普通矿不同，钒钛磁铁矿直接还原具有自己的特点，一是矿相结构复杂，含铁物相还原难度按Fe2O3、Fe2TiO5、Fe3O4、FeO、Fe2TiO4、FeTiO3、FeTi2O5顺序递增，且固溶MgO增加了还原的复杂程度和难度。
二是贮存于2FeO·TiO2、FeO·TiO2和FeO·2TiO2中的铁较难还原，约占全铁含量的1/3以上，因而钒钛磁铁矿直接还原需要更高的还原温度、更好的还原气质量和更长的还原时间。
三是还原过程中出现的膨胀和粉化现象比普通矿更严重。
攀钢的研究工作表明：采用回转窑、竖炉、流化床、焦炉式等设备进行直接还原钒钛磁铁矿，均存在着不同程度的工艺与设备难题，如回转窑结圈、竖炉结瘤等。
相比之下，转底炉的工艺特性和设备特点能够很好地满足钒钛矿直接还原的要求，是钒钛矿直接还原及资源综合利用的较好选择。
由于转底炉直接还原具有高温、快速的工艺特点和炉底与炉料相对静止不动的设备特点，能够缓解还原过程球团膨胀粉化的严重程度，降低球团强度的要求，从而获得更好的可操作性，使其能够满足钒钛磁铁矿直接还原要求，实现铁、钒、钛资源综合回收利用。
攀钢现已建设年处理钒钛矿10万吨的直接还原转底炉试验生产线，以加快钒钛矿直接还原及钒钛资源综合利用的产业化进程。
转底炉是直接还原的关键设备，同时需要解决燃烧供热、传热和还原的问题。
关键在高温还原二区，为了获得适宜的气氛组成、避免球团表面再氧化，二次空气的控制必须精确。
另外，布料装置的设计采用振动给料，通过数学模型控制，确保扇形料面均匀。
攀枝花钒钛磁铁矿直接还原新工艺流程-攀枝花交流材料
（4）目前，正在开展前期示范生产线放大的可研工作。
转底炉煤基直接还原-电炉熔分冶炼 钒钛磁铁矿新工艺
1、四川龙蟒集团
（1）自2003年起，四川龙蟒集团与攀枝花学院合作研究，进行了大 量钒钛铁精矿生球团制备、转底炉直接还原和电炉熔分工艺试验。
（2）2006-2007年，建成一期7万吨/年示范生产线，进行了3轮工业 性试验。
（3）2008年，进行示范生产线放大，启动了年处理铁精矿20万吨的 二期工程；
攀 枝 花 钒 钛 磁 铁 矿 区 分 布
攀枝花钒钛磁铁矿资源储量
钒钛磁铁矿保有储量
67.3亿吨
钛资源量保有储量
4.28亿吨
钒资源保有储量
1047.86万吨
铬保有储量
696万吨
钴保有储量
152万吨
钪保有储量
23万吨
镓保有储量
21万吨
攀枝花钒钛磁铁矿资源 综合开发利用情况
攀枝花钒钛磁铁矿经过四十多年 的开发，已形成了钒材料、钛材料、 钢铁新材料系列产品。2001年被国 家科技部批准为攀枝花国家新材料 成果转化及产业化基地。2007年新 材料产业实现产值110亿元，成为攀 枝花经济增长的新亮点。
攀枝花---国家新材料成果转化及产业化基地
2001年12月18日，国家科技部批准攀枝花为国家新材 料成果转化及产业化基地，并给予了大力支持。
攀 枝 花 钒 钛 磁 铁 矿 资 源 综 合 开 发 工 艺 流 程 图
钢铁产业
攀枝花钢铁产业作为主导产业，目前已形成年产生铁600多万 吨、钢600多万吨的能力；
1、可全部回收钒钛铁精矿中的钛资源。经转底炉还原后的金 属化球团经过电弧炉熔化分离后，可得到含量为50%以上 的熔分钛渣和含钒生铁，实现铁钒与钛的分离。熔分钛渣 可用于硫酸法钛白生产原料。
我国钒钛磁铁矿直接还原分析
我国钒钛磁铁矿直接还原分析摘要本文概括地介绍了我国钒钛磁铁矿资源分布情况。
钒钛磁铁矿是重要的资源，世界各国的研究及生产实践表明，使用高炉冶炼法钒钛磁铁矿是难以冶炼的铁矿石。
因此钒钛磁铁矿冶炼大量使用非高炉冶炼法，即采用直接还原法。
本文详细地阐述了直接还原法中隧道窑、回转窑、转底炉、竖炉这四种常见炉的结构、反应原理、国内工艺现状及反应特点，并指出了我国钒钛磁铁矿直接还原工艺的发展方向。
关键词钒钛磁铁矿直接还原隧道窑回转窑转底炉竖炉前言目前国外钒钛磁铁矿主要分布在南非、前苏联、新西兰、加拿大、印度等地。
我国钒钛磁铁矿矿床分布广泛，储量吩咐，储量和开采量居全国铁矿的第3位。
已探明储量98.3亿吨，远景储量达300亿吨以上，主要分布在四川攀枝花地区、河北承德地区、陕西洋县、甘肃什斯镇、广东兴宁几山西代县等地区。
钒钛磁铁矿冶炼的利用问题，远在上19世纪上半叶，瑞典、挪威、美国、英国都进行过试验，均未取得结果。
20世纪30年代开始日本、前苏联开始在不同容积的高炉上研究冶炼钒钛磁铁矿的工艺，结论是：炉渣中TiO2 限制在16%以下，实际生产中采用配10%—15%的普通矿冶炼含钒生铁，渣中TiO2为9%—10%，TiO2含量越高冶炼难度越大。
世界各国的研究及生产实践表明，钒钛磁铁矿是难以冶炼的铁矿石。
通过多年的努力，钒钛磁铁矿已解决高炉冶炼等多项技术难题，逐渐形成了以高炉-转炉流程为主的综合回收其中铁、钒和钛的技术路线，实现了铁、钒和钛元素的大规模化利用，形成了铁钒钛系列产品的大规模工业生产能力。
然而高炉-转炉流程最大的缺点是：为了利用钒钛磁铁矿中的铁和钒浪费了大量的高钛型炉渣，造成钛资源的严重浪费，又造成很大的污染，从而形成了巨大的环境压力，所以开发适宜钒钛磁铁矿综合回收利用的工艺流程势在必行。
本文对钒钛磁铁矿煤基直接还原工艺的炉体结构、原理、特点、现状、投资价格进行简单探讨，指出煤制气-竖炉直接还原工艺为还原钒钛磁铁矿的发展提供新的途径。
钒钛铁精矿含碳球团直接还原试验
钒 钛 铁 精 矿 含碳 球 团直 接 还 原 试 验
李俊 翰 ， 邱 克 辉 ， 杨 绍利
（ １ ．成都 理 工 大学， 成都 ６ １ ０ ０ ５ ９ ；
２ ．攀枝 花 学 院 钒 钛 资源 综合 利用 四川 省 重点 实验 室 ， 四川攀 枝花 ６ １ ７ ０ ０ ０ ）
摘要 ： 采 用 正 交 试 验 和 单 因素 试 验 考 察 还 原 温 度 、 配碳 量 （ ｎ ｃ ｎ ｏ ） 、 还 原 时 间 对 某 钒 钛 磁 铁 矿 精 矿 直 接 还
０ ． ４ ，ｔ ｈｅ ｍｅ ｔ ａ ｌ ｌ ｉ ｚ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｒ ａ ｔ ｅ ｏ ｆ ｒ ｅ ｄ ｕｃ ｅ ｄ ｐ ｅ ｌ ｌ ｅ ｔ ｓ ｃ ａ ｎ ｂｅ ｉ ｍｐｒ ｏ ｖｅ ｄ ｔ ｏ ９ １ ． ７ ７ ，ｗｉ ｔ ｈ ｐ ｈａ ｓ ｅ ｃ ｏ ｍｐ ｏｓ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏｆ ｍｅ — ｔ ａ ｌ ｌ ｉ ｃ ｉ ｒ ｏ ｎ ． Ｋｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄｓ ： ｖ ａ ｎａ ｄ ｉ ｕｍ ａ ｎ ｄ ｔ ｉ ｔ ａ ｎｉ ｕ ｍ ｉ ｒ ｏ ｎ ｃ ｏｎ ｃ ｅ ｎ ｔ ｒ ａ ｔ ｅ ｓ；ｒ ｅ ｄｕ ｃ ｔ ｉ ｏｎ；ｍ ｅ ｔ ａ ｌ ｌ ｉ ｚ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｒ ａ ｔ ｅ；ｏｒ ｔ ｈ ｏｇ ｏ ｎａ ｌ ｅ ｘ ｐｅ ｒ ｉ ｍｅ ｎｔ ｓ
２ ．Ｓ ｉ ｃ ｈ ｕ ａ ｎ Ｐｒ ｏｖ ｉ ｎｃ ｅ Ｋｅ ｙ Ｌａ ｂ ｏ ｒ ａ ｔ ｏ ｒ ｙ ｏ ｆ Ｃｏ ｍｐ ｒ ｅ ｈｅ ｎ ｓ ｉ ｖ ｅ Ｕｔ ｉ ｌ ｉ ｚ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｆ ｏ ｒ Ｖａ ｎａ ｄ ｉ ｕ ｍ ＆ Ｔｉ ｔ ａ ｎ ｉ ｕ ｍ Ｒｅ ｓ ｏｕ ｒ ｃ ｅ ｓ．
Ｐａ ｎｚ ｈ ｉ ｈ ｕａ Ｕｎｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ，Ｐａ ｎｚ ｈ ｉ ｈ ｕａ ６ １ ７ ０ ０ ０，Ｓｉ ｃ ｈ ｕ ａ ｎ，Ｃｈ ｉ ｎ ａ ）
铁精矿内配生物质直接还原的研究
第 54 卷第 4 期2023 年 4 月中南大学学报(自然科学版)Journal of Central South University (Science and Technology)V ol.54 No.4Apr. 2023铁精矿内配生物质直接还原的研究黄柱成，胡建家，李屹鑫，舒阳(中南大学 资源加工与生物工程学院，湖南 长沙，410083)摘要：采用碳中性、清洁、可再生的生物质作为还原剂，对铁精矿内配生物质直接还原及其还原行为进行研究。
研究结果表明：铁精矿内配生物质在直接还原前期快速产生CO 、H 2、C m H n 、CO 2、H 2O 等，在反应罐内形成最高可达16 kPa 的压力，有利于生物质热解后在铁精矿颗粒表面及孔隙内沉积生物质炭及其原位气化，生成H 2和CO ，并与铁氧化物还原反应构成耦合作用，显著促进了铁氧化物低温快速还原。
与传统的未反应核模型不同，新生的金属铁向气流方向迁移和聚集，形成了纤维状的金属铁晶须。
提高还原温度和延长还原时间能够加快铁晶须的迁移和生长，在还原温度为1 040 ℃和还原时间为50 min 的条件下，海绵铁金属化率高达97.21%，铁晶须的宽度达4~10 μm 。
关键词：生物质；直接还原；气流；铁晶须中图分类号：TF55；TK6 文献标志码：A 文章编号：1672-7207（2023）04-1230-10Study on direct reduction of iron concentrate by biomassHUANG Zhucheng, HU Jianjia, LI Yixin, SHU Yang(School of Minerals Processing and Bioengineering, Central South University, Changsha 410083, China)Abstract: Using carbon neutral, clean and renewable biomass as reducing agent, the direct reduction and reduction behavior of biomass in iron concentrate were studied. The results show that in the early stage of direct reduction of iron concentrate by biomass, CO, H 2, C m H n , CO 2, H 2O etc. are rapidly generated, and a pressure of up to 16 kPa is formed in the reaction tank, which is conducive to the deposition of biomass carbon on the surface and pores of iron concentrate particles after biomass pyrolysis and its in-situ gasification to generate H 2 and CO, and form a coupling effect with iron oxide reduction reaction. It significantly promoted the rapid reduction of iron oxide at low temperature. Different from the traditional unreacted core model, the new metal iron migrates and accumulates in the direction of gas flow to form fibrous metal iron whiskers. Increasing the reduction temperature and prolonging the reduction time can accelerate the migration and growth of iron whiskers. Under the condition of reduction temperature 1 040 ℃ and time 50 min, the metallization rate of sponge iron is as high as 97.21% and收稿日期： 2022 −06 −08； 修回日期： 2022 −08 −18基金项目(Foundation item)：国家自然科学基金资助项目(52174330) (Project(52174330) supported by the National Natural ScienceFoundation of China)通信作者：黄柱成，博士，教授，博士生导师，从事烧结球团、直接还原等研究；E-mail ：******************DOI: 10.11817/j.issn.1672-7207.2023.04.002引用格式： 黄柱成, 胡建家, 李屹鑫, 等. 铁精矿内配生物质直接还原的研究[J]. 中南大学学报(自然科学版), 2023, 54(4): 1230−1239.Citation: HUANG Zhucheng, HU Jianjia, LI Yixin, et al.Study on direct reduction of iron concentrate by biomass[J]. Journal of Central South University(Science and Technology), 2023, 54(4): 1230−1239.第 4 期黄柱成，等：铁精矿内配生物质直接还原的研究the particle size of iron whiskers is 4−10 μm.Key words: biomass; direct reduction; gas flow; iron whisker直接还原铁是电炉短流程炼钢中不可或缺的原料，电炉炼钢工艺相对高炉炼铁具有流程短、能耗低和污染少的优势[1−2]。
钒钛磁铁矿制备还原铁粉的碳还原过程的实验研究
《钒钛磁铁矿制备还原铁粉的碳还原过程的实验研究》钒钛磁铁矿是一种重要的金属矿石资源，其中所含的钒和钛元素对于工业生产具有重要的作用。
在钒钛磁铁矿的矿石加工中，制备还原铁粉的碳还原过程是一项关键实验研究，对于提高钒和钛元素的回收率以及减少环境污染具有重要意义。
在碳还原过程中，矿石中的氧化铁被还原成铁粉，并将钒和钛元素同时转移到铁粉中。
这一过程涉及到矿石的化学成分、还原剂的选择和还原条件等多个方面，需要深入的研究和实验探索。
对于矿石的化学成分进行全面评估是至关重要的。
钒钛磁铁矿中的氧化铁含量、钛和钒的氧化态以及其他可能存在的杂质成分都会对还原铁粉的碳还原过程产生影响。
必须通过化学分析等手段，准确地确定矿石的化学成分，为后续实验研究提供可靠的基础数据。
在选择还原剂时，需要综合考虑还原剂的还原性能、价格、可获得性以及对环境的影响等因素。
常用的还原剂包括焦炭、木炭、煤炭等，它们在碳还原过程中能够释放出足够的热量，并与矿石中的氧化铁发生还原反应，从而得到纯净的铁粉。
然而，不同的还原剂具有不同的特点，因此需要进行实验对比，选择出最适合的还原剂。
还原条件也是影响碳还原过程的关键因素之一。
温度、压力、气氛等因素都会对还原效果产生影响。
通过控制还原条件，可以实现对还原过程的精准控制，提高还原效率，增加产量，并减少杂质的夹杂。
通过实验研究，确定最佳的还原条件对于实现碳还原过程的高效、环保、经济具有重要意义。
在进行实验研究的过程中，我们可以借鉴历史上的相关研究成果，总结前人的经验教训，同时也需要在实验中不断探索和创新。
通过多次实验，调整实验条件，观察还原过程中的各种变化，分析产物的物理化学性质，逐步深入探究碳还原过程的规律和机理。
从个人的理解来看，钒钛磁铁矿制备还原铁粉的碳还原过程是一项复杂而又具有挑战性的实验研究。
通过深入的探索和实验研究，可以不断提高还原效率，实现资源的有效利用，同时也能够减少环境污染，促进绿色发展。
铁精矿内配生物质直接还原基础
基础2023-11-07contents •铁精矿内配生物质直接还原技术概述•铁精矿内配生物质直接还原原理•铁精矿内配生物质直接还原工艺•铁精矿内配生物质直接还原的影响因素•铁精矿内配生物质直接还原的经济性分析目录contents •铁精矿内配生物质直接还原的实验研究与模拟•铁精矿内配生物质直接还原技术的挑战与对策目录01铁精矿内配生物质直接还原技术概述铁精矿内配生物质直接还原技术是一种将铁精矿和生物质混合后进行热还原的工艺，旨在将铁精矿中的氧化铁还原成金属铁，同时利用生物质中的碳作为还原剂和能源。
定义该技术具有工艺简单、能耗低、环保等优点，同时可利用废弃的铁精矿和生物质，具有很高的经济和环保价值。
特点定义与特点技术的重要性及应用重要性随着全球钢铁需求的不断增加，钢铁行业的资源短缺、能源消耗和环境污染问题日益严重。
因此，开发高效、环保、节能的钢铁冶炼技术已成为行业发展的迫切需求。
铁精矿内配生物质直接还原技术的出现，为钢铁行业提供了一种新的解决方案，对于缓解资源压力、降低能源消耗、减少环境污染具有重要意义。
应用该技术可用于钢铁企业的原料处理、预处理及冶炼等环节，也可用于处理废旧钢铁制品中的铁金属回收再利用。
20世纪初，人们开始研究将生物质与铁精矿混合后进行热还原的方法。
起始阶段发展阶段成熟阶段20世纪中叶以后，随着钢铁工业的快速发展，该技术得到了广泛关注和研究。
近年来，随着环保和能源问题的日益突出，该技术逐渐成熟并开始应用于工业化生产。
03技术的发展历程020102铁精矿内配生物质直接还原原理生物质直接还原铁矿的化学反应是指利用生物质作为还原剂，将铁精矿中的氧化铁还原为单质铁的过程。
生物质中的碳和氢等元素在高温下与氧化铁发生还原反应，将铁从高价态还原为低价态，实现铁矿的直接还原。
生物质直接还原铁矿的化学反应铁精矿内配生物质直接还原工艺主要包括原料准备、混料、装料、冶炼、出铁等步骤。
操作条件包括温度、压力、气氛、时间等因素，这些因素对直接还原反应的进行和产物的形态、组成等有重要影响。
钒钛磁铁矿直接还原工艺
钒钛磁铁矿直接还原工艺引言钒钛磁铁矿是一种重要的矿石资源，其中含有丰富的钒、钛元素。
钒和钛在钢铁冶炼、航空航天、化工等行业中具有广泛的应用，因此钒钛磁铁矿的提取和利用一直备受关注。
本文将介绍钒钛磁铁矿的直接还原工艺，包括原理、工艺流程及其在工业生产中的应用。
原理钒钛磁铁矿的直接还原工艺是指将钒钛磁铁矿矿石在高温条件下与还原剂发生还原反应，将其中的金属氧化物转化为金属粉末，最终得到钒钛金属的工艺过程。
该工艺的主要原理包括以下几个方面：1.矿石的还原性：钒钛磁铁矿中的钒、钛氧化物具有较好的还原性，可以在高温下与还原剂发生直接还原反应，生成金属粉末。
2.还原剂的选择：常用的还原剂有碳粉、冶金焦炭等，它们在高温条件下与钒钛磁铁矿中的氧化物发生反应，将氧化物还原成金属。
3.温度和气氛的控制：根据不同的矿石成分和还原剂的种类选择适当的还原温度和气氛，以促进反应的进行并提高还原效率。
工艺流程钒钛磁铁矿的直接还原工艺流程较为复杂，下面将其分为以下几个步骤进行详细介绍：1. 矿石的预处理钒钛磁铁矿从矿山中采集回来后，首先需要进行预处理。
常见的预处理操作包括破碎、磨矿和筛分等。
通过破碎可以将较大的矿石块破碎成适当的颗粒大小，然后通过磨矿将其粉磨成细粉。
最后，通过筛分将矿石粉末进行分级，去除杂质。
2. 原料混合将经过预处理的钒钛磁铁矿与适量的还原剂进行混合均匀，以确保在还原过程中有足够的还原剂参与反应。
3. 还原反应将矿石与还原剂混合物放入高温炉中，根据需要选择适当的还原温度。
在高温条件下，矿石中的氧化物将与还原剂发生反应，生成金属粉末。
4. 金属分离经过还原反应后得到的产物中同时含有钒、钛金属粉末和其他杂质。
需要通过分离工艺将金属粉末与杂质分离开来。
常用的分离方法有磁选法、重选法等。
5. 精炼和提纯钒钛金属粉末中可能还存在少量的杂质，需要进行精炼和提纯，以满足工业生产的需求。
常用的精炼和提纯方法包括熔炼法、电解法等。
钒钛磁铁矿含碳球团转底炉直接还原实验研究
第9卷增刊1 过 程 工 程 学 报 V ol.9 Suppl. No.1 2009 年 6月 The Chinese Journal of Process Engineering June 2009收稿日期：2008−10−22，修回日期：2009−02−17作者简介：刘征建(1982−)，男，辽宁省黑山县人，博士研究生，钢铁冶金专业，E-mail: liuzhengjian@.钒钛磁铁矿含碳球团转底炉直接还原实验研究刘征建， 杨广庆， 薛庆国， 张建良， 杨天钧(北京科技大学冶金与生态工程学院，北京 100083)摘 要：对转底炉直接还原钒钛磁铁矿新工艺进行了实验研究，将钒钛磁铁矿精矿粉与煤粉等混合，采用压球机压球，并用石油液化气同空气混合燃烧生成的热烟气干燥生球，通过正交实验考察C/O 、焙烧时间和焙烧温度3个因素对金属化率与抗压强度的影响，得出最优的实验方案是：C/O 为1.3，焙烧温度为1330℃，焙烧时间为25 min. 通过XRD 分析发现在金属化率较高的球团中存在假板钛矿.关键词：资源综合利用；钒钛磁铁矿；转底炉；直接还原中图分类号：TF521 文献标识码：A 文章编号：1009−606X(2009)S1−0051−051 前 言钒钛磁铁矿是一种铁、钒、钛等有价元素共生的复合矿，普通高炉冶炼钒钛磁铁矿的弊端日益凸显，一是钛资源流失严重，占钒钛磁铁原矿中钛总量的一半以上；二是高炉炼铁必须使用焦碳，要消耗大量稀缺而昂贵的焦煤资源，而且炼焦过程污染环境严重[1].进入21世纪以来，随着优质含铁原料供应的日趋紧张和环保要求的日益严格，原料适应性强、能耗低、环境友好的直接还原技术获得了快速发展，出现了诸多新工艺和新技术，转底炉直接还原技术是其中较为典型的代表[2]. 转底炉出现于1978年，最初是应含铁废料和粉尘的处理要求而产生的，1995年以后逐步发展成使用普通铁精矿为原料生产DRI 的直接还原新工艺[3−5]. 转底炉直接还原具有高温、快速的工艺特点和炉料与炉底相对静止的设备特点，能较好的满足钒钛磁铁矿直接还原要求[6]. 共性技术的发展为钒钛磁铁矿直接还原创造了良好的外部条件，在此基础上针对钒钛磁铁矿自身特点，开展铁钒与钛高效分离研究、钒钛提取回收技术研究，实现转底炉直接还原—电炉深还原的产业化生产，达到铁、钒、钛元素分离与综合回收利用的目标. 本工作以钒钛磁铁矿精矿粉、煤粉和粘结剂等为原料，设计正交实验进行钒钛磁铁矿含碳球团转底炉直接还原生产金属化球团的基础研究，为后续的装备设计与工业生产探索规律.2 实验原料实验含铁原料采用某产地的钒钛磁铁矿，化学成分如表1所示.表1 钒钛磁铁矿精矿粉成分Table 1 Composition of vanadic titanomagnetite (%, ω)TFe FeO TiO 2V 2O 5 SiO 2 Al 2O 3 CaOMgO51.46 31.0212.430.53 5.96 5.30 1.983.41此钒钛磁铁矿主要由钛磁铁矿、钛铁矿、硫化矿和脉石矿物等4部分组成. 钛磁铁矿是磁铁矿、钛铁晶石、镁铝尖晶石、钛铁矿片晶复合体. 它占总矿物量的44%左右，含铁57%，是回收铁的主要工业矿物. 由于钛磁铁矿中有4种矿物密切共生，磁铁矿为主晶，其他为客晶. 客晶的粒度极细，不能用机械方法使其单体分离，使所得铁精矿中含有较高的钛、钒、镓、镁、钙、铝、硅等元素，铁品位一般较低；钛铁矿占总矿物量的9.5%，除少量赋存于钛磁铁矿外，大部分单体粒状产出，充填于脉石颗粒之间或铁钛氧化物与脉石之间. 含TiO 2 10.7%，是回收钛的工业矿物. 但其含有较高的钙镁，这些杂质以类质同象赋存在钛铁矿中，因此钛精矿中TiO 2含量一般为46%~48%，钙镁含量达7%~8%；硫化矿占总矿物量的1%，其中磁黄铁矿占硫化矿的95%，是回收硫、钴、镍的工业矿物；脉石矿物以钛普通辉石和斜长石为主，钛普通辉石占总矿物的28%~29%，是回收钪的主要矿物，斜长石占18%~19%.所用固体燃料为宁夏太西无烟煤，工业分析结果如表2所示.表2 煤粉工业分析结果Table 2 Industrial analysis of pulverized coal (%, ω)Fixed carbon V olatile Ash86.47 8.58 4.953 正交实验52 过程工程学报第9卷为了准确控制水分的加入量，混料前所有原料在105℃下干燥2 h，每次实验干料重量约为2.5 kg，人工混料30 min左右. 采用对辊压球机造球，压力可调，所造生球为扁圆形.干燥采用鼓风和抽风两种模式，基本流程是液化石油气同空气混合在燃烧室燃烧，生成的热烟气对含水生球进行干燥. 通过调节液化石油气和空气量来调节干燥入口温度和干燥的风速，本实验中入口温度控制在250℃左右，干燥风速为1.0和1.5 m/s，干燥时间选择10, 15和20 min.焙烧在管式炉中进行，干燥球团用吊篮盛装.采用正交实验考察C/O、焙烧温度和焙烧时间3个因素对含碳球团金属化率和抗压强度的影响，水平设计如表3.表3 实验因素与水平Table 3 Factors and levels of the experimentsLevelFactor A,C/OB,roasting temperature (℃)C,roasting time (min)1 1.31250 152 1.51300 203 1.11330 254 实验结果及分析4.1 造球实验本实验造球压强为15 MPa，转速为10 r/min，膨润土配加比例为3%.4.2 干燥实验用C/O为1.3的1#, 2#, 3#生球进行干燥实验，实验结果如表4所示.表4 干燥实验方案及结果Table 4 Scheme and results of drying experimentNo. DryingmethodGas flowvelocity (m/s)Gas flowrate (m3/h)Drying time(min)Weight of greenballs (g)Weight afterdrying (g)Water content ofgreen balls (%)Dehydration rate(%)1 Blast 1 24 10 1627.8 1479.8 11.93 76.192 Blast 1 24 15 1601.7 1429.4 11.89 90.493 Blast 1 24 20 1594.1 1410.4 11.96 96.32 3 Suction 1 24 15 1608.3 1438.2 11.52 91.84通过实验数据可以看出如下规律[7,8].(1) 鼓风干燥和抽风干燥两种形式的干燥效果没有明显差别，实验中没有发现在抽风干燥过程中下部生球有过湿现象和压坏现象发生；(2) 随着烘干时间的增加脱水率逐渐增加，烘干15 min后脱水率可达到90%以上，完全满足要求，延长时间对于烘干效果没有明显影响.4.3 焙烧实验(1) 实验结果对9组焙烧后金属化球团的化学成分和抗压强度分别进行检测，结果如表5所示.表5 金属化球团的化学分析结果及抗压强度Table 5 Chemical analysis and compressive strength of metallized pelletsNo. TFe(%)MFe(%)Metallization rate(%)V2O5(%)TiO2(%)Compressivestrength (N)1 60.40 32.53 53.86 0.48 9.74 2155.672 60.40 47.08 77.95 0.66 13.33 1036.403 65.25 56.11 85.99 0.65 12.06 2395.004 59.21 44.78 75.63 0.51 13.11 1747.205 62.57 55.60 88.86 0.56 9.58 1337.756 66.33 51.94 78.31 0.60 14.36 2273.007 59.71 35.51 59.47 0.47 11.40 635.008 59.94 40.33 67.28 0.41 12.93 650.509 62.90 48.08 76.44 0.63 12.30 1642.80通过以上结果可以看出:(a) 金属化球团的铁品位较精矿粉的铁品位有较大提高，这是因为煤粉中的碳与铁氧化物中的氧发生反应，去除了精矿粉中的部分氧，而残留的煤粉灰分质量远小于铁氧化物失去氧的质量[9].(b) 金属化球团中只有少量V, Ti被还原. 由Ellingham图可知，V2O5, TiO2只有在1500℃以上高温时才能被碳还原[10].(c) 由于C/O与焙烧条件不同各组的金属化率和抗压强度变化较大.(2) 直观分析[11]判断金属化球团质量的两个重要指标就是金属化率和抗压强度，实际生产中一般要求金属化率和抗压强度越高越好. 由表5可知，不同C/O，不同焙烧条件下增刊1 刘征建等：钒钛磁铁矿含碳球团转底炉直接还原实验研究 53各组的金属化率和抗压强度变化较大. 对正交实验结果采用直观分析法进行分析，以找出最佳的工艺条件，结果如表6所示.表6 直观分析法结果Table 6 The results of intuitive analysisTest index No.1 A2 B3 C Metallization rate (%) Compressive strength (N)1 1 1 1 53.86 635.002 1 2 2 77.95 1747.203 1 3 3 85.99 2155.674 2 1 2 75.63 650.505 2 2 3 88.86 1337.75 6 2 3 1 78.31 1036.407 3 1 3 59.47 1642.808 3 2 1 67.28 2273.009 3 3 2 76.44 2395.00K 1 217.80 188.96 199.45 K 2 242.80 234.09 230.02 K 3 203.19 240.74 234.32 κ1 72.60 62.99 66.48 κ2 80.93 78.03 76.67 κ3 67.73 80.25 78.11 Range 13.20 17.26 11.63 MetallizationrateOptimum scheme A2 B3 C3K 1 4537.87 2928.30 3944.40 K 2 3024.65 5357.95 4792.70 K 3 6310.80 5587.07 5136.22 κ1 1512.62 976.10 1314.80 κ2 1008.22 1785.98 1597.57 κ3 2103.60 1862.36 1712.07 Range 1095.38 886.26 397.27 Compressive strengthOptimum scheme A3 B3 C3从以上分析结果可看出，对于金属化率的3个极差由大到小依次为17.26，13.20，11.63，它们所对应的因素依次为B ，A ，C. 所以，各因素对金属化率的影响按大小次序来说应当是B(焙烧温度)、A(C/O)、C(焙烧时间)；最好的方案应当是B3A2C3，即, B3：焙烧温度，第3水平，1330℃；A2：C/O ，第2水平，1.5；C3：焙烧时间，第3水平，25 min.同理可知，各因素对抗压强度的影响按大小次序来说应当是A(C/O)，B(焙烧温度)，C(焙烧时间)；最好的方案应当是A3B3C3，即：A3：C/O ，第3水平，1.1；B3：焙烧温度，第3水平，1330℃；C3：焙烧时间，第3水平，25 min.通过综合平衡法对金属化率和抗压强度两个指标进行计算分析，分别得到2个最优方案：对金属化率为A2B3C3；对抗压强度为A3B3C3. 这2个方案并不完全相同，为便于综合分析，将两个指标随因素水平变化的情况用图形表示出来，如图1所示(为了便于分析，将各点用线段连起来，实际上并不是直线).666870727476788082M e t a l l i z a t i o n r a t e (×102%)C/ORoasting temperature(℃)Roasting time(min)1.11.31.58001000120014001600180020002200C o m p r e s s i v e s t r e n g t h (N )C/O125013001350Roasting temperature(℃)152025Roasting time(min)图1 两个指标随因素水平变化的情况Fig.1 Changes of two indexes with variable factors and levels54 过 程 工 程 学 报 第9卷将图1和表6结合起来，综合分析每一个因素对两个指标的影响.(a) C/O 对两个指标的影响. 从表6看出，对抗压强度来讲，C/O 的极差是最大的，也就是说C/O 是影响最大的因素，从图1看，取1.1最好；对金属化率来讲，C/O 的极差不是最大，即不是影响最大的因素，是较次要的因素，取 1.5最好. 从实际的焙烧过程来看，C/O 越高，煤粉配加量越大，煤粉反应后留下的空隙越多，金属化球团的孔隙度越大，抗压强度越低，这与表6的分析结果很吻合. 针对为实现铁、钛、钒资源综合利用而设计的“钒钛磁铁矿转底炉直接还原−电炉深还原−含钒铁水提钒−含钛炉渣提钛”工业流程，其转底炉生产的金属化球团直接热装电炉，所以对金属化球团的抗压强度要求不是很高，加之电炉深还原要求金属化球团有一定的残碳含量，所以C/O 取中间水平1.3为好[12,13].(b) 焙烧温度B 对两个指标的影响. 从表6看出，对金属化率来讲，焙烧温度的极差是最大的，即焙烧温度是影响最大的因素，从图1看出，取1330℃最好；对抗压强度来讲，焙烧温度的极差不是最大，即不是影响最大的因素，是较次要的因素，但也是取1330℃最好，所以对两个指标来讲，焙烧温度均取1330℃最好.(c) 焙烧时间C 对两个指标的影响. 从表6看出，对金属化率和抗压强度来讲，焙烧时间的极差都是最小的，即是影响最小的因素，从图1看出，都是取25 min 最好，所以对两个指标来讲，焙烧时间均取25 min 最好. 从实际的焙烧过程来看，焙烧时间越长，反应越完全，抗压强度越高. 但这并不意味着焙烧时间越长，金属化率就越高，因为随着焙烧时间的延长，球团内部碳逐渐被消耗完，金属化球团会发生再氧化，从而降低金属化率.综合考虑C/O 、焙烧温度、焙烧时间3个因素对金属化率和抗压强度的影响以及工艺流程的实际要求，得出较好的实验方案为：A1：C/O ，第2水平，1.3；B3：焙烧温度，第3水平，1330℃；C3：焙烧时间，第3水平，25 min.从表6可以看出，这里综合分析出来的较好方案A1B3C3，正好是9组实验中的3#实验，其球团的金属化率(85.99%)和抗压强度(2155.67 N)在9组实验结果中的综合效果最好，与通过计算分析得到的结论一致.(3) XRD 分析对9组实验制得的金属化球团进行XRD 分析，可以看出金属铁均已经明显出现，尤其在金属化率较高的3#实验(85.99%)和5#实验(88.86%)制得的金属化球团中可明显看到假板钛矿(Fe 2TiO 5)的出现，如图2和3所示. 1020304050607080900500100015002000I n t e n s i t y (a .u .)2θ (o)102030405060708090050010001500200025002θ (o)I n t e n s i t y (a .u .)图2 C/O=1.3, T =1330℃, t =25 min (3#实验) 图3 C/O=1.5, T =1300℃, t =25 min (5#实验)Fig.2 C/O=1.3, T =1330℃, t =25 min (Exp.3#) Fig.3 C/O=1.5, T =1300℃, t =25 min (Exp.5#)对于钛铁矿在600℃至成渣温度范围内的还原机理、还原途径及其相变化，前人已有相当充分的研究，对1100 K 以上的Fe −Ti −O 系的相平衡关系也已经基本明确，在与钛铁矿还原有关的相图区域内存在3个主要固溶体也得到公认：在Fe −Fe 2O 3−TiO 2组成的三角形中，在1200℃时介于磁铁矿(Fe 3O 4)和钛铁晶石(Fe 2TiO 4)之间、介于赤铁矿(Fe 2O 3)和钛铁矿(FeO·TiO 2)之间、高铁假板钛矿(Fe 2TiO 5)和亚铁假板钛矿(FeTi 2O 5)之间，存在着完全固溶体，它们被认为是立方晶系的尖晶石相、菱形晶系的α-氧化铁固溶体和M 3O 5固溶体. 在达到1300℃并充分反应后，开始还原出假板钛矿，这与XRD 的分析结果相吻合.假板钛矿的生成能够有效提高球团的还原性能，一方面是因为用碳还原假板钛矿的速度要比还原钛铁矿和假金红石的速度快得多；另一方面钛铁矿从坚固的尖晶石结构变为不稳定的假板钛矿结构，形成大量空隙，改善了后续还原过程的动力学条件.增刊1 刘征建等：钒钛磁铁矿含碳球团转底炉直接还原实验研究555 结 论(1) 钒钛磁铁矿精矿粉与煤粉混合造球时，通过控制合适的压球机压力和转速、添加适量的水分和粘结剂可以保证其强度满足转底炉生产的要求.(2) 鼓风干燥和抽风干燥两种形式的干燥效果没有明显差别，风速控制在1 m/s，烘干10~15 min，脱水率可达到90%以上，完全满足生产要求.(3) 综合考虑3个因素对金属化率和抗压强度的影响以及工艺流程的实际要求，得出最优的实验方案是：C/O为1.3，焙烧温度为1330℃，焙烧时间为25 min.(4) 从9组实验得到金属化球团的XRD分析结果可以看出，金属铁均已经明显出现，尤其在金属化率较高的3#实验(85.99%)和5#实验(88.86%)制得的金属化球团中可以明显看到假板钛矿的出现，提高了球团的还原性能.参考文献：[1] 洪流，丁跃华，谢洪恩. 钒钛磁铁矿转底炉直接还原综合利用前景 [J]. 金属矿山，2007, (5): 10−13.[2] 胡俊鸽，吴美庆，毛艳丽. 直接还原炼铁技术的最新发展 [J]. 钢铁研究，2006, 34(2): 53−57. 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The Simulation of V olatile Reduction in a Multi-layer Rotary Hearth Furnace Process [J]. Metall.Mater. Trans. B: Process Metall. Mater. Process., 2006, 37(2): 231−238.Research on Direct Reduction of Coal-containing Pellets ofVanadic-titanomagnetite by Rotary Hearth FurnaceLIU Zheng-jian, YANG Guang-qing, XUE Qing-guo, ZHANG Jian-liang, YANG Tian-jun(University of Science and Technology Beijing, Beijing 100083, China)Abstract: The direct reduction of vanadic-titanomagnetite by rotary hearth furnace was studied in laboratory. The vanadic-titanomagnetite was mixed with coal and bentonite, then the green balls were made by pelletizer, and dried by hot gas which was produced by burning the hot gas of liquefied petroleum gas and air. The influential factors of metallized pellet strength and metallization rate, such as C/O, roasting temperature, roasting time, were examined by orthogonal experiments. The C/O, roasting temperature and roasting time of the optimum scheme were 1.3, 1300℃ and 25 min respectively. Pseudobrookite was found in pellets with high metallization rate by XRD.Key words: comprehensive utilization of resources; vanadic-titanomagnetite; rotary hearth furnace; direct reduction。
钒钛磁铁矿制备还原铁粉的碳还原过程的实验研究
钒钛磁铁矿制备还原铁粉的碳还原过程的实验研究钒钛磁铁矿是一种重要的矿石资源，其中含有丰富的铁、钒和钛元素。
通过还原炼铁技术，可以从钒钛磁铁矿中提取纯铁粉，并且实现对其它有价值金属元素的回收利用。
在这篇实验研究中，我们将探讨钒钛磁铁矿通过碳还原的过程，制备纯铁粉的方法。
1. 实验材料1.1 钒钛磁铁矿样品1.2 碳粉1.3 氧化铁1.4 碳酸钠1.5 硼酸2. 实验步骤2.1 将钒钛磁铁矿样品研磨成粉末状，以增大其比表面积。
2.2 在一定比例下，混合所得的钒钛磁铁矿样品、碳粉、氧化铁、碳酸钠和硼酸。
2.3 将混合物装入炉中，在保护气氛下进行加热还原反应。
2.4 对反应产物进行冷却处理，得到还原后的铁粉。
3. 实验原理在碳还原的过程中，碳粉起到了还原剂的作用，其作用可以用如下反应式来表示：Fe2O3 + 3C → 2Fe + 3CO硼酸的加入可以降低反应温度，促进碳化反应的进行，可以使铁颗粒的尺寸更加均匀。
4. 实验条件4.1 反应温度：在800°C至1200°C的范围内进行反应，可选择合适的反应温度。
4.2 反应时间：选择合适的反应时间，以保证反应充分进行。
4.3 保护气氛：在实验中使用氮气等惰性气体作为保护气氛，以防止反应中的氧气对物料的影响。
5. 实验结果通过实验，我们可以得到还原后的铁粉产品。
对产品进行物理性质测试和化学成分分析，可以得到铁粉的纯度和所含金属元素的成分及含量，从而判断我们的还原过程的效果。
6. 实验结论通过对钒钛磁铁矿进行碳还原，我们成功制备了纯铁粉。
同时可以对实验结果进行进一步分析，优化实验条件，提高还原铁粉的产率和纯度。
这为钒钛磁铁矿的综合利用提供了重要的实验依据。
通过以上实验研究，我们可以更好地了解钒钛磁铁矿的还原制备过程，为相应的工业生产提供参考和指导。
钒钛磁铁矿含碳球团还原的影响因素
钒钛磁铁矿含碳球团还原的影响因素摘要：钒钛磁铁矿是一种铁、钒、钛等有价元素共生的复合矿，在中国储量极为丰富，因其含有大量的铁、钒、钛资源而具有极高的综合利用价值。
钒钛磁铁矿中含有钛磁铁矿、钛铁矿、含硫磁黄铁矿以及脉石等矿物，钒以类质同象赋存于钛磁铁矿中，矿物结构复杂，导致其还原过程比普通矿石更繁杂，需要较高的温度以及更长的还原时间才能达到较高的金属化率。
本文分析了钒钛磁铁矿含碳球团还原的影响因素。
关键词：钒钛磁铁矿；含碳球团；还原；目前关于钒钛磁铁矿直接还原的研究主要集中于直接还原工艺条件的研究，而关于钒钛磁铁矿碳热还原反应历程的研究却鲜有报道。
由于钒钛磁铁矿的还原过程非常复杂，只有了解其还原反应过程及其影响因素，才能更好控制还原反应的进行，因此研究不同反应条件对钒钛磁铁矿含碳球团还原反应的影响及其高温下的相变过程是很有必要的。
一、试验方法将矿粉、煤粉在恒温干燥箱内105 ℃的温度下烘干4 h，直至自由水完全蒸发，然后将矿粉、煤粉筛至1 mm 以下，加入一定量的黏结剂及水分并混匀，在15MPa的压力、10 r /min 的转速下用对辊压球机压制成球团。
球团的尺寸( 长× 宽× 厚) 为40 mm× 30 mm × 21 mm。
将湿球放入恒温干燥箱内烘干，然后装入石墨盒内置于已达设定温度的高温电阻炉内，至设定时间后取出二、钒钛磁铁矿含碳球团还原的影响因素1.还原温度的影响。
还原时间为30 min，wC/wO为1. 0 时，随着还原温度的升高，金属化率不断升高，而残碳量不断降低，金属化率的变化趋势可以分为两个阶段: 在1350℃之前，随着温度的升高，金属化率迅速升高; 1350 ℃之后，金属化率的升高趋于平缓。
1 200 ℃时金属化率较低，仅为74%; 当温度升高到1250 ℃时，金属化率迅速升高，达到80%以上; 该阶段对应的残碳量也由2. 54%降到1. 44%。
转底炉高温快速还原钛精矿工艺实验研究
XXX学院本科毕业设计（论文）转底炉高温快速还原钛精矿工艺实验研究学生姓名：学生学号：院（系）：材料工程系年级专业：级材料科学与工程指导教师：教授助理指导教师：二〇〇七年六月摘要本文采纳转底炉和马弗炉直接还原法对钛精矿内配碳球团进行还原，在还原进程中要紧研究的是还原温度、还原时刻和还原气氛对金属化率的阻碍。
通过转底炉和马弗炉还原钛精矿内配碳球团，进行单因素实验，取得还原温度、还原时刻和还原气氛对金属化率的阻碍。
进行正交实验，取得三个因素的综合阻碍及实验最适宜的还原条件。
研究结果说明：转底炉高温快速还原钛精矿内配碳生球工艺是可行的，所得金属化球团的金属化率明显高于马弗炉；随着还原温度的升高，那么金属化率升高；随着还原时刻的延长，那么金属化率升高；还原气氛有利于提高金属化率；本实验最适宜的还原条件是：1300℃、40min、CO浓度为%，现在金属化率高达%。
关键词转底炉，直接还原，钛精矿，金属化率ABSTRACTIn this paper, Titanium concentrate carbon-containing pellets are reduced by muffle furnace and rotary furnace direct reduction. The effects of reduced-temperature, reduced-time and reduced- atmosphere on the metailization ratio are studied.Through the rduction of titanium concentrate carbon-containing pellets, by single factor experiment, the impacts of reduced-temperature, reduced-time and reduced- atmosphere are obtained. the comprehensive effects of the three factors and the most suitable experimental reducing condition are got by orthogonal experimental design.The results show that titanium concentrate carbon-containing pellets are fastly reduced by rotary furnace at high temperature. the method is feasible. metailization ratio of this method is higher than the method by muffle furnace; With the rising of reduced-temperature, metailization ratio becomes higher; As the reduced-time prolongs , metailization ratio goes higher, reduced-atmosphere is helpful to increase the metailization ratio. the most suitable experimental reducing condition is as followed:1300℃、40min, %CO, the metailization ratio is as high as %.Key words Rotary furnace, Direct Reduction, Titanium Concentrate, metailization ratio目录摘要 (Ⅰ)ABSTRACT (Ⅱ)1 绪论 ............................................................................................. 错误!未定义书签。
钒钛磁铁精矿内配煤球团还原分形论动力学研究
钒钛磁铁精矿内配煤球团还原分形论动力学研究
周兰花;曾富洪
【期刊名称】《材料导报》
【年(卷),期】2014(028)004
【摘要】基于分形理论建立了矿煤球团还原动力学新模型,通过钒钛磁铁精矿内配煤球团加热还原试验,探讨钒钛磁铁精矿内配煤球团分形还原机理.实验结果发现,钒钛磁铁精矿表面分维为2.2686;实验温度范围(960～1200℃)内,球团还原时间短于23 min时,其表观速率常数与温度之间关系为k1=624.843exp(-
1.5324×104/T)min-1,活化能为127.40kj·mol-1;球团还原时间超过28 min后,其表观速率常数与温度之间关系为k2=0.035×exp(-0.5329×104/T) min-1,活化能为44.31kJ·mol-1.结果表明,球团还原初期主要受碳气化反应限制,后期主要受内扩散限制.
【总页数】6页(P153-158)
【作者】周兰花;曾富洪
【作者单位】攀枝花学院资源与环境工程学院,攀枝花617000;攀枝花学院资源与环境工程学院,攀枝花617000
【正文语种】中文
【中图分类】TF55
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钛精矿配碳还原的过程优化
第4期f i f戶保J P与刷用No 4 2017 年 8 月CONSERVATION AND U TILIZATIO N OF M INERAL RESOURCES Aug. 2017钛精矿配碳还原的过程优化张士举，刘松利，谢金洋(攀枝花学院资源与环境工程学院，四川攀枝花617000)摘要:攀西地区钛精矿成分复杂，性质特殊。
为了探明碳热还原钛精矿的机理，得出不同配碳量、温度、碱度对钛精矿碳热还原反应的影响以及钛精矿碳热还原最优条件，采用HSC Cheimstry6. 0软件对钛精矿配碳还原过程中铁、钛和钒的起始还原温度、金属含量、金属化率等进行了计算。
结果表明：随着温度的增加，还原率逐渐增加;配碳量对还原反应的影响较大，当配碳量增加时，还原反应开始温度逐渐降低;碱度的增加对金属铁的回收率影响不大，对金属钒和钛的影响较大;当温度为1 600 T：、碱度为1、配碳量为14%时，对金属铁、钛、钒的回收效果最好，铁回收率可以达到99%以上，钛回收率为0. 0147%，钒的回收率为25.5%。
关键词:碱度;温度;钛精矿;还原;碳中图分类号:TF823 文献标识码：B文章编号:1001 -0076(2017)04 - 0073 - 08D01：10. 13779/ki.issnlOOl -0076.2017.04.016Process Optimization of Reducing Ilmenite Using CarbonZHANG Shiju, LIU Songli, XIE Jinyang(School of Resources and Environmental Engineering，Panzhihua University，Panzhihua 617000，China) Abstract ：The compositions of ilm enite concentrate in Panxi Area are complex, and its properties arespecial. In order to explore the mechanism and obtain effects of carbon content, temperature and basicity on carbothermal reduction of ilm enite concentrate, the starting reduction temperature, metalcontent and metal m etallization rate were calculated by HSC Chemistry 6. 0 software. The results indicated that the reduction rate of metal gradually increased with the increase of temperature; the carbon content showed a great influence on carbothermal reduction ；the temperature of starting reductiongradually decreased as the increase of carbon content. The increase of basicity had little effect onmetal iron recovery, but had great effect on titanium and vanadium. When the temperature was 1600°C , the basicity was 1, and the amount of carbon was 14% , the recoveries of iro n, titanium and vanadium were the highest, which were more than 99% , 0.0147%and 25.5%, respectively.Key words ：b asicity; tem perature; ilm e n ite; reduction ；carbon攀西地区钛资源占全国钛储量的90%，其钒钛 磁铁矿经选矿后主要产品为铁精矿和钛精矿，铁精 矿主要用于高炉炼铁，钛精矿主要用于制备高钛渣、钛白粉、酸渣、四氯化钛、海绵钛等。
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第３４卷第１期重庆大学学报Ｖｏｌ．３４Ｎｏ．１２０１１年１月Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ ＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙＪａｎ．２０１１ 文章编号：１０００－５８２Ｘ（２０１１）０１－０６０－０６钒钛铁精矿内配碳球团高温快速直接还原历程刘松利１，２，白晨光１，胡 途１，吕学伟１，邱贵宝１（１．重庆大学材料科学与工程学院，重庆４０００４４；２．攀枝花学院材料工程学院，四川攀枝花６１７０００）收稿日期：２０１０－０９－０２基金项目：国家重点基础研究发展计划资助项目（２００７ＣＢ６１３５０３）作者简介：刘松利（１９７２－），男，重庆大学博士研究生，主要从事冶金资源综合利用研究。
白晨光（联系人），男，重庆大学教授，博士生导师，（Ｅ－ｍａｉｌ）ｂｇｕａｎｇ＠ｃｑｕ．ｅｄｕ．ｃｎ。
摘 要：采用高温实验炉，在１ ３５０℃，氮气保护气氛条件下对钒钛磁铁精矿内配碳球团进行了阶段还原试验，通过ＴＧ－ＤＳＣ、ＸＲＤ、ＳＥＭ等检测方法对不同时间内配碳球团还原的组织成分、显微结构等进行研究。
结果表明，钒钛铁精矿的还原历程依次为Ｆｅ２ＴｉＯ４和Ｆｅ３Ｏ４、３（Ｆｅ３Ｏ４）·Ｆｅ２ＴｉＯ４、Ｆｅ３Ｏ４·Ｆｅ２ＴｉＯ４、Ｆｅ２ＴｉＯ４和ＦｅＯ、Ｆｅ和ＦｅＴｉ２Ｏ５；在磁铁矿大量还原生成浮士体的阶段，钛铁矿与新生成的浮士体发生“钛铁晶石化”，最终还原转变为单质铁和含铁黑钛石。
关键词：直接还原历程；钒钛铁精矿；球团；矿石 中图分类号：ＴＦ５５２文献标志码：ＡＱｕｉｃｋ ａｎｄ ｄｉｒｅｃｔ ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ ｖａｎａｄｉｕｍ ａｎｄ ｔｉｔａｎｉｕｍ ｉｒｏｎｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｅ ｗｉｔｈ ｃａｒｂｏｎ－ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ ｐｅｌｌｅｔｓ ａｔ ｈｉｇｈ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅＬＩＵ Ｓｏｎｇ－ｌｉ １，２，ＢＡＩ Ｃｈｅｎ－ｇｕａｎｇ１，ＨＵ Ｔｕ１，ＬＶ Ｘｕｅ－ｗｅｉ １，ＱＩＵ Ｇｕｉ－ｂａｏ１（１．Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ ４０００４４，Ｐ．Ｒ．Ｃｈｉｎａ；２．Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｃｏｌｌｅｇｅ，Ｐａｎｚｈｉｈｕａ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｐａｎｚｈｉｈｕａ，Ｓｉｃｈｕａｎ ６１７０００，Ｐ．Ｒ．Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂｙ ｕｓｉｎｇ ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｈｉｇｈ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｆｕｒｎａｃｅ，ｓｔａｇｅ ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ ｔｅｓｔ ｏｎ ｖａｎａｄｉｕｍ ａｎｄｔｉｔａｎｉｕｍ ｉｒｏｎ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｅ ｗｉｔｈ ｃａｒｂｏｎ－ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ ｐｅｌｌｅｔｓ ｕｎｄｅｒ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ｏｆ １ ３５０℃ａｎｄ ｉｎｎｉｔｒｏｇｅｎ ａｔｍｏｓｐｈｅｒｅ ｉｓ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ，ａｎｄ ｉｔｓ ｔｉｓｓｕｅ ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ，ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｉｓ ａｌｓｏ ｓｔｕｄｉｅｄ ｂｙ ＴＧ－ＤＴＡ，ＸＲＤ，ＳＥＭ ａｎｄ ｏｔｈｅｒ ｔｅｓｔｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ．Ｔｈｅ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｎ ｑｕｉｃｋｒｅｄｕｃｔｉｏｎ ｏｆ ｖａｎａｄｉｕｍ ａｎｄ ｔｉｔａｎｉｕｍ ｉｒｏｎ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｅ ｏｆ ｃａｒｂｏｎ－ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ ｐｅｌｌｅｔｓ ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ ｉｓ Ｆｅ２ＴｉＯ４ａｎｄＦｅ３Ｏ４，３（Ｆｅ３Ｏ４）·Ｆｅ２ＴｉＯ４，Ｆｅ３Ｏ４·Ｆｅ２ＴｉＯ４，Ｆｅ２ＴｉＯ４ａｎｄ ＦｅＯ，Ｆｅ ａｎｄ ＦｅＴｉ２Ｏ５．Ｉｎ ｔｈｅ ｓｔａｇｅ ｏｆｇｅｎｅｒａｔｉｎｇ ｆｌｏａｔ ｂｙ ｍａｇｎｅｔｉｔｅ ｉｒｏｎ ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ，ｔｈｅ ｎｅｗ ｐｈａｓｅ ｏｆ Ｆｅ２ＴｉＯ４ｉｓ ｇｅｎｅｒａｔｅｄ，ａｎｄ ｆｉｎａｌｌｙ ｖａｎａｄｉｕｍａｎｄ ｔｉｔａｎｉｕｍ ｉｒｏｎ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｅ ｉｓ ｒｅｄｕｃｅｄ ｉｎｔｏ Ｆｅ ａｎｄ（Ｆｅ，Ｍｇ）Ｔｉ２Ｏ５．Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｄｉｒｅｃｔ ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ；ｖａｎａｄｉｕｍ ａｎｄ ｔｉｔａｎｉｕｍ ｉｒｏｎ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｅ；ｐｅｌｌｅｔｓ；ｏｒｅ 钒钛磁铁矿是一种铁、钒、钛等元素共生的复合矿，具有较高的综合利用价值。
现已查明，世界钒钛磁铁矿的储量达４×１０１０ｔ以上，主要集中在如前苏联的卡契卡纳尔和古谢沃戈尔、美国和中国等国家。
其中，中国的钒钛磁铁矿已探明储量为９．８３×１０９ｔ［１－３］。
采用高炉冶炼处理钒钛磁铁矿，只能回收铁和钒，钛以ＴｉＯ２形式进入高炉渣而无法回收利用。
为了实现铁、钒、钛资源高效清洁分离及综合回收利用，近年来转底炉煤基直接还原技术成为处理钒钛磁铁矿的新工艺之一，虽然该工艺已有一定的进展，但基础研究还很薄弱，进一步深入研究其铁、钛等有价金属在高温快速还原过程中的相变历程，对该工艺的完善和产业化应用具有重要的现实意义。
钒钛磁铁矿的物质组成和结构特点决定了其还原历程的复杂性。
储绍斌等［４］研究了钒钛铁精矿在４５０～８５０℃的温度范围内分别用Ｈ２和ＣＯ２／ＣＯ混合气体的还原过程，发现钛铁晶石还原后生成钛铁矿，钛铁矿在还原过程中若有剩余氧化亚铁存在生成钛铁晶石。
何其松［５］用Ｈ２－Ｈ２Ｏ、ＣＯ２－ＣＯ及Ｈ２－Ｈ２Ｏ－ＣＯ２－ＣＯ混合气体对钛磁铁矿球团进行了大量的还原过程研究，并提出了钛磁铁矿中赤铁矿和铁板钛矿两种矿物的还原途径，即Ｆｅ２Ｏ３→Ｆｅ３Ｏ４→ＦｅＯ→Ｆｅ和Ｆｅ２ＴｉＯ５→Ｆｅ２ＴｉＯ４→ＦｅＴｉＯ３→Ｔｉ３Ｏ５。
还有一些研究者［６－１３］研究了钛铁矿与Ｈ２、ＣＯ２／ＣＯ混合气体或Ｃ的还原过程，钛铁矿的还原历程为ＦｅＴｉＯ３→Ｔｉ３Ｏ５→ＴｉＯ。
以上研究主要采用气体间接还原的方法，对于钒钛铁精矿内配碳球团直接还原的还原历程目前还不清楚。
笔者通过高温阶段还原实验，采用ＸＲＤ等检测方法对还原产物进行物相分析，结合ＴＧ－ＤＳＣ综合热分析结果，得出了钒钛磁铁精矿内配碳球团在高温下快速还原的反应历程。
１ 实验材料与方案１．１ 原料本实验采用的铁矿粉为攀枝花红格钒钛铁精矿，还原剂为无烟煤，其化学成分如表１和表２所示。
制作球团所用黏结剂为分析纯聚乙烯醇（ＰＶＡ）。
表１ 钒钛铁精矿的化学成分成分ＴＦｅ ＦｅＯ Ｆｅ２Ｏ３ＳｉＯ２ＣａＯ质量分数／％５４．５２ ２４．０９ ５１．１８ １１．７０ ０．５５６成分ＭｇＯ Ａｌ２Ｏ３ＴｉＯ２Ｓ Ｐ质量分数／％０．６２ ３．１５ ２．４６ ０．５１ ２．８０表２ 煤粉的化学成分％煤的成分灰分的成分Ｃ ｖｏｌａｔｉｌｅ灰分Ｓ ＳｉＯ２Ａｌ２Ｏ３ＣａＯ ＭｇＯ８１．９５ ６．７９ １０．４１ ０．６９ ２４．９６ ４０．２３ ３．７８ ３．１２１．２ 实验方案钒钛铁精矿和煤粉经过干燥、研磨和筛分，其颗粒直径分别为ｄｏｒｅ≤８８μｍ，ｄＣｏａｌ≤２４５μｍ。
铁精矿粉和煤粉根据混合料中ｗ（Ｃ）／ｗ（Ｏ）＝１．２，进行称量后充分混匀，然后添加适量的黏结剂（有机黏结剂ＰＶＡ），利用压片成型机压制成直径为３０ｍｍ左右的球团，成型压力为１０ＭＰａ。
实验炉为竖式碳化硅炉，结构示意图如图１所示。
实验前，球团先在干燥箱（温度为１２０℃）中干燥６ｈ，确保球团中的黏结剂和水分能够完全挥发。
实验时，每次取一个球团放在吊篮中，待温度达到设定温度（１ ３５０℃）后，迅速放入在Ｎ２（３００ｍＬ／ｍｉｎ）保护下、直径为１００ｍｍ的竖式碳化硅炉内，用镍铬丝悬挂在炉顶上方的铁架上，待还原到某一时间时迅速取出埋入煤粉中进行冷却，随后进行ＸＲＤ等分析。
图１ 还原装置示意图２ 结果与讨论２．１ ＴＧ－ＤＳＣ试验结果钒钛铁精矿粉与煤粉的混合样在３０～１ ４００℃的温度范围内进行了ＴＧ－ＤＳＣ综合热分析实验，升温速率为１５℃／ｍｉｎ，实验结果如图２所示。
图２ 混合样综合热分析曲线１６第１期 刘松利，等：钒钛铁精矿内配碳球团高温快速直接还原历程 从图２中ＴＧ曲线可以看出，矿煤混合物在升温过程中主要经历４个失重阶段。
温度低于４６０℃左右时，试样失重量非常小，仅为０．４３％；温度在４９０～９００℃时，试样失重量为３．７２％，失重较慢；当温度超过９１０℃后，试样重量急剧下降，其中在９００～１ １５０℃的范围内失重最快，随后失重稍微变慢。
从对应的ＤＳＣ曲线来看，在低于９００℃的温度范围内有几个平缓的小吸热峰，试样在这一阶段经历了一个连续吸热过程。
温度超过９００℃后，ＤＳＣ曲线上出现了３个比较大的吸热峰和１个小吸热峰，其峰值分别为９３３、１ １０２、１ ２５３、１ ３６２℃，说明在这一阶段试样发生了剧烈的化学反应。
２．２ 样品的ＸＲＤ分析对钒钛铁精矿和在１ ３５０℃经过不同还原时间还原后的球团进行了Ｘ射线衍射分析，ＸＲＤ图谱如图３所示，主要物相的变化分析如表３所示。
表３ 不同还原时间下还原产物的物相结构还原时间物相０Ｆｅ３Ｏ４，Ｆｅ０．２３（Ｆｅ１．９５Ｔｉ０．４２）Ｏ４，Ｆｅ２Ｏ３－ＦｅＴｉＯ３，ＦｅＴｉＯ３３Ｆｅ３Ｏ４，ＦｅＯ，Ｆｅ０．２３（Ｆｅ１．９５Ｔｉ０．４２）Ｏ４，ＦｅＴｉＯ３５Ｆｅ，Ｆｅ３Ｏ４，ＦｅＯ，Ｆｅ０．２３（Ｆｅ１．９５Ｔｉ０．４２）Ｏ４，Ｆｅ２．７５Ｔｉ０．２５Ｏ４，ＦｅＴｉＯ３７Ｆｅ，Ｆｅ３Ｏ４，ＦｅＯ，Ｆｅ０．２３（Ｆｅ１．９５Ｔｉ０．４２）Ｏ４，Ｆｅ２．７５Ｔｉ０．２５Ｏ４，Ｆｅ５ＴｉＯ８，Ｆｅ２ＴｉＯ４，ＦｅＴｉＯ３１０Ｆｅ，Ｆｅ３Ｏ４，Ｆｅ２．７５Ｔｉ０．２５Ｏ４，Ｆｅ５ＴｉＯ８，Ｆｅ２ＴｉＯ４，ＦｅＴｉＯ３１５Ｆｅ，Ｆｅ３Ｏ４，Ｆｅ２．７５Ｔｉ０．２５Ｏ４，Ｆｅ５ＴｉＯ８，ＦｅＴｉＯ３２０Ｆｅ，ＦｅＯ，（Ｆｅ，Ｍｇ）Ｔｉ２Ｏ５，ＦｅＴｉＯ３２５Ｆｅ，（Ｆｅ，Ｍｇ）Ｔｉ２Ｏ５，ＦｅＴｉＯ３３０Ｆｅ，（Ｆｅ，Ｍｇ）Ｔｉ２Ｏ５，ＦｅＴｉＯ３－Ｆｅ，α－Ｆｅ２Ｏ３－ＦｅＴｉＯ３，β－Ｆｅ３Ｏ４，θ－ＦｅＯ，ε－Ｆｅ０．２３（Ｆｅ１．９５Ｔｉ０．４２）Ｏ４，π－Ｆｅ２．７５Ｔｉ０．２５Ｏ４ω－Ｆｅ５ＴｉＯ８，δ－ＦｅＴｉＯ３，ν－Ｆｅ２ＴｉＯ４，λ－（Ｆｅ，Ｍｇ）Ｔｉ２Ｏ５图３ 还原产物ＸＲＤ图谱２６重庆大学学报 第３４卷 由表３和图３可知，钒钛铁精矿粉的主要物相是磁铁矿（Ｆｅ３Ｏ４）和钛磁铁矿（Ｆｅ０．２３（Ｆｅ１．９５Ｔｉ０．４２）Ｏ４，Ｆｅ２Ｏ３－ＦｅＴｉＯ３），其次是钛铁矿（ＦｅＴｉＯ３）。