钒钛磁铁矿制备还原铁粉的碳还原过程的实验研究
钒钛磁铁矿直接还原技术探讨
钒钛磁铁矿直接还原技术探讨王雪松攀枝花市科技局l 前言钒钛磁铁矿是一种含铁、钛、钒为主并伴生有少量铬、镍、钴、铂族、钪等多种可综合利用组分的矿物。
对钒钛磁铁矿进行开发利用研究的主要国家是南非、俄罗斯、新西兰和中国。
南非采用的是回转窑一电炉流程，主要回收铁和钒(震动罐提取钒渣)，电炉钛渣含30％左右二氧化钛，作为铺路或其他原料。
新西兰采用的也是回转窑一电炉流程，含二氧化钛28％-32％的钛渣没有利用，只回收了铁和钒(铁水包提钒)。
俄罗斯、中国攀钢和承钢采用高炉一转炉流程，只回收铁与钒(转炉提钒)，钛完全没有回收利用。
《攀枝花工业发展规划纲要(2004—2010年)》提出：2010年要达到年产1000万吨钢(其中攀钢本部年产钢60O万吨，地方企业年产钢400万吨)、20万吨钒渣和100万吨钛精矿的规模。
国家发改委明确要求限制发展容积小于1000立方米的高炉。
攀枝花地方企业受投资能力的限制，发展大容量高炉困难很大。
攀枝花“百年铁矿十年煤”资源不配套现状和炼焦煤的缺乏为攀钢进一步做大钢铁产业埋下隐患。
由于攀枝花特殊的陡峭山地条件，环境的承载能力较差，面对环境和资源的巨大压力，钒钛磁铁矿必须选择全面回收铁、钒、钛的综合利用道路。
近年来，以电炉炼钢短流程为标志的钢铁工业第三次技术革命使直接还原技术和生产有了突飞猛进的发展，沉寂了近l0年的攀西钒钛磁铁矿炼钢短流程开始复苏。
为此，本文分析总结了各种直接还原技术，对最具有产业化前景的环形转底炉工艺进行了探讨，提出攀枝花市发展直接还原技术的建议。
2 钒钛磁铁矿的特性及现有流程的弊端钒钛磁铁矿是多元素多种客晶矿物组成的以钛磁铁矿为核心的复合矿物。
在目前技术水平下选矿回收的主矿物钛磁铁矿是由磁铁矿(Fe3o4)、钛铁晶石(2FeTiO2)、钛铁矿(FeTi03)及镁铝尖晶石(MgAl204)等组成的类质象系列矿物，其中钛铁尖晶石及钛铁矿片晶石都具有强磁性，与磁铁矿致密共生，不能用机械方法分离，磁选出来的铁精矿Ti02含量高。
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。
钒钛磁铁矿直接还原工艺探讨
钒钛磁铁矿直接还原工艺探讨陈凌;张贤明;刘先斌;欧阳平【摘要】The direct reduction of vanadium-titanium magnetite is the key point of its comprehensive utili-zation . By summarizing the present research of the coal-based direct reduction and gas-based direct reduc-tion of vanadium-titanium magnetite,the characteristics of the coal-based direct reduction process and gas-based direct reduction process of vanadium-titanium magnetite are compared and analyzed. On this basis, the gas-based shaft furnace direct reduction process is analyzed, which can be applied to the efficient smelting of vanadium titanium magnetite in large-scale production. And the gas-based shaft furnace direct reduction process of vanadium-titanium magnetite which is suitable for the characteristics of resources in China is discussed.%钒钛磁铁矿的直接还原是实现钒钛磁铁矿综合利用的关键，在总结钒钛磁铁矿煤基直接还原和气基直接还原研究现状的基础上，对煤基直接还原工艺和气基直接还原工艺在钒钛磁铁矿还原上的特点进行了对比分析。
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。
钒钛磁铁矿球团气基还原粉化和膨胀实验研究
2020年第6期广东化工第47卷总第416期·17·钒钛磁铁矿球团气基还原粉化和膨胀实验研究杨柳，隋裕雷*(苏州大学，江苏苏州215006)本文以钒钛磁铁矿氧化球团为原料，考察了还原温度和气相成分对球团还结果表明钒钛磁铁矿球团还原粉化指数随温度的升高和气相成分的增大均呈现先增加后降低的趋势。
还原膨胀指数随温度的升高而增大，随的升高而减小。
钒钛磁铁矿；还原粉化；还原膨胀；气基还原Experimental Study on Gas-based Reduction Pulverization and Swelling ofVanadium Titano-magnetite PelletsYang Liu,Sui Yulei*(Soochow University,Suzhou215006,China)Abstract:Reduction pulverization and swelling are important indexes in gas-based shaft furnace systems.In this work,the effects of reduction temperature and gas phase composition on the reduction pulverization and swelling index of vanadium titano-magnetite pellets were investigated.The results show that with the increase of temperature and,the reduction pulverization index is increased at first and then decreased.The reduction swelling index increased with the increase of temperature and decreased with the increase of.Keywords:vanadium titano-magnetite；reduction pulverization；reduction swelling；gas-based reduction1前言钒钛磁铁矿是一种以铁、钛、钒为主并伴生有少量铬、镍、钴等多种可综合利用组分的复杂矿物[1-2]，在我国攀西、河北等地储量非常丰富。
钒钛磁铁矿冶炼新流程工业试验研究
钒钛磁铁矿冶炼新流程工业试验研究钒钛磁铁矿是一种重要的金属矿石，其中富含钒、钛等有价值的金属元素。
钒钛磁铁矿冶炼是从矿石中提取和分离这些金属元素的过程，其工业试验研究是为了优化冶炼工艺，提高冶炼效率和产品质量。
一、钒钛磁铁矿冶炼的传统流程传统的钒钛磁铁矿冶炼流程一般包括矿石破碎、磁选、焙烧、酸浸、还原、分离等步骤。
首先，需要对钒钛磁铁矿进行破碎，将其粉碎成适当的颗粒大小。
然后，通过磁选工艺，将磁性较强的磁铁矿和非磁性的石英等杂质分离。
接下来，将磁选后的矿石进行焙烧处理，将其中的结晶水和一些可燃物质去除。
然后，采用酸浸的方法，将矿石中的钒、钛等金属元素溶解出来。
最后，通过还原和分离等步骤，将溶液中的钒、钛等金属元素分离出来，得到纯度较高的钒和钛产品。
二、新的钒钛磁铁矿冶炼流程工业试验研究钒钛磁铁矿冶炼新流程的工业试验研究旨在改进传统流程中存在的问题，提高冶炼效率和产品质量。
具体而言，钒钛磁铁矿冶炼新流程主要包括以下几个方面的改进。
针对矿石破碎工艺，新流程可以采用更先进的碎矿设备，如颚式破碎机和圆锥破碎机，以提高破碎效率和矿石的粒度控制。
对于磁选工艺，新流程可以采用高梯度磁选机、湿式磁选机等新型设备，以提高磁选效果和磁选精度，减少矿石中的磁性杂质。
第三，针对焙烧工艺，新流程可以采用新型的焙烧设备，如流化床焙烧炉，以提高焙烧效果和能源利用效率。
对于酸浸工艺，新流程可以采用高效的酸浸体系，如硫酸浸出法、氯化浸出法等，以提高钒、钛等金属元素的溶解率和回收率。
针对还原和分离工艺，新流程可以采用新型的还原剂和分离剂，以提高金属元素的还原效率和分离纯度。
通过工业试验研究，可以验证新流程的可行性和优势，进一步优化各个环节的工艺参数和操作条件，提高冶炼的整体效率和经济效益。
三、新流程的优势和应用前景相比传统流程，新的钒钛磁铁矿冶炼流程具有以下优势：1. 提高冶炼效率：新流程采用了先进的设备和工艺，可以提高矿石的破碎、磁选、焙烧、酸浸等环节的效率，降低能耗和资源消耗。
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 ）
钒钛铁精矿制取还原铁粉工艺及改进途径探讨
Study of Process of Produc ing Reduced Iron Powder by Vanad ium 2titan ium 2Iron Concen tra tes and Im provem en t W ays W ang Yunhua1, 2 Peng J inhui1 Yang Bo1 Huang M engyang1
( 3 )从工业试验所得到的合格铁粉产率较低的 情况来看 ,主要是由于隧道窑加热不均匀 ,还原时间 不够 ,导致压块料内层未达到还原所要求的热工制 度。
另外 ,在工业试验中还反映出该工艺耐火材料 消耗大 、能耗大 、成品率低等弊端 ,因此最终由于成 本太高而被迫停产 。 1. 2. 2 回转窑 - 还原磨选法
在 1995年左右 ,中南大学采用冷固结球团直接 在回转窑中还原 ,通过磨选分离铁 、钛进行了制取铁 粉的实验室扩大试验研究 ,其工艺流程见图 2。
该工艺的适宜工艺条件及产品指标 : (1) 工艺条件 。 ①还原工序 。还原温度 1 100 ℃,还原时间 3 h,煤总用量 (碳 /铁 ) 68% ; ②磨选工 序 。破碎之后采用两段磨矿 、两次选别 ,一段磨矿粒 度 - 200目占 99% ,二段磨矿粒度 - 200目占 96% , 两次选别均采用磁选 。 (2) 产品指标 。 TFe为 92. 78% , TiO2 为 3. 68%。
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汪云华等 :钒钛铁精矿制取还原铁粉工艺及改进途径探讨 2006年第 1期
(1. 昆明理工大学 ; 2. 昆明贵金属研究所 )
基于FACTSage的钒钛磁铁矿配碳还原计算_刘许旸
第5卷第11期2010年11月885基于FACTSage的钒钛磁铁矿配碳还原计算刘许旸，白晨光，吕学伟，李东海，尹嘉清，伍永刚（重庆大学材料科学与工程学院，重庆 400044）摘 要：为了探索碳热还原钒钛磁铁矿的机理，运用FACTSage软件对钒钛磁铁矿碳热还原过程进行了理论计算。
结果表明，金属Fe和Ti的起始还原温度分别为700 ℃和1 300 ℃左右，随着温度的升高，液相中金属的生成量逐渐增加。
配碳量对金属液相的产生影响较大，配碳为16%时，出现金属液相的温度为1 550 ℃；配碳量大于18%时，金属液相产生的温度降低到1 180 ℃。
碱度对Fe回收率影响不大；而当碱度为0.4时，Ti的回收率最高。
当配碳量为20%、碱度为0.4时，Fe、Ti的还原效果最好。
关键词：钒钛磁铁矿；金属回收率；碳热还原中图分类号：TF512文献标志码：A 文章编号：1673－7180(2010)11－0885－5Theoretical study on carbon reduction of vanadiumbearing titan-magnetite based on FACTSageLiu Xuyang，Bai Chenguang，Lü Xuewei，Li Donghai，Yin Jiaqing，Wu Yonggang (College of Materials Science and Engineering, Chongqing University, Chongqing 400044, China)Abstract: In order to study the mechanism of the carbon reduction of vanadium bearing titan-magnetite in microwave, we conduct theoretic calculation for carbon reduction of vanadium bearing titan-magnetite in microwave by using FACTSage. The result of theoretic calculation shows that the metal Fe and Ti appeared when temperature was around 700 and℃ 1 300 ,℃ respectively. And with the increase of temperature, the amount of metals in the liquid raised.The carbon dosage has a great impact on the production of the liquid metal.The temperature of liquid metal phase starts to appear is 1 550 ℃ when carbon dosage is 16% and 1 180 ℃ when the carbon dosage is more than 18%. The basicity has little influence on reduction of Fe, but the recovery ratio of Ti seems to be the highest when the basicity is 0.4. Moreover, the recovery ratio of Fe and Ti is the highest when the carbon dosage is 20% and basicity is 0.4.Key words: vanadium bearing titan-magnetite；recovery ratio of metal；carbon reduction我国攀西地区拥有十分丰富的钒钛磁铁矿资源[1]。
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。
钒钛铁精矿内配碳球团高温快速直接还原历程
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。
钒钛磁铁矿转底炉直接还原工程化技术研究
作者简介 : 吴秋廷 ( 1969
) , 男 , 高级工程师 ;
E mail: w qt s j@ sina. com;
收稿日期 : 2010 01 30
第 11 期
吴秋廷 : 钒钛磁铁矿转底炉直接还原工程化技术研究 表1 Table 1 不同设备的钒钛磁铁矿直接还原试验结果
产品品位/ %
Fe
∃ 23 ∃
1
钒钛磁铁矿综合利用工艺流程
新流程试验期间, 先后探索了回转窑、 竖炉、 流
1. 1 不同设备的钒钛磁铁矿直接还原 化床等不同设备的钒钛磁铁矿直接还原工艺 , 详细 工艺参数和产品品位见表 1。 回转窑直接还原研究结果表明, 在 6 h 左右炉料 停留总时间不变的条件下 , 还原温度为 1 050 ∀ 时, 钒钛矿金属化率可达到 80% , 随着 温度的提高, 金 属化率呈增加趋势。 但同时也暴露出许多问题 , 最
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求 , 实现铁、 钒、 钛资源综合回收利用。但是用于钒 钛磁铁矿直接还原的转底炉工程化设计 , 目前国内 还不多见, 尤其是转底炉的布料技术、 高温出料技术 以及直接还原气氛和燃烧控制等, 并无过多的经验 和案例可资借鉴。为此 , 在实验室研究和工业试验 的基础上 , 攀钢建设年处理钒钛矿 10 万 t 的试验生 产线, 全面验证和完善钒钛矿直接还原 电炉深还 原的主体装备及工艺, 重点是直接还原转底炉, 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 , 为早日实现产业化生产提供技术支撑。
钒钛磁铁矿主要分布在中国的攀西、 承德和马 鞍山地区 , 其中攀西地区的保有储量达 100 亿 t 以 上, 是中国最大的钒钛磁铁矿矿床。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, 钛由于进入高炉渣, 目前尚无合理手段回收 利用 , 从而造成了钛资源的浪费。 20 世纪 70、 80 年 代, 国家组织了钒钛磁铁矿钢铁冶炼新流程科技攻 关( 以下简称新流程 ) , 探索采用直接还原技术冶炼 钒钛磁铁矿, 进而实现铁、 钒、 钛资源综合利用的合 理途径, 先后进行了先钒后铁、 先铁后钒等不同工艺 流程和竖炉、 流化床、 回转窑等不同设备形式的试验 研究。当时由于工艺、 设备水平和市场条件的限制 , 研究中遇到了一些无法解决的技术难题和经济不合 理因素, 因而没有实现工业化生产
承德钒钛磁铁矿固相还原-磁选分离研究
承德钒钛磁铁矿固相还原-磁选分离研究姜涛1余少武1薛向欣1白瑞国2陈东辉2徐静1韩晓禹1(1. 东北大学，材料与冶金学院，辽宁省冶金资源循环科学重点实验室，沈阳 110819；2. 河北钢铁股份有限公司承德分公司，承德 067102)摘 要 研究了配碳量、还原温度、保温时间、添加剂对承德钒钛磁铁矿固相还原过程的影响，考察了磁选强度对铁回收率以及V和Ti走势的影响。
结果表明：在C/O为1.2、还原温度1350℃、保温60min的条件下，还原效果最好，金属化率达到91.04%；在上述最佳条件下加入添加剂3%CaF2、3%Fe2O3、3%Na2CO3后金属化率能提高0.6%~1.8%；在磁选强度为240kA/m时，铁的回收率能达到94.99%，同时原料中的V和Ti也得到了富集，初步实现Fe、V与Ti的分离。
关键词 钒钛磁铁矿固相还原添加剂磁选Research on the Solid-phase Reduction and Magnetic Seperation ofChengde Vanadium TitanomagenetiteJiang Tao1Yu Shaowu1 Xue Xiangxin1 Bai Ruiguo2Chen Donghui2Xu Jing1 Han Xiaoyu1(1. School of Materials & Metallurgy, Northeastern University,Liaoning Key Laboratory for Recycling Science ofMetallurgical Resources, Shenyang, 110819;2. Chengde Branch of Hebei Iron and Steel Group Co., Ltd., Chengde, 067102)Abstract The influence of carbon oxygen ratio, reduction temperature, holding time and additives on direct reduction of vanadium-titanium magnetite is analyzed. The influence of magnetic separation strength on iron recovery, and the trend of V and Ti are also studied. The results showed that the C/O is 1.2, a reduction temperature is 1350℃, holding time is 60 minutes, the optimum reducing effect can be obtained, the metallization rate is 91.04%. With 3% of CaF2, 3% of Na2CO3 and 3% of Fe2O3 added under the best conditions, metallization rate increased 0.6% to 1.8%. When the magnetic separator strength is 240kA / m, the iron recovery rate can reach 94.99%, at the same the time beneficiation of V and Ti in the raw material and primary separation of Fe, V, Ti can be obtained.Key words vanadium-titanium magnetite, solid-phase reduction, additive, magnetic separation1引言钒钛磁铁矿是一种多元共生矿，主要以铁、钒、钛为主，并伴有铬、钻、镍、铜、抗、镓和铂族元素等有价元素，冶炼后不仅能获得金属铁，也能得到钒、钛、铬等有价元素，这为钒钛磁铁矿应用提供了多元化[1]。
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。
钒钛磁铁矿直接还原试验研究
钒钛磁铁矿直接还原试验研究钒钛磁铁矿是一种重要的矿石资源，其中含有丰富的钛和钒元素。
钛是一种广泛应用于航空、航天、冶金等行业的重要金属，而钒则是用于制造钢铁的重要添加剂。
因此，开发和利用钒钛磁铁矿资源具有重要的战略意义和经济价值。
在传统的钒钛磁铁矿冶炼过程中，通常采用浸出法进行矿石的提取和分离。
然而，这种方法存在着工艺复杂、设备投资大、能耗高等问题。
因此，开展钒钛磁铁矿直接还原试验研究，探索一种更加高效、环保的冶炼方法具有重要的意义。
钒钛磁铁矿直接还原试验研究的目的是通过研究和验证直接还原过程中的关键参数，寻找最佳的还原条件和工艺参数，以提高钒钛磁铁矿的冶炼效率和经济效益。
在试验研究中，首先需要选择合适的还原剂。
常用的还原剂包括焦炭、煤粉等。
通过对不同还原剂的试验对比，可以确定最佳的还原剂类型和用量，以提高还原效果和降低能耗。
需要确定合适的还原温度和还原时间。
还原温度是直接影响还原反应速率和还原程度的重要参数，而还原时间则是直接影响反应时间和产品质量的关键因素。
通过对不同温度和时间条件下的试验研究，可以找到最佳的还原温度和还原时间，以提高还原效率和产品质量。
还需要研究钒钛磁铁矿直接还原过程中的反应动力学特性。
通过对反应速率、反应机理等方面的研究，可以深入了解反应过程，并为工业生产提供科学依据。
在试验研究中，应充分考虑钒钛磁铁矿的物理化学性质、矿石成分、矿石粒度等因素的影响，并对试验结果进行综合分析和评价。
同时，还需对试验过程中的废气处理、废渣处理等环境问题进行研究，以确保试验过程的环保性和可持续性。
钒钛磁铁矿直接还原试验研究是一项具有重要意义的工作。
通过对关键参数和工艺条件的研究，可以提高钒钛磁铁矿的冶炼效率和经济效益，促进资源的合理利用和循环利用。
同时，该研究还可以为钒钛磁铁矿冶炼技术的改进和优化提供科学依据，推动我国冶金工业的可持续发展。
铁矿石制备还原铁粉的碳还原过程的实验研究
铁矿石制备还原铁粉的碳还原过程的实验研究!乐毅，陈述文，陈启平（长沙矿冶研究院，湖南长沙）摘要：采用焦炭和无烟煤作还原剂对磁铁精矿以及赤铁精矿进行了固态下碳还原研究。
研究结果表明，在现有海绵铁生产采用的温度范围（!），赤铁矿还原性能明显优于磁铁矿。
采用无烟煤作还原剂可以大大降低还原温度、缩短还原时间。
采用扫描电镜及射线衍射对还原产品进行了分析。
关键词：还原铁粉；固态还原；赤铁矿，，（，，，）：：；；还原铁粉包括氧化铁还原铁粉和钢水雾化铁粉。
其中还原铁粉颗粒呈不规则海绵状，具有较大的比表面，故有利于制造中低密度、中高强度的粉末冶金制品以及薄壁、长径比大或异形的机械零件，现已成为汽车用多类粉末冶金制品不可缺少的原材料［］。
还原铁粉生产国内外普遍采用法（又称两步法），即氧化铁通过碳还原和氢还原两步还原得到产品。
低碳沸腾钢的轧钢铁鳞和高纯的超级铁精矿均可作为还原铁粉的原料。
我国生产还原铁粉的原料基本为轧钢铁鳞，而国外生产还原铁粉的原料基本为超纯铁精矿石。
超纯铁精矿粉与轧钢铁鳞相比，具有稳定性高，制得的铁粉颗粒更为疏松多孔，因而可以制得更高强度的烧结制品。
高纯铁精矿的固体碳还原原理在碳基固态直接还原过程中，还原剂的用量一般都会超过固体碳的理论需要量，铁精矿碳还原的主要反应如下［!］：!!!（）!!!（）反应（）为贝波反应，被还原后生成的按式（）再生成，故最终反应为：!!!（）反应（）即为直接还原反应，该反应为强吸热反应。
故还原焙烧温度的升高有利于直接还原反应的加快；另外，当温度升高后，还原剂碳的反应活性提高，反应率提高，所以升高温度可促进产品金属化，降低直接还原铁中的氧含量。
但温度的升高超过一定值后，由于反应器中的和易生成铁橄榄石（·），该物质的熔点仅为，所以温度太高，将生成极难还原的·并发生软化和熔化使海绵铁孔隙下降、铁矿石还原率降低并影响到产品指标。
在粗还原过程中，铁氧化物被还原，铁粉颗粒烧结与渗碳。
南非钒钛磁铁矿流化床直接还原实验研究
南非钒钛磁铁矿流化床直接还原实验研究彭宁;邱朝阳【摘要】In a lab test with a simulated industrial operation temperature and atmosphere, the vanadium-bearing titanomagnetite from South Africa was directly reduced in a fluidized bed, and the relationship between metallization degree of the reduced product and reduction time was investigated. It is found that reduction process at a temperature of 850 ℃ for 60 min,with φ(H2)/φ(CO)=3,the metallization degree of the obtained product can reach 90.24%,up to the requirement for the following melting section in an electric furnace.Based on that,the relationship between reduction degree and reduction time was also deduced through mathematical models. The reduction process was proven to be controlled by interface chemical reaction,and the apparent activation energy was 43.831 kJ/mol based on calculation.%模拟工业操作温度和气氛,在实验室条件下系统研究了南非钒钛磁铁矿流化床直接还原产物金属化率随还原时间的变化规律.当还原温度为850 ℃、φ(H2)/φ(CO)=3时,还原60 min后产物的金属化率可达90.24%,能够满足后续工段电炉熔分的要求.在此基础上,推导了还原度与时间的关系,证明了还原过程受界面化学反应控制,表观活化能为43.831 kJ/mol.【期刊名称】《矿冶工程》【年(卷),期】2018(038)002【总页数】4页(P95-98)【关键词】钒钛磁铁矿;流化床;直接还原;金属化率;表观活化能【作者】彭宁;邱朝阳【作者单位】湖南金能科技股份有限公司,湖南长沙410012;湖南金能科技股份有限公司,湖南长沙410012【正文语种】中文【中图分类】TF111钒钛磁铁矿直接还原冶炼以其工序简单、能耗低等优点正逐渐成为冶金界关注的焦点［1－2］。
提钒后钒钛磁铁精矿直接还原研究
提钒后钒钛磁铁精矿直接还原研究韩吉庆;张力;崔东;陈晓;涂赣峰【摘要】First, the possibility for reduction of iron oxide at temperature of 950~1100℃by using FactSage software was analysed. Vanadium - titanium magnetite concentrate extracted vanadium and anthracite were mixed in aproportion and pressed into samples. And then direct reduction of the samples was performed. Effects of content of anthracite, particle size of the raw materials, reduction temperature and reduction time on the metallization ratio of the reduction product were studied. Phases of the reduction product were characterized by X-ray diffraction. The results showed that reduction can carry out at the temperatures mentioned above. When content of the anthracite is 18%( mass fraction) , particle size of the raw ma terials is less than 75 μm, temperature is 1100 ℃, reduction time is 90 minutes, the metallization ratio of the reduced product can reach 99. 18%. Phases of the reduced product mainly contain iron, anosovite and silicate.%首先运用FactSage软件从理论上分析了铁氧化物的还原反应在还原温度950~1100℃ 下发生的可能性,然后将提钒后钒钛磁铁精矿与无烟煤按比例混匀、压样后进行直接还原实验,研究无烟煤添加量、原料粒度、还原温度、还原时间对还原产物金属化率的影响,并采用X射线衍射分析还原产物的物相变化.结果表明:在本论文还原温度下,还原反应在理论上是可以进行的.当无烟煤添加量(质量分数)为18%、原料粒度<75μm、还原温度为1100℃ 、还原时间为90 min时,还原产物的金属化率可达99.18%,还原产物的物相主要为金属铁、黑钛石以及硅酸盐.【期刊名称】《材料与冶金学报》【年(卷),期】2018(017)002【总页数】7页(P101-106,113)【关键词】提钒后钒钛磁铁精矿;直接还原;金属化率;物相分析【作者】韩吉庆;张力;崔东;陈晓;涂赣峰【作者单位】东北大学冶金学院, 沈阳 110819;东北大学冶金学院, 沈阳 110819;东北大学冶金学院, 沈阳 110819;东北大学冶金学院, 沈阳 110819;东北大学冶金学院, 沈阳 110819【正文语种】中文【中图分类】TF55钒钛磁铁矿是一种以铁、钛、钒为主，同时含有少量镍、钴、铬等多种有价元素的矿物,综合利用价值高.我国的钒钛磁铁矿资源丰富，仅攀西地区的钒钛磁铁矿储量就高达100亿t[1].传统的高炉—转炉流程只能提取其中的铁和钒，钛进入高炉渣中，形成含钛高炉渣，目前还没有经济可行的方法对高炉渣中的钛提取利用，只能堆放，这既是钛资源的浪费，又造成了环境的污染[2-5].虽然直接还原是钒钛磁铁矿综合利用的有效手段，但是钒钛磁铁矿是一种复合矿，铁和钛紧密共生，钒以类质同相的形式赋存于钛磁铁矿中，因而存在还原温度高、金属化率低的问题.为此，开发低温高金属化率的直接还原技术，将丰富的资源优势转化为巨大的经济优势，对促进我国经济发展具有重要意义.洪陆阔等[6]研究结果表明，当硼砂添加量(质量分数)为0.5%、n(C)/n(O)=1.4、还原温度1 300 ℃、还原时间30 min时，还原产物的金属化率达到96%.陈德胜等[7]研究结果显示，当还原温度为1 200 ℃、还原时间为120 min时，添加(质量分数)3.0%Na2CO3，还原产物的金属化率达到96.5%.王红兵等[8]实验结果表明，在 n(C)/n(O)=1.0、还原温度为1 350 ℃、还原时间25 min的条件下，还原产物的金属化率最高为94.59%.都兴红等[9]实验结果显示，还原温度1 100 ℃，n(C)/n(O)=1∶1，磨矿粒度控制在75～150 μm之间，还原产物的金属化率为80%.上述报道均为钒钛磁铁矿直接还原研究，且普遍存在还原温度高、金属化率低的缺点，而对于提钒后钒钛磁铁矿直接还原鲜有报道.本论文以提钒后钒钛磁铁精矿和无烟煤为原料，对其进行直接还原实验，研究无烟煤添加量、原料(提钒后钒钛磁铁精矿和无烟煤)粒度、还原温度、还原时间对还原效果的影响，找出较佳的还原条件来实现提钒后钒钛磁铁精矿的低温高金属化率直接还原.1 实验1.1 实验原料直接还原实验的对象为辽西地区的提钒后钒钛磁铁精矿，其主要化学成分如表1所示，其XRD图谱如图1所示.实验所用还原剂为无烟煤，其化学成分如表2所示. 表1 提钒后钒钛磁铁精矿的主要化学成分(质量分数)Table 1 Main chemical components of V-Ti magnetite concentrate extracted vanadium (mass fraction) %Fe2O3TiO2SiO2CaOAl2O3V2O5MgOMnONa2O56.8916.369.603 .444.010.433.910.443.83图1 提钒后钒钛磁铁精矿的X射线衍射图Fig.1 X-ray diffraction pattern of V-Ti magnetite concentrate extracted vanadium由表1可知，提钒后钒钛磁铁精矿的铁含量较低，钛含量较高，由于原料经过钠化焙烧—水浸提钒处理，故钒含量较低，其次还含有少量的铝、钙、镁、锰、钠等元素.由图1可知，提钒后钒钛磁铁精矿主要含铁矿物为Fe2O3(Hematite)，主要含钛矿物为Fe2TiO5(Pseudobrookite, syn)，主要脉石相为Ca12Al14O33(Mayenite, syn).吕亚男等[10-11]研究结果表明，预氧化能使结构致密的钒钛磁铁矿变得疏松多孔，这种变化能够有效地提高还原剂与钒钛磁铁矿的接触点.刘征建等[12]研究发现，假板钛矿的生成提高了球团的还原性能，即碳还原假板钛矿的速度明显快于还原钛铁矿的速度以及钛铁矿由稳定的尖晶石变为不稳定的假板钛矿.本论文的原料(提钒后钒钛磁铁精矿)是钒钛磁铁精矿经过钠化焙烧—水浸提钒得到的产物，钠化焙烧是在氧化性气氛下进行的，故提钒后钒钛磁铁精矿相当于经过了预氧化处理，同时，从图1中可以看出，提钒后钒钛磁铁精矿中含有假板钛矿(Fe2TiO5)，所以本论文的原料具有上述特点.由于提钒后钒钛磁铁精矿是钒钛磁铁精矿经过钠化焙烧—水浸提钒后的产物，所以提钒后钒钛磁铁精矿中含有钠盐，而钠盐的存在有利于还原反应的进行.因为还原过程中产生的气态金属钠进入浮氏体(FexO)的晶格中，发生晶格畸变，使得还原反应的活化能降低，反应速率加快，此外气态金属钠能够为金属铁的形成提供晶核，使金属铁优先在这里长大[13-15].综上所述，提钒后钒钛磁铁精矿比普通的钒钛磁铁精矿更容易被还原，这也为提钒后钒钛磁铁精矿的低温高金属化率直接还原奠定了基础.1.2 实验方法将提钒后钒钛磁铁精矿用棒磨机(型号：XMB-68，厂家：湖北探矿机械厂)磨到75～150 μm、<75 μm，同时把无烟煤也磨至75～150 μm、<75 μm，然后按比例用罐磨机(型号：GM-D咸阳金宏通用机械有限公司)进行混和，混料时间为5h.用液压式压样机压成圆柱状样品，规格：直径×高=30 mm×10 mm，压力为40 MPa.当炉温升到指定温度时，将样品装入石墨坩埚，然后在电阻炉中进行还原焙烧，实验过程中要通氩气(99.9%(质量分数)，沈阳四方气体有限公司)作为保护气体，氩气流量统一控制在2 L/ min，当炉温低于100 ℃时，取出还原产物.测定还原产物的金属铁含量和全铁含量，由公式(1)计算出还原产物的金属化率，并结合还原产物的物相分析(荷兰Panalytical公司X’Pert Pro MPD /PW3040型X 射线衍射仪)确定较优的还原条件.表2 无烟煤的成分(质量分数)Table 2 Compositions of the anthracite (mass fraction) %固定碳挥发分硫灰分灰分成分SiO2Al2O3CaOFe2O3MgO其他79.276.320.7413.674.102.053.221.910.411.98(1)式中：η为金属化率，MFe为还原产物的金属铁含量，TFe为还原产物的全铁含量.2 结果与讨论2.1 铁氧化物的热力学分析为简化起见，不研究提钒后钒钛磁铁精矿中杂质氧化物的还原反应，忽略各组分之间复杂的固溶效应，则含铁氧化物主要为Fe2O3、Fe2TiO5，其主要还原反应如下：3Fe2O3+C=2Fe3O4+CO(2)Fe3O4+C=3FeO+CO(3)FeO+C=Fe+CO(4)Fe2O3+3C=2Fe+3CO(5)Fe3O4+4C=3Fe+4CO(6)Fe2TiO5+TiO2+C=2FeTiO3+CO(7)2FeTiO3+C=FeTi2O5+Fe+CO(8)FeTiO3+C=Fe+TiO2+CO(9)3FeTiO3+4C=3Fe+Ti3O5+4CO(10)2FeTiO3+3C=2Fe+Ti2O3+3CO(11)由热力学软件FactSage可以得到不同温度下的然后采用回归分析法作图，所得铁氧化物还原反应的方程式如表3所示.由表3可知，在本论文还原温度下(1 223～1 373 K 即950～1 100 ℃)，除了当还原温度为1 223 K (950 ℃)时，化学反应(10)、(11)不能进行外，在其它还原温度下，上述铁氧化物的还原反应均能进行，故提钒后钒钛磁铁精矿的低温直接还原在理论上是可行的.此外，从表3还可以看出，FeTiO3的初始反应温度均高于Fe2O3的各级反应温度，说明FeTiO3比Fe2O3的各级反应较难进行.表3 铁氧化物还原反应的方程式Table equations of iron oxides reduction reactions化学反应式ΔGT-T方程式(J·mol-1)(300～2 000 K)ΔGT=0时温度/K(2)ΔGT=132010.8-222.8 T593(3)ΔGT=196469.2-201.8T974(4)ΔGT=151244.8-151.0 T1 002(5)ΔGT=477472.7-510.8T935(6)ΔGT=650203.6-654.8 T993(7)ΔGT=102645.3-179.7T571(8)ΔGT=200610.7-173.1 T1 159(9)ΔGT=174766.2-154.7 T1130(10)ΔGT=782871.0-635.4 T1 232(11)ΔGT=613251.3-488.8 T1 2552.2 无烟煤添加量对还原效果的影响选用提钒后钒钛磁铁精矿和无烟煤的粒度均为75～150 μm，还原温度设置为1 050 ℃，还原时间固定为90 min，无烟煤添加量(质量分数)分别为16%、18%、20%和22%，所得还原产物的金属化率曲线、XRD图谱如图2、3所示.图2 无烟煤添加量对金属化率的影响Fig.2 Effect of content of anthracite on metallization ratio图3 不同无烟煤添加量下还原产物的X射线衍射图Fig.3 X-ray diffraction patterns of reduced products with different content of anthracite表4 不同无烟煤添加量下还原产物的物相Table 4 Phases of reduced products with different content of anthracite无烟煤添加量%物相16Fe、Al0.7Fe3Si0.3、FeTiO3、Ti2O3、Mg3V2O8、 Ca2SiO418Fe、FeTiO3、Ti2O3、Mg3V2O8、Ca2SiO420Fe、FeTiO3、Ti2O3、Mg3V2O8、Ca2SiO422Fe、FeTiO3、CaTi21O38、Mg3V2O8、Ca2SiO4、C由图2可知，随着无烟煤添加量(质量分数)的增加，还原产物的金属化率呈现先上升后下降的趋势.当无烟煤添加量由16%增加到18%时，还原产物的金属化率由81.94%升高至86.11%，当无烟煤添加量继续增加到20%时，还原产物的金属化率下降到85.19%.出现上升趋势是因为随着无烟煤添加量的增加，固体碳颗粒与矿粉颗粒的接触点越多，反应面积越大，还原越彻底.当无烟煤含量增加到一定程度后，却出现下降的趋势，这是由于无烟煤添加过量造成的，具体为金属铁增加的速度低于残留无烟煤和灰分增加的总速度，后面的物相分析证明了这一观点.综上所述，为获得较好还原效果，无烟煤添加量不宜过高，控制在18%即可.由图3及表4可知，当无烟煤添加量为16%时，还原产物中存在Al0.7Fe3Si0.3、FeTiO3.当无烟煤添加量增加到18%时，Al0.7Fe3Si0.3消失，还原出更多的金属铁，所以还原产物的金属化率出现上升的趋势.当无烟煤添加量增加到20%时，还原产物的物相没有变化，此时无烟煤的添加量应该是过量的，只是因为过量的数值比较小，没有被X射线衍射仪检测出来，这解释了还原产物金属化率下降的原因.当无烟煤添加量继续增加到22%时，Ti2O3消失，出现CaTi21O38和C，说明无烟煤添加过量.此外，钛铁矿的衍射峰显著减少，表明大量的钛铁矿被还原，但此时金属铁增加的速率低于残留无烟煤和灰分增加的总速率，还原产物的金属化率继续下降.2.3 原料粒度对还原效果的影响还原温度为1 050 ℃，还原时间为 90 min，无烟煤添加量(质量分数)为18%，原料粒度(提钒后钒钛磁铁精矿和无烟煤)分别为75～150 μm、<75 μm，所得还原产物的XRD图谱如图4所示.图4 不同粒度下还原产物的X射线衍射图Fig.4 X-ray diffraction patterns of reduced products with different material sizes表5 不同粒度下还原产物的物相Table 5 Phases of reduced products with different material sizes原料粒度μm物相75～150Fe、FeTiO3、Ti2O3、Mg3V2O8、CaSiO4<75Fe、MgTi2O5、MgV2O5、CaSiO3随着提钒后钒钛磁铁精矿和无烟煤的粒度从75～150 μm 减小至<75 μm，还原产物的金属化率由86.11%增加到93.35%，涨幅为7.24%，可以看出原料粒度对还原效果的影响比较大.这是因为提钒后钒钛磁铁精矿的结构比普通的钒钛磁铁精矿疏松多孔，再配合原料粒度的减小，使得还原反应的表面积大幅增加，还原反应更加完全，故金属化率显著增高.为获得较佳的还原效果，将提钒后钒钛磁铁精矿和无烟煤的粒度控制在<75 μm.由图4及表5可知，当原料粒度由75～150 μm 减小至<75 μm 时，前者还原产物中含有钛铁矿，后者还原产物中含铁相仅为金属铁，说明原料粒度的减小有利于钛铁矿的还原，这解释了金属化率大幅升高的原因.2.4 还原温度对还原效果的影响采用粒度<75 μm的提钒后钒钛磁铁精矿和无烟煤，其中无烟煤的添加量(质量分数)为18%，还原温度分别为950、1 000、1 050和1 100 ℃，在90 min的还原时间下焙烧，所得还原产物的金属化率曲线、XRD图谱如图5、6所示.图5 还原温度对金属化率的影响Fig.5 Effect of temperature on metallization ratio图6 不同还原温度下还原产物的X射线衍射图Fig.6 X-ray diffraction patterns of reduced products with different reduction temperatures从图5可知，随着还原温度的升高，金属化率不断增加.这是因为在铁氧化物的还原过程中，主要为FeO的还原，而FeO的固体碳还原为强吸热反应[16]，还原温度的升高，不仅有利于Fe2+的还原，还可以提高还原反应的速度.以1 000 ℃为界，随着还原温度的增加，还原产物的金属化率呈现前期快速增加后期慢速增加的趋势，这是因为在还原温度为1 000 ℃时，容易还原的赤铁矿(主要含铁相)已经还原完全，较难还原的钛铁矿(次要含铁矿)还原不完全，前面的热力学分析以及后面的还原产物物相分析也证明了这一点.综上所述，为获得较佳的还原效果，还原温度应选择1 100 ℃.由图6及表6可知，当还原温度为950 ℃时，还原产物中存在钛铁矿和磁铁矿，说明还原反应不完全，故此时的金属化率较低.当温度升高至1 000 ℃ 时，磁铁矿消失，钛铁矿的衍射峰减少，表明铁氧化物被大量还原，因此出现图5中还原产物的金属化率大幅提高的现象.当温度升高至1 050 ℃时，钛铁矿消失，且含铁相仅为金属铁，说明还原反应比较完全，故继续升高温度物相没有变化.表6 不同还原温度下还原产物的物相Table 6 Phases of reduced products with different reduction temperatures还原温度℃物相950Fe、Fe3O4、FeTiO3、Mg3V2O81 000Fe、FeTiO3、CaTi21O38、MgV2O51 050Fe、MgTi2O5、MgV2O51100Fe、MgTi2O5、MgV2O52.5 还原时间对还原效果的影响采用原料粒度<75 μm的提钒后钒钛磁铁精矿和无烟煤，其中无烟煤的添加量(质量分数)为18%，还原温度固定为1 100 ℃，还原时间分别为30、60、90和120 min，所得还原产物的金属化率曲线、XRD图谱如图7、8所示.图7 还原时间对金属化率的影响Fig.7 Effect of reduction time on metallization ratio图8 不同还原时间下还原产物的X射线衍射图Fig.8 X-ray diffraction patterns of reduced products with different reduction time由图7可知，随着还原时间的增加，还原产物的金属化率呈现前期快速增加后期慢速增加的现象.以90 min为界限，当还原时间由30 min增加至90 min时，还原产物的金属化率由93.78%增加到99.18%，涨幅较大.当还原时间由90 min增加到120 min时，还原产物的金属化率增加到99.47%，涨幅微小.这是因为，在还原反应前期，无烟煤充足，反应速度较快，还原性气氛良好，随着还原时间的增加，无烟煤的含量不断减少，反应速度变小，还原性气氛变差.综上所述，较佳的还原时间应为90 min.由图8及表7可知，随着还原时间的增加，还原产物的主要物相组成相同，均为Fe、MgTi2O5、MgV2O5.这是因为此时的还原温度相对较高(对于普通的钒钛磁铁精矿1 100 ℃属于低温，但是本论文的提钒后钒钛磁铁精矿本身疏松多孔，再配合粒度的减小，使其能在较低的温度下完成高金属化率还原)，还原反应的速度比较快，即使还原时间为30 min，还原产物的金属化率就已经达到93.78%，还原反应进行得比较完全，故继续延长还原时间，还原产物的主要物相组成保持不变. 表7 不同还原时间下还原产物的物相Table 7 Phases of reduced products withdifferent reduction time还原时间/min物相30Fe、MgTi2O5、MgV2O560Fe、MgTi2O5、MgV2O590Fe、MgTi2O5、MgV2O5120Fe、MgTi2O5、MgV2O53 结论(1)铁氧化物的热力学分析表明，在本论文还原温度范围内(1 223～1 373 K即950～1 100 ℃)，提钒后钒钛磁铁精矿的低温直接还原在理论上是可行的.(2)疏松多孔的提钒后钒钛磁铁精矿配合原料粒度的适当减小，极大地提高了还原反应的面积，优化了还原条件.(3)较佳的工艺条件：无烟煤添加量(质量分数)为18%，原料粒度<75 μm，还原温度为1 100 ℃，还原时间为90 min，还原产物的金属化率可达99.18%.参考文献:[1] 邓君, 薛逊, 刘功国.攀钢钒钛磁铁矿资源综合利用现状与发展[J].材料与冶金学报, 2007, 6(2)：83-86.(Deng Jun, Xue Xun, Liu Gongguo.Current situation and development of comprehensive utilization of vanadium-bearing titanomagnetiteat Pangang[J].Journal of Materials and Metallurgy, 2007, 6(2):83-86.)[2] 苟淑云.对提高攀枝花钛资源利用率的思考[J].钢铁钒钛, 2009, 30(3)：89. 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