一种电炉冶炼钒钛磁铁矿的造渣方法

摘要

本发明公开了一种电炉冶炼钒钛磁铁矿的渣型制度，属于钒钛矿综合利用领域，原料采用低硅钒钛磁铁精矿，钒钛磁铁精矿预还原产品送入电炉进行冶炼，电炉冶炼中按照CaO:SiO2(质量比)＝0.6～1.0，MgO:TiO2(摩尔比)＝(1.1～0.8):1添加含钙、含镁熔剂调控炉渣组成，炉渣中主要含钛物相为偏钛酸镁相。本发明提出的渣型制度可实现电炉冶炼中钒进铁水、钛进渣的有效控制，所得的含钒铁水可采用转炉提钒回收钒，含钛炉渣满足硫酸法钛白原料要求，可实现钒钛磁铁矿中铁、钒、钛的综合利用；冶炼过程钒钛走向易控制，冶炼操作难度低。

权利要求

1.一种电炉冶炼钒钛磁铁矿的造渣方法，其特征在于包括：

将钒钛磁铁矿预还原产品、含钙熔剂、含镁熔剂和还原剂按设定比例加入到电炉中进行深还原，冶炼温度为1550 1650℃，渣铁分离后，得到含钒铁水和含钛炉渣，含钛炉渣的主~要含钛物相为偏钛酸镁相，所得含钒铁水用于转炉提钒，含钛炉渣可采用硫酸法提钛；

冶炼中，钙含量按照炉渣组成CaO与SiO2的质量比为0.6~1.0加入含钙熔剂；镁含量按照炉渣组成MgO与TiO2的摩尔比为（1.1~0.8）:1加入含镁熔剂。

2.根据权利要求1所述的一种电炉冶炼钒钛磁铁矿的造渣方法，其特征在于，所述钒钛磁铁矿预还原产品中的SiO2含量低于4%。

3.根据权利要求1所述的一种电炉冶炼钒钛磁铁矿的造渣方法，其特征在于，所加入的含钙熔剂包括但不限于石灰、石灰石、白云石、生石灰、氧化钙、碳酸钙。

4.根据权利要求1所述的一种电炉冶炼钒钛磁铁矿的造渣方法，其特征在于，所加入的含镁熔剂包括但不限于白云石、菱镁石、氧化镁、碳酸镁。

说明书

一种电炉冶炼钒钛磁铁矿的造渣方法

技术领域

[0001] 发明属于钒钛矿综合利用领域，具体涉及一种电炉冶炼钒钛磁铁矿的造渣方法。

背景技术

[0002] 我国的钒钛磁铁矿资源储量巨大，但总体开发利用程度还很低，以攀西地区钒钛磁铁矿资源为例，在以钢铁为主导的生产工艺中，目前钛和钒的回收利用率不高，资源浪费严重，因此，提高我国钒钛磁铁矿资源的综合利用水平，对我国钢铁及钒钛产业发展具有重要的意义。

[0003] 目前针对钒钛磁铁精矿的处理方法中，非高炉法均可实现全钒钛矿冶炼，铁、钒、钛回收率高，而高炉冶炼中，焦炭既作为还原剂又作为燃料提供冶炼所需温度，造成高炉内还原势较强。在冶炼钒钛磁铁矿时，焦炭区域一直处于碳过剩状态，易造成渣中钛氧化物过还原生成碳氮化钛等高熔点物质，使炉渣变黏稠，流动性差，渣难出，渣中带铁多，铁损高。为了抑制此区域钛氧化物的还原，高炉法采用了配加普通矿降低渣中的TiO2含量，进而降低TiO2的活度，以达到抑制钛氧化物过还原，减少碳氮化钛生成，保证渣铁分离及冶炼顺行的目的，但配加普通铁矿降低了高炉渣中TiO2含量，生产的高炉含钛炉渣中TiO2含量低（TiO2的质量分数在20%-25%左右）无法经济回收利用，仅能回收铁和钒。与高炉法相比，预还原-电炉法在铁钒钛回收、生产规模、环境保护等方面具有较大优势。

[0004] 预还原-电炉法具体过程为：先将钒钛磁铁精矿进行预还原，预还原产品在电炉内进行冶炼，可在电炉内完成铁、钒、钛的分离。从冶炼过程上看，预还原-电炉法冶炼时，加热过程是由电能转化提供，配入的焦炭只作还原剂，还原势可控，这就降低了冶炼过程的控制难度，这是其可实现全钒钛矿冶炼的主要原因，同时炉渣钛品位高，为钛的回收利用创造了有利条件。

[0005] 电炉冶炼钒钛磁铁矿过程根据冶炼中钒的走向，可分为电炉熔分流程和电炉深还原流程两大类。电炉熔分流程是将预还原的钒钛磁铁精矿在电炉内熔化分离，钒和钛富集于渣相，从渣相提取钒钛。电炉深还原流程是将预还原的钒钛磁铁精矿产品在电炉内进行深还原，使钒进入铁水，钛富集于渣相。对于电炉熔分流程存在的主要问题是所要求的原料金属化率比较高，后续提钒、钛困难，且钒含钛炉渣处理流程长，生产能耗高。对于电炉深还原流程来说，其优点是有利于回收钒，同时深还原后处理流程较电炉熔分流程短，生产能耗低，环境污染相对小，国外南非及新西兰都采用电炉深还原冶炼钒钛磁铁矿。另一方面，采用电炉熔分得到的钒含钛炉渣量远大于电炉深还原过程得到的钒渣量，对钒渣的处理量也会更多，由于提钒过程环境污染严重，而电炉深还原流程后续提钒技术成熟，并且提钒过程物料处理量相对低，环境污染负荷相对较小，有利于环境污染的控制，但电炉深还原流程铁钒钛走向控制较为困难，如能解决钒钛走向问题，电炉深还原流程作为电炉冶炼工序较为理想。

[0006] 针对电炉深还原存在的渣铁分离困难，钒钛走向难控制等问题，国外南非和新西兰等企业在冶炼过程中加入石英及白云石，采用过量造渣的工艺控制钛氧化物的过还原，虽可使冶炼顺利进行，渣铁分离良好，但只能回收铁和钒，所得含钛炉渣TiO2品位只有30-35％左右，且主要含钛物相为酸解性差的钙钛矿相，其中的钛资源无法得到有效回收利用。
四川龙蟒集团及攀钢采用转底炉直接还原-电炉深还原流程冶炼钒钛磁铁矿，在冶炼过程中为保证含钛炉渣TiO2品位，采用不造渣工艺，虽可得到TiO2品位50%左右的含钛炉渣，但不利于钒钛走向控制，存在渣铁分离效果差、冶炼过程难控制、电炉内衬侵蚀严重等问题，目前已经停止运行。综上可知，目前尚无一个适宜的渣型制度既可实现钒钛磁铁矿电炉冶炼过程钒钛走向控制，又能实现钛资源回收，这严重限制了我国预还原-电炉法综合利用钒钛磁铁矿的工业化应用。

发明内容

[0007] 针对现有技术中钒钛磁铁矿冶炼过程中存在钛、钒氧化物还原走向难控制渣铁难分离、炉衬侵蚀严重、钛资源难回收等问题，本发明的目的是提供一种可实现钒钛磁铁矿电炉冶炼过程钒钛走向控制以及钛回收的渣型制度，降低冶炼操作难度，为预还原-电炉法综合利用钒钛磁铁矿的工业应用提供技术支撑。

[0008] 本发明提供以下技术方案：一种电炉冶炼钒钛磁铁矿的造渣方法，包括：

[0009] 将钒钛磁铁矿预还原产品、含钙熔剂、含镁熔剂和还原剂按设定比例加入到电炉中进行深还原，冶炼温度为1550 1650℃，渣铁分离后，得到含钒铁水和含钛炉渣，含钛炉渣~的主要含钛物相为偏钛酸镁相（MgTiO3），所得含钒铁水用于转炉提钒，含钛炉渣可采用硫酸法提钛；

[0010] 冶炼中，钙含量按照炉渣组成CaO：SiO2（质量比）=0.6 1.0加入含钙熔剂；镁含量~按照炉渣组成MgO:TiO2（摩尔比）=（1.1 0.8）:1加入含镁熔剂。
~

[0011] 进一步，所述钒钛磁铁矿预还原产品中的SiO2含量低于4%。

[0012] 进一步，所加入的含钙熔剂包括但不限于石灰、石灰石、白云石、生石灰、氧化钙、碳酸钙。

[0013] 进一步，所加入的含镁熔剂包括但不限于白云石、菱镁石、氧化镁、碳酸镁。

[0014] 本发明采用偏钛酸镁（MgTiO3）作为造渣主要物相，还原生成使炉渣变稠的碳化钛的温度高，有利于抑制钛的还原，降低冶炼操作难度；偏钛酸镁酸解性能好，以其作为钛渣的主要物相有利于后续硫酸法回收钛。冶炼钒钛磁铁矿时钛氧化物过还原产生的碳化钛或碳氮化钛易造成炉渣黏度增加，渣铁分离困难甚至冶炼无法顺行。为了抑制钛氧化物的还原，增加渣中钛氧化物的还原难度，渣中的含钛物相应该主要以难还原的钛氧化物为主。在标准状态下，CaTiO3、MgTiO3、MgTi2O5还原到碳化钛的温度分别为1863K、1659K和1629K。钙钛矿虽然更难还原，但钙钛矿相酸解性差，若以钙钛矿为造渣物相则后续钛资源难以采用成熟的硫酸法进行回收，而含镁物相偏钛酸镁则酸解性好，还原温度也较高，可作为造渣主要物相，有利于实现抑制钛还原同时保证钛资源可回收利用的目的。由于低价钒氧化物属于碱性氧化物，适当提高炉渣碱度有利于促进钒还原进入铁水，实现钒钛走向的控制。

[0015] 本发明的优点在于：

[0016] 本发明提出的渣型制度，可实现全钒钛矿冶炼，生产的含钒铁水可通过转炉回收铁和钒，生产的钛渣以偏钛酸镁为主要含钛物相，酸解性好，可作为硫酸法钛白的原料，实现了钒钛磁铁矿的综合利用；采用低硅钒钛磁铁精矿作为原料在适量造渣后也能保证所得钛渣具有较高的TiO2品位，从而满足后续硫酸法制备钛白粉的要求；采用偏钛酸镁作为造渣物相有利于抑制钛氧化物的还原并促进钒氧化物的还原，降低了冶炼操作难度，实现了电炉冶炼中钒进铁水、钛进渣的有效控制；由于电炉冶炼钒钛磁铁矿过程中，镁含量低的炉渣易侵蚀含镁炉衬，采用偏钛酸镁作为造渣物相，炉渣的镁含量高，可降低炉渣对电炉炉衬的侵蚀，延长使用寿命，降低生产成本。

具体实施方式

[0017] 下面通过实施例来进一步说明本发明的具体实施方式，但本发明的具体实施方式不局限于以下实施例。

[0018] 本实施例采用的钒钛磁铁矿预还原球团主要组成如下：TFe=71.37%，MFe=64.56%，TiO2=15.53%，SiO2=3.71%。

[0019] 实施例1

[0020] 将钒钛磁铁精矿预还原球团、含钙熔剂、含镁熔剂和还原剂按比例加入电炉中，按照MgO: TiO2摩尔比0.8:1加入氧化镁熔剂，按照钒钛磁铁精矿预还原产品组成预配碱度0.8（质量比CaO：SiO2），冶炼温度1550℃，冶炼时间60min，配碳量2%，分离得到含钒铁水和含钛炉渣，所得含钒铁水用于转炉提钒，可得到含TiO2=48.15%的含钛炉渣，含钛炉渣的主要物相为偏钛酸镁，含钛炉渣可采用硫酸法制取钛白粉。

[0021] 实施例2

[0022] 将钒钛磁铁精矿预还原产品、含钙熔剂、含镁熔剂和还原剂按比例加入电炉中，按照MgO: TiO2摩尔比1:1加入氧化镁熔剂，按照钒钛磁铁精矿预还原产品组成预配碱度0.7（质量比CaO：SiO2），冶炼温度1600℃，冶炼时间40min，配碳量2%，分离得到含钒铁水和含钛炉渣，所得含钒铁水用于转炉提钒，可得到含TiO2=46.45%的含钛炉渣，含钛炉渣的主要物相为偏钛酸镁，含钛炉渣可采用硫酸法制取钛白粉。

[0023] 实施例3

[0024] 将钒钛磁铁精矿预还原产品、含钙熔剂、含镁熔剂和还原剂按比例加入电炉中，按照MgO: TiO2摩尔比1.1:1加入氧化镁熔剂，按照钒钛磁铁精矿预还原产品组成预配碱度0.6（质量比CaO：SiO2），冶炼温度1650℃，冶炼时间20min，配碳量2%，分离得到含钒铁水和含钛炉渣，所得含钒铁水用于转炉提钒，可得到含TiO2=45.90%的含钛炉渣，含钛炉渣的主要物相为偏钛酸镁，含钛炉渣可采用硫酸法制取钛白粉。

[0025] 以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例。对于本技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明技术构思前提下所得到的改进和变换也应视为本发明的保护范围。