含铬型钒钛磁铁矿煤基直接还原初探

2015-12-30   作者：佚名   网友评论 0 条

 　　程功金，薛向欣，姜涛，段培宁

　　东北大学材料与冶金学院

　　1 引言

　　含铬型钒钛磁铁矿是一种富含铁、钒、钛、铬等多种有益元素的多金属共生矿，在我国主要分布在攀西-红格地区，储量超过35亿吨，极具开发价值[1-2]。钒、钛、铬是世界公认的重要战略资源，是国民经济发展和国家安全的重要物质保障，广泛应用于冶金化工、航空航天、国防军事等领域[3-4]。近百年来，对钒钛磁铁矿的研究有过大量报道，但是对含铬型钒钛磁铁矿的研究成果较少，而且主要集中在造块及高炉冶炼方面的综合利用[5-6]，因此对含铬型钒钛磁铁矿非高炉直接还原方面的综合利用亟需系统性完善。

　　当前，采用非高炉直接还原技术处理钒钛磁铁矿已成为研究热点[7-8]。非高炉技术中煤基还原工艺采用非焦煤代替紧缺的焦煤资源，不仅可降低钒钛磁铁矿还原工艺条件要求，而且对节能减排也有重要意义。实践证明，直接还原工艺是开发利用复合矿和难选矿的有效方法。

　　本文通过对含铬型钒钛磁铁矿煤基直接还原进行了研究初探，考察了还原温度、还原时间、碳氧比和冷却方式对含铬型钒钛磁铁矿球团金属化率的影响，采用X射线衍射研究了还原产物的矿相组成。

　　2 实验原料及方法

　　2.1 实验原料

　　实验所用原料为含铬型钒钛磁铁矿和煤粉，外配适量的膨润土作为粘结剂。其中，含铬型钒钛磁铁矿来自辽宁，化学成分见表1，粒度组成见表2，粒度较粗，-200目仅占66.99%。图1为含铬型钒钛磁铁矿XRD图谱，主要物相为FeTiO3、Fe3O4、Fe2VO4、MgCr0.2Fe1.8O4。煤粉物性分析结果见表3，挥发份含量较高，灰分含量较低。实验所用煤粉破碎磨后粒径均小于200目。

 表1 含铬型钒钛磁铁矿化学成分

组分	TFe	FeO	V	TiO2	Cr2O3	CaO	SiO2	MgO	Al2O3
含量/%	43.75	18.4	0.91	21.54	0.13	3.52	7.00	0.70	1.83

表2 含铬型钒钛磁铁矿粒度组成

粒径/mm	百分比/%
<0.045	42.27
<0.074	66.99
<0.150	95.41
<0.180	99.64
<0.150	99.72

图1 含铬型钒钛磁铁矿XRD图谱

表3煤工业分析

组分	固定碳	挥发份	灰分	硫份
含量/%	64.23	22.85	7.06	0.41

　　2.1 实验方法

　　称取一定质量的含铬型钒钛磁铁矿，按设定的碳氧比经过理论计算配入适量的还原煤粉，外配适量的膨润土。将配好的原料放在球磨机上混合均匀后做成适当粒径的球团，放入烘箱中烘干12小时以上，然后装入事先铺入适量煤粉的石墨坩埚中，以保证有充足的还原性气氛，防止还原出来的金属铁再氧化，盖好后放入炉腔内，升温到设定的温度后进行恒温，恒温结束后取出石墨坩埚进行水冷和空冷，将冷却后的产物进行化验及后续分析研究等。通过化学分析检测还原产物的铁品位(TFe)和金属铁含量(MFe)以计算还原产物的金属化率，采用X射线衍射研究还原产物的矿相组成。通过对还原产物磨细至200目以下进行磁选分离得到磁性物和非磁性物，检测磁性物和非磁性物中各元素含量并研究有价组元收得率和走向(后续研究)。

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