钒钛氧化球团气基直接还原实验研究

2016-02-14

 　　邓君,吴道洪,薛逊,曹志成,闫方兴,唐敬坤

　　(北京神雾环境能源科技集团股份有限责任公司)

　　1 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，具有极高的综合利用价值[1]。利用现有的矿物加工方法和传统的“烧结-高炉炼铁-转炉提钒-半钢炼钢”冶炼工艺流程所获得的钛渣品位低，很难实现铁、钒、钛等有价组元的高效化回收。这种现状将制约钒钛磁铁矿资源的综合利用，导致大量资源浪费和环境严重污染。

　　直接还原工艺因其流程短、资源利用率高、污染小、产品质量好等优点在冶金资源综合利用方面具有一定的技术优越性，现有含钒钛的铁精矿(以下称钒钛铁精矿) 的直接还原技术主要有转底炉法和回转窑法。必须实施还原煤工艺，势必将煤中的一部分灰分带入电炉，最终进入炉渣，导致渣量增加，使得钛渣TiO2品位低[2]，冶炼电耗升高等问题。

　　气基竖炉直接还原应用于钒钛磁铁矿综合利用，可避免还原剂灰分和添加剂对还原产品的污染，减少产品熔化分离时的渣量，大幅提高产品熔化分离后 TiO2的品位和活性以及有价组元的回收率。钒钛铁精矿氧化球团气基竖炉直接还原模拟试验研究结果表明:在适宜工艺工艺条件下，可以得到90%以上钒钛金属化球团，为电炉熔分分离铁钒钛提供原料。

　　2 气基直接还原反应原理

　　氧化球团中铁氧化物主要以赤铁矿和铁板钛矿两种矿物形式存在，还原途径如下：

　　Fe2O3→Fe3O4→FeO→Fe 和Fe2TiO5→Fe2TiO4→FeTiO3

　　赤铁矿和铁板钛矿的还原反应为：

　　2Fe2O3+CO(H2)=Fe3O4+CO2(H2O) (1)

　　Fe3O4+CO(H2)=3FeO+ CO2(H2O) (2)

　　FeO+ CO (H2)= Fe+ CO2 (H2O) (3)

　　Fe2O3.TiO2+ CO(H2)= 2FeO.TiO2+ CO2(H2O) (4)

　　2FeO.TiO2+ CO(H2)= FeO.TiO2+ Fe+CO2(H2O) (5)

　　2(FeO.TiO2)+ CO(H2)= FeO.2TiO2+ Fe+CO2(H2O) (6)

　　2.1 原料球团特点及实验设备

　　铁精矿主要成分及含量见表1，满足竖炉直接还原要求的氧化球团主要成分及含量见表2。

 　　表1 铁精矿化学成分/%
 

 
1-铁板钛矿;2-赤铁矿;3-固态脉石
图1 球团矿显微照片(反光)

黑色-孔洞
图2 球团矿显微照片(反光)