釩、鈦、鉻是世界公認的重要戰(zhàn)略資源,是國民經(jīng)濟發(fā)展和國家安全的重要物質(zhì)保障,廣泛應(yīng)用于冶金、化工、航空航天、國防軍事等領(lǐng)域。高鉻型釩鈦磁鐵礦作為釩、鈦、鉻資源的重要載體,在我國儲量十分豐富,具有極高的綜合利用價值。但高鉻型釩鈦磁鐵礦屬于典型的多金屬共(伴)生復合礦,具有“貧、細、散、雜”的特點,且有價礦物種類繁多、礦物結(jié)構(gòu)復雜、賦存尺度微細且相互間緊密共生,故礦物加工和利用難度大。目前,高鉻型釩鈦磁鐵礦主要采用高爐-轉(zhuǎn)爐流程冶煉,有價組元利用率較低,環(huán)境負荷大。因此,如何高效清潔綜合利用高鉻型釩鈦磁鐵礦,提高有價組元利用率,是我國解決釩、鈦、鉻等資源戰(zhàn)略需求的重要途徑,對我鋼鐵行業(yè)乃至國民經(jīng)濟意義重大。在總結(jié)和回顧前人研究的基礎(chǔ)上,本研究提出了高鉻型釩鈦磁鐵礦氣基豎爐直接還原-熔分新工藝。針對新工藝的關(guān)鍵環(huán)節(jié),以某進口高鉻型釩鈦磁鐵礦為研究對象,進行球團氧化焙燒行為及固結(jié)機理、有價組元在球團氧化焙燒過程中的耦合作用機制、氣基豎爐直接還原相變歷程及還原行為、氣基豎爐直接還原動力學、熔分關(guān)鍵參數(shù)控制及其機理、熔分過程優(yōu)化及熔分行為等研究。高鉻型釩鈦磁鐵礦球團氧化焙燒行為及固結(jié)機理研究表明,提高焙燒溫度和延長焙燒時間,均有助于提球團抗壓強度,適宜焙燒參數(shù)為:焙燒溫度1300℃和焙燒時間20 min。氧化焙燒過程中,有價組元的物相遷移規(guī)律為:Fe3O4 →Fe2O3;Fe2.75Ti0.25O4 → Fe9TiO15 + FeTiO3 → Fe9TiO15 + Fe2Ti3O9;Fe2VO4 →V2O3 → V2O3 + V1.7Cr0.3O3;FeCr2O4 → Cr2O3 → Fe1.2Cr0.8O3 + V1.7Cr0.3O3。高鉻型釩鈦磁鐵礦球團的氧化固結(jié)過程可分為氧化(低于900℃)、再結(jié)晶-固結(jié)發(fā)育(900～1100℃)和再結(jié)晶-固結(jié)互聯(lián)(1100～1300℃)三個階段。高鉻型釩鈦磁鐵礦有價組元在球團氧化焙燒過程中的耦合作用機制研究表明,鐵精礦中TiO2、V2O5、Cr2O3含量增加時,球團強度呈降低趨勢。Ti02有助于降低球團還原膨脹,而V205和Cr203含量增多,球團膨脹增大。TiO2V2O5耦合作用時,兩者惡化球團強度的作用進一步加劇。TiO2V2O5Cr2O3耦合作用時,球團強度均低于TiO2、V2O5、Cr2O3單組元影響條件下的球團強度。高鉻型釩鈦磁鐵礦球團氣基豎爐直接還原相變歷程及還原行為研究表明,對于高鉻型釩鈦磁鐵礦這類較難還原的復合鐵礦資源,宜采用高還原溫度和高氫還原氣氛,推薦使用HYL-ZR氣基豎爐直接還原工藝。隨著還原溫度提高和還原氣氛中H2含量增多,球團還原率不斷增大。在1100℃、H2/CO=5/2、CO2=5%條件下還原35 min,球團還原率能達到95%。還原過程中,有價組元遷移規(guī)律為:Fe2O3 → Fe3O4 → FeO → Fe;Fe9TiO15+Fe2Ti3O9 → Fe2.75Ti0.25O4 → FeTiO3→ TiO2;V1.7Cr0.3O3 + V2O3 → V2O3 → Fe2VO4;Fe1.2Cr0.8O3 → Cr2O3 → FeCr2O4。還原初期球團膨脹率急劇增大,而后出現(xiàn)一個轉(zhuǎn)折點,膨脹率增大變緩,接著球團收縮。而在還原初期,球團強度急劇下降,強度損失近80%。適當增加還原氣中H2含量,有助于球團獲得良好的還原膨脹及強度。高鉻型釩鈦磁鐵礦球團氣基豎爐直接還原動力學研究表明,提高還原溫度和增大還原氣氛中H2含量,可有效改善還原動力學條件�；诙喾磻�(yīng)界面的未反應(yīng)核模型,建立了高鉻型釩鈦磁鐵礦球團氣基豎爐非等溫還原動力學模型。當給定還原氣氛及升溫速率時,即可獲得任意還原條件下的動力學模型,其相關(guān)系數(shù)均高于0.99,該模型能準確描述高鉻型釩鈦磁鐵礦球團氣基豎爐非等溫還原過程。高鉻型釩鈦磁鐵礦金屬化球團熔分關(guān)鍵參數(shù)控制及機理研究表明,通過熔分,可獲得含釩鉻鐵和含鈦渣。配碳量太少,深還原及滲碳無法充分進行,但過量的碳會導致鈦的過還原及渣黏度增大,不利于熔分進行。CaF2可顯著降低渣的黏度,改善熔分動力學條件。溫度對熔分過程動力學的影響程度大于對熱力學的影響,適當升高熔分溫度和延長熔分時間,可有效改善熔分效果。在適宜范圍內(nèi)提高堿度,有助于增大渣系液相區(qū)域面積、降低熔分渣黏度、增大渣表面張力、降低渣熔點,改善熔分動力學條件。但堿度過高會引起渣熔點上升和過多渣量形成,不利于提高有價組元回收率。采用多指標綜合加權(quán)評分法優(yōu)化高鉻型釩鈦磁鐵礦金屬化球團熔分工藝研究表明,適宜工藝參數(shù)為:配碳比1.20、CaF2添加量2%、熔分溫度1650℃、熔分時間45 min、堿度1.10;對熔分效果影響主次為:堿度熔分溫度熔分時間。適宜條件下,Fe、V、Cr和Ti02的回收率分別為99.87%,98.26%,95.32%和95.04%,其相應(yīng)的質(zhì)量分數(shù)分別為94.16%,0.94%,0.76%和38.21%,實現(xiàn)了鐵、釩、鉻與鈦的高效分離。高鉻型釩鈦磁鐵金屬化球團熔分過程包括Fe-C熔體及鐵液形成、渣熔化開始及熔渣形成、渣鐵開始分離、鐵熔滴或熔渣持續(xù)聚集長大及渣鐵分離四個關(guān)鍵行為,而鐵熔滴聚集長大須經(jīng)過鐵熔滴自發(fā)形核、反應(yīng)界面形成和擴大、反應(yīng)界面縮小及鐵熔滴聚集長大三個過程。本研究提出的新工藝實現(xiàn)了高鉻型釩鈦磁鐵礦資源綜合利用的理論完善和方法創(chuàng)新,為攀枝花高鉻型釩鈦磁鐵礦大規(guī)模綜合利用工藝的設(shè)計開發(fā)與產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用提供重要的理論依據(jù)和借鑒,有助于促進高鉻型釩鈦磁鐵礦綜合利用技術(shù)的發(fā)展。
【學位單位】：東北大學
【學位級別】：博士
【學位年份】：2017
【中圖分類】：TF55
【部分圖文】：

“北方流程”以及以后提釩為主要特征的“南方流程”。北方流程主要是釩鈦??磁鐵礦鈉化焙燒－水浸提釩－直接還原－電爐熔分、煉鋼－鈦渣提鈦，大致流程如??圖２．３所示，即釩鈦鐵精礦加入鈉化劑混合造球，球團在回轉(zhuǎn)窯中進行氧化、??鈉化焙燒，將釩鈦磁鐵鐵精礦中的Ｖ２０５轉(zhuǎn)化為可以溶于水的偏釩酸鈉，釩鈦??磁鐵精礦氧化鈉化球團經(jīng)熱水浸出，從水溶液中萃�。郑博枺�。浸釩后的球團采??用煤基回轉(zhuǎn)窯還原、冷卻、磁選得到鐵的金屬化率９０？９２％的還原球團。還原??－１８－??

鋼水＾?？含鈦渣??圖２．３釩鈦磁鐵礦冶煉“北方流程”??Ｆｉｇ．?２．３?Ｎｏｒｔｈ?ｐｒｏｃｅｓｓ?ｏｆ?ｓｍｅｌｔｉｎｇ?ｖａｎａｄｉｕｍ－ｂｅａｒｉｎｇ?ｔｉｔａｎｏｍａｇｎｅｔｉｔｅ??該流程的優(yōu)點在ｆ釩冋收率高（９０％左右?＞，電爐熔分獲得的爐渣Ｔｉ０２含??量接近于理論計算值，遠高于高爐渣的Ｔｉ０２品位，ｎｊ？用酸法或氯化法生產(chǎn)合??格的鈦白粉。由Ｔ？熔分冶煉時沒打還原釩的仟務(wù)，鐵水中沒苻過量Ｔｉ，爐濟中??Ｔｉ?０２沒打產(chǎn)屮還原或過還原，故沒有高爐流程中出現(xiàn)的鐵水嚴ｍ?“粘罐”等Ｈ??題。但該流程提釩過積耑耍處理的物料貴過人，為Ｉ＂丨收０．４０％的釩必須處：ｆｉ｜！個??部的精礦，鈉化劑用量大，ｉｌ．?Ｗ提釩后殘留鈉鹽的影響，球Ｗ還原易產(chǎn)小膨脹、??粉化，造成提釩后球團的回轉(zhuǎn)窯還原操作穩(wěn)定性差，洱加上采川Ｍ轉(zhuǎn)窯為還原??設(shè)備

賴?２１．３％?２０．６％?２０．２％??圖２．６?２０１５年不同直接還原工藝在良接還鐵屮所卩ｆ的比例??Ｆｉｇ．?２．６?Ｒａｔｉｏ?ｏｆ?ｗｏｒｌｄ?ＤＲＩ?ｂｙ?ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ?ｄｉｒｅｃｔ?ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ?ｐｒｏｃｅｓｓ?ｉｎ?２０１５??圖２．７和圖２．８分別給出ｆ煤制氣－Ｍｉｄｒｅｘ和煤制＼－ＨＹＬ?７?（坫豎爐ｆｔ：接還??原工藝的大致流程。而Ｓ?ｆ我Ｍ卜富的煤炭資源條件
【參考文獻】

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本文編號：2845299