直接还原炼铁工艺现状及攀枝花钒钛磁铁矿处理工艺选择
攀枝花某低品位钒钛磁铁矿选铁工艺对比试验
攀枝花某低品位钒钛磁铁矿选铁工艺对比试验李红玲;董小骥【摘要】A low-grade vanadium -titanium magnetite contains TFe 18.43% and TiO2 8.63%. According to the ore properties , the contrast test of direct grinding and discarding coarse tailings -stage mineral processing was carried on .It was obtained that the technology of discarding coarse tailings -stage mineral processing was more suitable for the ore .Then, the contrast test of fine grinding low-intensity magnetic separation and rough grinding magnetic coagulation was carried on the obtained concentrate .The results showed that the rough grinding magnetic coagulation has grea-ter economic advantage .%某低品位钒钛磁铁矿中含TFe 18．43％，含TiO28．63％，根据矿石性质，进行了原矿磨矿-磁选工艺和粗粒抛尾-阶段选别工艺的对比试验。
由试验结果可知，粗粒抛尾-阶段选别工艺更适合该矿石。
对粗粒抛尾所得的精矿进行了细磨-弱磁精选工艺和粗磨-磁团聚工艺的对比试验，试验结果表明，采用粗磨-磁团聚工艺更经济、更合理。
【期刊名称】《矿产保护与利用》【年(卷),期】2013(000)003【总页数】3页(P28-30)【关键词】低品位;钒钛磁铁矿;选铁工艺;磁团聚;粗粒抛尾【作者】李红玲;董小骥【作者单位】中国地质科学院矿产综合利用研究所，四川成都，610041;中国地质科学院矿产综合利用研究所，四川成都，610041【正文语种】中文【中图分类】TD951.1攀枝花铁矿的设计露采境内，TFe 15.00% ～22.99%的低品位矿石储量就高达2.5亿t。
直接还原炼铁工艺现状及攀枝花钒钛磁铁矿处理工艺选择
但价格 较高 。用 煤炭气 化制造 还原气 ， 是正
第３ ５卷
第 ４期
攀 枝 花科技 与信 息
（ 第 １３期 ） 总 ０
在 研 究 的课 题 。
排料 ， 因此不 怕炉 料粘结 ， 操作 温度 较高 ， 虽 系 间断作 业 ， 产率并 不 低。缺点 是煤 气 利 生
用 差 ， 耗 达 （ ３４Ｘ１６千 卡／ ）产 品 质 热 达 ． ０ 吨 ， 量 不 均 匀 。 Ｈ ｌ海 绵 铁 含 碳 高 （ ． ％ ～ ｙ １２
原炼 铁 主 要 基 于 对 焦 煤 供 应 不 足 的 担 忧 、 富
球团。直接 还原 铁 的特点 是碳 和硅含 量低 ，
有天然气利用 的考虑 、 富裕 电力 电炉炼 钢 和 成分类似钢 ， 际上也代替 废钢使 用 于炼 钢 实 特殊元素提取需 要 的满足 ， 直接 还原炼 铁工 过程 ， 通常把炼 制 海绵铁 的工艺称 作直 接还 艺经过不 同规模 、 同矿 种试验研究 和新 技 原炼铁流程。 目前达到工业生产水平或仍 在 不 术应用改进 ， 从炼铁 到炼 钢工艺设备 和 与现 继续试验 的直 接还原 方法 约有二 十余 种 ， 主 有轧制设备 的对接 总体是 可行 的， 同时存 要分 为两 类 … ： 但
经过预热 、 还原及 冷 却 三个 阶段 。还 原所 得
的 Ｈｙ 法 已放弃 四个 反应罐 ， ｌ 改用 一个反 应
接近 Ｍｉｒｘ法 。 ｄｅ 的海绵铁 ， 却 到 ５ ￣ 排 出炉外 ， 防再 罐 ， 冷 ０ Ｃ后 以 流态化法 ： 流化床 中用煤 气 还原 铁 矿 在 氧化 。还原煤气用 天然气及 竖炉本身 的一部
Ｐ ＡＮＺ ＨＵＡ ＨＩ
ＳＣＩ—Ｔ ＥＣＨ ＆ Ｉ ＮＦ０ＲＭＡ Ｉ ｒＯＮ
攀枝花钒钛磁铁矿深还原渣酸解工艺研究
察体 系温 度 ； 当体 系温度 达 到最 高点 时 ， 续搅 拌 直 继
至体系固化 ； 将烧杯移至马弗 炉中， 温一定 时间， 保 然 后取 出冷 却 至室 温 ； 向烧杯 中加 入一 定量 的水 ， 然 后 将烧 杯 置于一 定 温 度 的水 浴 锅 中搅 拌 一 定 时 间 ；
待 固相 物溶 解完 全 ， 将所 得浸 取液 过 滤得 到钛 液 。
石 ）ＭｇＴＯ （ ， ：ｉ 钛镁 矿 ）Ｔ ，经预处 理 的深 还原 渣 ，ｉ ； Ｏ 其 主 要 物 相 为 ＭｇｉＯ Ｔ： （固 溶 镁 的 黑 钛 石 ） 。 ＭｇｉＯ 是镁 和黑 钛 石 的 固熔 体 ， 溶 性 非 常 好 ， Ｔ 酸 对提 高 酸解 率有 利 。 图 ２为 经改性 预 处理 的深 还原
深 还
原渣
（ 钛 石 ）尖 晶 石 ）硅 酸 盐 ）金 红 石 ）钛 辉 石 ） 黑 （ （ （ （ — ４ ５ ３～５ ５～ ０ — ５～８
预处理前 ３ ４ ９～ ２
预处 理后 ４ ４ １ ２ １～ ０～ ５ ７～ ０ ２
３～ ２ ２ １～ ４ ５～ ９ ２
将 深还 原渣 的物 相及 含量 与酸 溶性 钛渣 进 行 比
较， 结果 见表 ２ 其扫 描 电镜 照 片见 图 １ ａ为 深还 原 ； （
渣 ； 酸溶性 钛渣 ） ｂ为 。
表 ２ 深 还原 渣 与 酸 溶 性 钛 渣 的物 相 组成 及 含 量 ％
ｆ Ｓ＋ Ｆｅ
预处 理前 后深 还 原渣 各物 相 质 量分 数 见 表 ３ 。从 表
钒钛磁铁矿选矿工艺流程
钒钛磁铁矿选矿工艺流程一、选矿概述钒钛磁铁矿是一种重要的金属矿石，其主要成分为钛铁矿和钒钛铁矿。
选矿是将原始的钒钛磁铁矿进行加工处理，从而获得高品质的金属产品，如高纯度的二氧化钛、高纯度的氧化钒等。
本文将详细介绍钒钛磁铁矿选矿工艺流程。
二、原料处理1. 去除杂质首先，需要对原料进行初步处理，去除其中的杂质。
这些杂质包括泥土、岩屑、有机物等。
可以采用筛分、洗涤等方法进行去除。
2. 磨碎经过初步处理后，将原料送入球磨机中进行细碎。
球磨机是一种常用的设备，其作用是将原料颗粒化，并使其达到所需粒度。
三、浮选工艺1. 浮选剂添加在浮选过程中，需要添加浮选剂以促进金属物质与泡沫结合并浮起来。
常用的浮选剂有丙酮和黄药水等。
2. 浮选机器浮选机器是将原料悬浮在水中，通过气泡的作用，使金属物质与泡沫结合并浮起来的设备。
常用的浮选机器有机械式浮选机、气流式浮选机等。
3. 浮选过程在浮选过程中，首先需要将原料送入浮选池中。
然后，添加适量的浮选剂，并通过气泡的作用将金属物质与泡沫结合并浮起来。
最后，通过筛分和洗涤等方法对得到的产品进行处理。
四、磁选工艺1. 磁性分离磁性分离是一种常用的分离方法，其原理是利用磁性材料对于不同磁性物质的吸附力不同来实现分离。
在钒钛磁铁矿中，由于其中含有铁元素，因此可以通过磁性分离来提取其中的钒钛元素。
2. 磁选设备常用的磁选设备有湿式高强度磁选机、干式高强度磁选机等。
3. 磁选过程在磁选过程中，首先需要将原料送入磁场区域。
然后，通过磁性材料对于不同磁性物质的吸附力不同的特点，将其中的钒钛元素提取出来。
最后，通过筛分和洗涤等方法对得到的产品进行处理。
五、化学处理1. 溶解在化学处理过程中，需要先将得到的产品进行溶解。
常用的溶剂有硫酸、氢氟酸等。
2. 沉淀在溶解后，需要将其中的杂质进行沉淀。
常用的沉淀剂有碳酸钠、碳酸铵等。
3. 过滤经过沉淀后，需要将其中的沉淀物进行过滤。
常用的过滤器有压力式过滤器、真空式过滤器等。
攀枝花某钒钛磁铁矿选矿工艺设计
/%
矿物
钛磁 铁矿
钛铁 矿
硫化 橄榄 钛普通 物 石 辉石
斜长 石
铁角 闪石
绿泥 石
其他
含量
30.6 ~31.8
13.4 ~15.6
1.0
6.0
88.0 ~42.2
2.2
1.2
2.3
1.0 ~2.0
1.2 矿石化学成分
矿石主要化学成分见表 2。
成分 含量 成分 含量 成分 含量
TFe 27.80
表 2 原矿化学成分
通过试验可以看出，单独采用磁选或重选、分级磁 选或分级重选均很难达到理想的选别指标，采用磁选— 重选联合流程可以达到 TiO2 品位 >47%，TiO2 作业回收 率 >53% 的良好指标。试验推荐选用方案 3 流程，试验 结果见表 6。
表 6 磁选—重选流程试验结果
/%
产品 铁精矿
产率 16.63
2 选矿试验结果与讨论
某研究院于 2010 年 10 月对该矿石进行选矿试验研 究工作，试验内容包括选铁试验和钛中矿选钛试验 [3]。
2.1 选铁试验
试验确定选铁流程为两段磨矿、两段磁选工艺流程 ( 见图 1)，一段磨矿细度为 –74 μm 占 45%~50%，再磨 细度为 –74 μm 占 65%，2 个样品试验结果见表 3。
表 4 钛中矿多元素分析结果
/%
元素 TiO2 TFe FeO Fe2O3 V2O5 Cr2O3 Al2O3 SiO2
含量 21.19 25.30 18.81 15.24 0.033 0.014 4.77 22.26
元素 CaO MgO MnO P S Co Ni Cu
含量 5.34 10.64 0.55 0.21 0.051 0.008 0.017 0.013
攀枝花钒钛磁铁矿组分
攀枝花钒钛磁铁矿组分下载温馨提示：该文档是我店铺精心编制而成，希望大家下载以后，能够帮助大家解决实际的问题。
文档下载后可定制随意修改，请根据实际需要进行相应的调整和使用，谢谢!并且，本店铺为大家提供各种各样类型的实用资料，如教育随笔、日记赏析、句子摘抄、古诗大全、经典美文、话题作文、工作总结、词语解析、文案摘录、其他资料等等，如想了解不同资料格式和写法，敬请关注!Download tips: This document is carefully compiled by the editor. I hope that after you download them, they can help yousolve practical problems. The document can be customized and modified after downloading, please adjust and use it according to actual needs, thank you!In addition, our shop provides you with various types of practical materials, such as educational essays, diary appreciation, sentence excerpts, ancient poems, classic articles, topic composition, work summary, word parsing, copy excerpts,other materials and so on, want to know different data formats and writing methods, please pay attention!攀枝花位于四川省南部，是中国重要的钒钛磁铁矿矿产基地之一。
攀枝花钒钛磁铁矿直接还原新工艺流程-攀枝花交流材料
（4）目前，正在开展前期示范生产线放大的可研工作。
转底炉煤基直接还原-电炉熔分冶炼 钒钛磁铁矿新工艺
1、四川龙蟒集团
（1）自2003年起，四川龙蟒集团与攀枝花学院合作研究，进行了大 量钒钛铁精矿生球团制备、转底炉直接还原和电炉熔分工艺试验。
（2）2006-2007年，建成一期7万吨/年示范生产线，进行了3轮工业 性试验。
（3）2008年，进行示范生产线放大，启动了年处理铁精矿20万吨的 二期工程；
攀 枝 花 钒 钛 磁 铁 矿 区 分 布
攀枝花钒钛磁铁矿资源储量
钒钛磁铁矿保有储量
67.3亿吨
钛资源量保有储量
4.28亿吨
钒资源保有储量
1047.86万吨
铬保有储量
696万吨
钴保有储量
152万吨
钪保有储量
23万吨
镓保有储量
21万吨
攀枝花钒钛磁铁矿资源 综合开发利用情况
攀枝花钒钛磁铁矿经过四十多年 的开发，已形成了钒材料、钛材料、 钢铁新材料系列产品。2001年被国 家科技部批准为攀枝花国家新材料 成果转化及产业化基地。2007年新 材料产业实现产值110亿元，成为攀 枝花经济增长的新亮点。
攀枝花---国家新材料成果转化及产业化基地
2001年12月18日，国家科技部批准攀枝花为国家新材 料成果转化及产业化基地，并给予了大力支持。
攀 枝 花 钒 钛 磁 铁 矿 资 源 综 合 开 发 工 艺 流 程 图
钢铁产业
攀枝花钢铁产业作为主导产业，目前已形成年产生铁600多万 吨、钢600多万吨的能力；
1、可全部回收钒钛铁精矿中的钛资源。经转底炉还原后的金 属化球团经过电弧炉熔化分离后，可得到含量为50%以上 的熔分钛渣和含钒生铁，实现铁钒与钛的分离。熔分钛渣 可用于硫酸法钛白生产原料。
攀枝花高钛型高炉渣综合利用现状
攀枝花高钛型高炉渣综合利用现状攀西地区蕴藏着极其丰富的钒钛磁铁矿，其中含有钛、铁、钒、铬等10多种重要战略资源。
攀枝花长期以来致力于其有价元素的回收利用，由于钒钛磁铁矿的独特性，现有技术和生产工艺只能回收利用其中的铁、钒、钛资源，而钛资源的利用率只有近15%，原矿中大约50％的钛进入了铁精矿，在随后的高炉冶炼过程中流入高炉渣中，形成了攀枝花特有的高钛型高炉渣。
攀枝花市于2001年成立了专业处置高钛型高炉渣的攀枝花市环业冶金渣开发有限责任公司。
至今，产业化开发利用仅限于低附加值的建材产品，而高附加值的提钛综合开发由于技术、经济等原因，尚未实现产业化。
一、攀枝花高钛型高炉渣是放错位置的资源（一）攀枝花高钛型高炉渣资源特性攀枝花高钛型高炉渣化学成分复杂。
主要含有二氧化钛22～25%，二氧化硅22～26%，三氧化二铝16～19%，三氧化二铁0.22～0.44%，氧化钙22～29%和氧化镁7～9%。
影响高钛型高炉渣不能综合利用渣中钛资源的主要原因有两个：一是渣中的钛分散在钙钛矿、富钛透辉石、攀钛透辉石、尖晶石和碳氮化钛等多种含钛矿物相中，嵌布关系复杂，其中50%的钛集中在钙钛矿中；二是分散在高炉渣中的含钛矿物相晶粒非常细小，平均只有10微米左右，采用常规选矿技术分离回收钛非常困难。
（二）高钛型高炉渣开发利用经济效益巨大高炉渣因存量大、有益元素丰富、含钛量高等特点而极具开发利用价值。
攀枝花高炉渣已累计堆积了约5000万吨，目前每年仍以近400多万吨的速度递增。
按5000万吨高炉渣存量计算，其中积累的二氧化钛就高达1000万吨左右，而且每年还有约80多万吨的新增量。
如果能有效提取高炉渣中二氧化钛替代日益减少的金红石钛资源，将为我国钛工业的发展开辟新的原料来源。
高炉渣中还含有大量镓、铬、锰、钪、铝、铁等有价元素，这是一笔可观的二次资源。
（三）高钛型高炉渣开发利用环境效益良好长期堆放、存量巨大的高炉渣已经带来了严重的环境问题。
钒钛磁铁矿采选工艺流程
钒钛磁铁矿采选工艺流程成都工业学院材料工程学院邹建新攀枝花学院材料工程学院彭富昌以攀西地区为例，从事钒钛磁铁矿开采的企业约40余家，目前除攀钢矿业公司进入深部开采外，均采用露天开采，采矿回采率约93%，选矿回收率约72%。
2017年攀枝花市钒钛磁铁矿年开采量约8000万吨，经过阶磨阶选后得到品位为55%以上的铁精矿1920万吨，其中攀钢矿业公司1136万吨、龙蟒选矿厂318万吨、安宁铁钛161万吨、青杠坪73万吨，其余30多家民营选矿企业年产铁精矿232万吨。
攀西钒钛磁铁矿采选产业链如图 1。
承德钒钛磁铁矿采选与攀西类似。
图 1 攀西钒钛磁铁矿采选技术产业链攀西地区铁的利用率约70%（从原矿到铁水），钒的利用率约41%（从原矿到V2O5），钛的利用率约21%（从原矿到钛精矿）。
由于矿产资源禀赋特殊，受技术水平限制，钛资源回收利用率低，成为综合利用的首要问题。
以攀西某大型铁矿为例，典型的采矿工艺流程如图2所示。
图 2 钒钛磁铁矿采矿工艺从选矿工艺流程上看，各选厂选铁工艺基本相同，大多采用“三段一闭路破碎—两段闭路磨矿—两次磁选”，有的选矿企业因场地、投资等限制采用两段破碎。
选钛工艺各有不同，除了一般的“重选—强磁”外，大型选厂还采用浮选工艺，实现了微细粒级钛精矿、硫钴精矿的回收。
以攀西某大型选矿厂为例，典型的生产工艺如图 3所示。
图 3 某大型选矿厂生产工艺流程我国攀西地区目前采取的铁钒钛开发利用流程是：原矿先经弱磁选选铁，获得钒钛磁铁精矿作为钢铁产业的原料，再采用强磁选（重选）—浮选等方法从选铁尾矿中选钛，得到钛精矿和硫钴精矿，钛精矿进入钛产业，硫钴精矿用以制酸或其它产业。
在选矿过程中约占原矿总量52%的钛和89%的钒进入钒钛磁铁精矿中，攀钢采用高炉法进行冶炼，仅能提取其中的铁和钒，钛几乎全部进入渣相，形成含TiO222～25％的高炉渣，使得占钛资源量一半以上的含钛高炉渣难以有效利用，大量堆存。
攀钢钒钛磁铁矿资源综合利用现状与发展
Ｃｕｒ ｅ ｔ ｓｔ ｔｏ ｎｄ ｄ ｖ ｌ ｐ ｅ ｔ ｏ ｏ ｐｒ ｈ ｎｓｖ ｔｌｚ ｔｏ ｒ ｎ ｉｕａ ｉ ｎ ａ ｅ ｅ ｏ ｍ ｎ ｆ ｃ ｍ ｅ ｅ ｉ ｅ ｕ ｉｉ ａ ｉ ｎ
ｏ ａ ａ ｉ ｍ —ｂ ａ ｉ ｇ ｔ ａ ｏ ｇ ｅ ｉ ｔＰＡＮＧＡＮＧ ｆｖ ｎ ｄ ｕ ｅ ｒｎ ｉ ｎ ｍａ ｎ ｔ ｅ ａ ｔ ｔ
ｆ ｒ ａ ｄ ｔ ｅ ｌ ｉｇ ｔ ｅ ｒ ｃ ｖ ｒ ｓｏ ｏ ｏ ｗ ｒ ｏ ｒ ａｉ ｎ ｈ ｅ ｏ ｅ ｅ ｉ ｎ，ｖ ａ ｉ ｍ ，ａ ｄ ｔ ａ ｉ ｍ ｌ ｔｇ ｔ ｅ ． ｚ ｉ ｆ ｒ ｎ ａ ｄｕ ｎ ｉ ｕ ａｌ ｏ ｅ ｈ ｒ ｔ ｎ
Ｋｅ ｒ ｙ ｗｏ ｄｓ： ｖ ｎａ ｕｍ — ｂ ａ ｎｇ ｔｔｎ ａ ｄｉ ｅ ｒ ｉａ ｏｍａ ｎｅｉｅ；ｃ ｍ ｐｅｈ ｎｓｖ ｔ ｉａｉ ｎ； ｒｃ ｖ ｒ ａｅ ｉ ｇ ｔｔ ｏ ｒ ｅ ｉ ｅ ｕｉ ｚ ｔｏ ｌ ｅ ｏ ｅ ｒｔ ｙ
图 １ ．
回转 窑直 接还 原 的原 料 ， 步经 电炉 熔 化还 原 回 后
收铁 和钒 ， 如南 非 Ｈ ｇｖｌ ｉ ｅ ｈ ｄ和新西 兰钢铁 公 司等 ；
攀 钢 钒 钛 磁 铁 矿 资 源 综 合 利 用 现 状 与 发 展
邓 君 ，薛 逊 ，刘功 国
（ 钢 集 团 攀 枝 花 钢 铁 研 究 院 ，四川 攀 枝 花 ，６ ７ ０ ） 攀 １０ ０ 摘 要 ：阐述 了攀 钢 钒 钛 磁 铁 矿 的 利 用 现状 ，指 出 了 高 炉 流 程 冶 炼 钒 钛 磁 铁 矿 的 不 足 ． 在 此 基 础
钒钛 磁 铁矿是 一种 铁 、 、 等多种 有价 元素 钒 钛 共 生 的复合 矿 ， 主要分 布在 我 国的攀西 、 承德 和马
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
・新材料・直接还原炼铁工艺现状及攀枝花钒钛磁铁矿处理工艺选择杨保祥 摘 要 本文主要描述了直接还原炼铁工艺发展及处理钒钛磁铁矿所面临的机遇和挑战,分析了直接还原处理攀枝花钒钛磁铁矿工艺实践和存在的问题,针对攀枝花钒钛磁铁矿钒钛资源综合利用,提出了一些建议和设想。
关键词 攀枝花钒钛磁铁矿 炼铁 综合利用 直接还原1 引言随着炼铁原料结构的不断变化、优质铁原料存量减少以及煤炭对钢铁工业支撑条件的变化,世界各国从本国实际出发研究探索现有资源配置对不同炼铁工艺的适应性,最大限度提升钢铁工业的国际竞争力。
直接还原炼铁主要基于对焦煤供应不足的担忧、富有天然气利用的考虑、富裕电力电炉炼钢和特殊元素提取需要的满足。
直接还原炼铁工艺经过不同规模、不同矿种试验研究和新技术应用改进,从炼铁到炼钢工艺设备和与现有轧制设备的对接总体是可行的,但同时存在着一些令人深思的问题,如无法满足钢铁工业对规模化效益的追求、工艺成本、配套基础和特殊元素提取产品质量品质存在问题等,影响直接还原炼铁工艺的生命力。
本文主要描述了直接还原炼铁工艺发展及处理钒钛磁铁矿所面临的机遇和挑战,分析了直接还原处理攀枝花钒钛磁铁矿工艺实践和存在的问题,针对攀枝花钒钛磁铁矿钒钛资源综合利用,提出了一些建议和设想。
2 直接还原炼铁工艺技术特点与优势2.1 直接还原炼铁工艺技术特点直接还原炼铁是在低于矿石熔化温度下,通过固态还原,把铁矿石炼制成铁的工艺过程。
这种铁保留了失氧时形成的大量微气孔,在显微镜下观察形似海绵,所以也称为海绵铁;用球团矿制成的海绵铁也称为金属化球团。
直接还原铁的特点是碳和硅含量低,成分类似钢,实际上也代替废钢使用于炼钢过程,通常把炼制海绵铁的工艺称作直接还原炼铁流程。
目前达到工业生产水平或仍在继续试验的直接还原方法约有二十余种,主要分为两类。
2.1.1 气体还原剂直接还原炼铁工艺技术按工艺设备来分,有三种类型,包括竖炉法、反应罐法和流态化法。
作为还原剂的煤气先加热到一定温度(约900℃),并同时作为热载体,供应还原所需的热量。
要求煤气中H2、CO含量高,CO2、H2O含量低;C H4在还原过程中分解离析的碳要影响操作,含量不得超过3%。
用天然气转化制造这样的煤气最方便;也可用石油(原油或重油)制造,但价格较高。
用煤炭气化制造还原气,是正在研究的课题。
4竖炉法:在竖炉中炉料与煤气逆向运动,下降的炉料逐步被煤气加热和还原,传热和传质效率较高。
竖炉法以Midrex法为代表,是发展最快和应用最广的直接还原炼铁法。
作为原料的氧化球团矿自炉顶加入竖炉后,经过预热、还原及冷却三个阶段。
还原所得的海绵铁,冷却到50℃后排出炉外,以防再氧化。
还原煤气用天然气及竖炉本身的一部分煤气制造补充,先加热到760℃～900℃,在竖炉还原段下部通入。
炉顶煤气回收后分别用于煤气再生、转化炉加热和竖炉冷却,生产率高,每吨产品能耗可达2.65×106k.cal,产品质量好,金属化率达92%。
其它竖炉法有Purofer法:由原联邦德国提出,特点是用蓄热式天然气转化炉制造还原气,可以获得较高的煤气温度。
另外竖炉不设冷却段,海绵铁在隔绝空气条件下热排料,然后进行钝化处理或送电炉热装。
此法缺点是设备及操作较复杂,只有伊朗建有一个生产工厂。
Wiberg法是30年代瑞典开创的一种竖炉法,使用电弧供热的煤气粉,气化炉代替电弧供热的煤炭气化炉,对Wiberg法进行改造。
反应罐法:墨西哥的Hyl法是唯一的工业化反应罐法,在反应罐中炉料固定不动,通入热还原煤气一次进行预热、还原和冷却,最后定期停气,把炉料排出罐外。
为了克服固定床还原煤气利用不良的缺点, Hyl法采用了4个反应罐串连操作,还原煤气用天然气制造,先在换热式转化炉中不充分转化。
经过每一个罐反应后都进行脱水、二次转化和提温,煤气在1100℃的高温下进行还原。
Hyl法使用排料杆,在停止通气下,强迫排料,因此不怕炉料粘结,操作温度较高,虽系间断作业,生产率并不低。
缺点是煤气利用差,每吨热耗达3.4×106k.cal,产品质量不均匀。
Hyl海绵铁含碳高(1.2%～2.0%),不易再氧化。
墨西哥建有用此法生产的工厂,其产量仅次于Midrex法,第三代的Hyl法已放弃四个反应罐,改用一个反应罐,接近Midrex法。
流态化法:在流化床中用煤气还原铁矿粉的方法。
在流态化法还原中,煤气除用作还原剂及热载体外,还用作散料层的流化介质。
细粒矿石料层被穿过的气流流态化一次被加热,还原和冷却。
还原产品冷却后压块保存。
流态化还原有直接使用矿粉省去造块的优点,并且由于矿石粒度小而能加速还原。
缺点是:因细粒矿粉甚易粘结,一般在600℃～700℃不高的温度下操作,不仅还原速度不大,而且极易促成CO的析碳反应。
碳素沉析过多,则防碍正常操作。
为了克服这一困难,流态化海绵铁活性很大,极易氧化自燃,需加处理,才便于保存和运输。
2.1.2 固体还原剂直接还原炼铁工艺使用固体还原剂的直接还原法:回转窑是最重要的使用固体还原剂煤炭进行直接还原的设备,由还原剂0～3毫米粒度的煤炭,小块矿石和细粒石灰石或白云石等组成的炉料由窑尾投入,窑体稍有倾斜,在转动时炉料逐渐向窑头运动。
窑头设有烧嘴,使用能产生火焰的燃料(煤气、燃油或烟煤粉)。
产生的高温窑气抽向窑尾,气流与固体炉料逆向运动,逐步把固体料加热,料温达到800℃左右,开始固体碳还原: mC+Fe20m→nFe+mCO—Q析出的CO在料层上部空间燃烧,放出热量补充加热。
为了保持料层中还原气氛,炉料配加的煤炭量必须超过还原反应的需要量。
按照出料温度,回转窑可以生产海绵铁、粒铁或液铁,以回转窑海绵铁最重要。
5回转窑炼铁的主要优点是可以直接使用资源丰富的煤炭,其缺点是生产率低。
最有代表性的回转窑海绵铁法是SL/RN和Krupp法,二者工艺流程基本相同。
为了提高产量,减轻窑内预热段工作负担,在窑前配置链篦机,能把入窑料加热到800℃。
在窑内配置随窑转动的二次风机,以强化还原析出CO供燃烧。
还原出的海绵铁经过回转冷却筒冷却到150℃排料。
把混合的剩余碳和吸硫的石灰清除后,得到产品。
把回转窑的出料温度提高到1250℃左右,固体料呈半熔化状态,已还原的铁滴在滚动中聚合成小的铁粒,出窑后水淬冷却可与脉石杂质磁选分离,得到粒铁。
此法称为回转窑粒铁法(Krupp—Renn法),能够处理选矿困难的贫铁矿。
转底炉法:在高温条件下敞焰加热含碳球团,实现薄料层还原,以高温快速为主要特点,处理能力放大有一定难度,而且煤气和天然气需求较大,一定程度只能匹配小型钢铁规模化生产。
2.2 直接还原炼铁工艺技术的优势与不足随着钢铁工业大规模发展,适合高炉使用的冶金焦的供应日趋紧张。
为此,于18世纪末提出了直接还原法的设想。
20世纪60年代,直接还原法得到发展。
(1) 20世纪50～70年代,石油及天然气大量开发,为发展直接还原法提供了方便的能源;(2)电炉炼钢迅速发展,开辟了海绵铁的广阔市场;(3)选矿技术提高,能提供高品位精矿,使脉石含量可以降得很低,简化了直接还原工艺。
20世纪80年代全世界直接还原炼铁生产量为713万t,占全世界生铁产量得1.4%。
最大的直接还原工厂规模达到年产百万吨,在钢铁工业中已占有一定的位置。
海绵铁中能氧化发热的元素如硅、碳、锰的含量很少,不能用于转炉炼钢,但适用于电弧炉炼钢。
这样就形成一个直接还原炉—电炉的钢铁生产新流程。
经过电炉内的简单熔化过程,从海绵铁中分离出少量脉石,就炼成了钢,免除了氧化、精炼及脱氧操作,使新流程具有作业程序少和能耗低的优点。
其缺点是:(1)成熟的直接还原法需用天然气作能源,而用煤炭作能源的直接还原法尚不完善,而70年代后期石油供应不足,天然气短缺,都限制了直接还原法的发展。
(2)直接还原炉—电炉冶炼流程,生产一吨钢的电耗不少于600kwh,不适于电力短缺地区使用。
(3)海绵铁的活性大,易氧化,长途运输和长期保存困难。
目前,只有一些中小型钢铁厂采用此法。
3 攀枝花钒钛磁铁矿直接还原实践及存在的问题基于对焦煤供应不足的忧虑、电炉炼钢前景的预测以及攀枝花钒钛磁铁矿提取钒钛的需要,在国家“六五”和“七五”计划期间国家科研院所高校和相关企业分工合作,分北方流程和南方流程进行了攀枝花钒钛磁铁矿新流程试验。
3.1 攀枝花钒钛磁铁矿直接还原实践针对攀枝花钒钛磁铁矿特点和直接还原工艺的发展趋势,开展了以下几个层面的工业试验。
31111 钠化球团———水浸提钒———回转窑还原———分离铁钛工艺,打通了整体试验工艺流程,钠化化工序钒转化率85%～90%,钒产品五氧化二钒品位99%,废水达标排放,球团还原克服了粉化和窑炉结圈,粉化率2.5%～3.5%,回转窑结圈周期35天,耗煤808kg/t。
金属化球团,含0.023%～0.034%S,褐煤作还原剂比较理想,金属化球团电炉熔分得到50%TiO2的酸溶性钛渣和优质半钢,钛渣钛品位偏低,硅铝偏高,采用硫酸法生产了电焊条钛白6和锐钛型涂料钛白,余渣可掺合作水泥原料,半钢经回炉或双联法共炼出16个品种的优质碳素钢和高锰钢等,轧制出符合部颁标准的钢材,熔分电耗720～790kwh,整体工艺金属回收率铁90%左右,钒80%左右,钛80%左右。
31112 球团回转窑还原———熔分炼钢———提钒提钛工艺,经过试验打通了整体试验工艺流程,克服了设备故障,解决了窑温控制、窑内结瘤和硫超标问题,每吨70%金属化球团耗干煤1.4t,熔分钒收率49.8%～76.7%,熔分渣制钛白钛收率65%～70%,吹钒渣制取钒收率70%,整体工艺金属回收率铁90%左右,钒45%～69%,钛65%～70%。
31113 流态化还原工艺,经过流态化还原和两次等离子熔分得到工业纯铁与钒钛渣,解决了资源流失、收尘效率和硫含量问题,含钒钛渣未进行提钒钛试验,流态化还原制氢成本高,试验规模小,无法进行技术经济评价。
31114 竖炉还原———磁选或熔化分离———提钒提钛工艺,用天然气对氧化球团进行还原,过程添加催化剂,金属化率可达90%,每吨金属化球团耗用天然气2500m3,还原存在设备故障等一系列问题。
球团加钠盐磁化焙烧,使铁晶长大以便磁选分离,粒铁电炉熔化分离后,半钢碳含量稳定,冶炼了T12、40Cr、45号和20号钢,熔分渣分别制取钛白和五氧化二钒,整体工艺金属回收率铁95.5%左右,钒85%左右,钛85%左右。
31115 加碳球团焦炉还原工艺,铁精矿配加气煤、焦油和沥青压球,在焦炉中还原,金属化率大于87%,每吨金属化球团耗标煤300kg～350kg,试验用半工业装置未建,试验未进行下去,对整体工艺无法进行技术经济分析。
312 攀枝花钒钛磁铁矿直接还原面临的问题与挑战在攀枝花钒钛磁铁矿直接还原新流程试验中,持续时间最长的是球团回转窑还原———熔分炼钢———提钒提钛工艺,如果对球团金属化率控制在95%左右或更高水平,球团直接电炉熔分,得到的是低品位钒钛渣,提取钒钛相互影响,工序复杂,成本偏高;如果对球团金属化率控制在90%左右,球团在电炉中深度还原,钒还原进入铁相,得到的是低品位钛渣,铁相吹钒制取钒渣,半钢炼钢,深还原钛渣制取钛白,工序复杂,提取钒钛成本偏高。