钒钛磁铁矿利用新工艺的理论分析
- 格式：pdf
- 大小：3.55 MB
- 文档页数：5
第36卷第3期2015年6月钢铁钒钛瓜0尺现2乙\狐4011皿丁1？編腿^01.36,^0.3111116 2015|钒钛分离与提取1飢钛磁铁矿利用新工艺的理论分析张俊，严定鎏，齐渊洪〈钢铁研究总院先进钢铁流程及材料国家重点实验室，北京100081 ^摘要:通过热力学分析，探讨钠化-碳热还原一步法处理钒钛磁铁矿实现资源综合回收的可行性，基于计算结果，提出了合理的工艺路线，并针对钒、钛产品品质的提高提出了相应的措施。
分析结果表明，在850〜1155 1的温度 范围内进行钠碱反应一低于1 400 1的温度下进行深度还原处理钒钛磁铁矿的新工艺是合理的。
同时，钠化剂的 加人在热力学上有利于铁矿物的还原，碳的存在促进了钠化反应的发生。
通过调整铝硅比可以降低浸出液的杂质 含量，大幅提高钒、钛产品的品质，如何实现钒、钛分离是今后努力的方向。
采取队10只溶液与队识双循环工艺，可以避免蒸发浓缩过程，大幅度降低了能耗。
关键词:钒钛磁铁矿;碳热还原;钠碱反应;浸出中图分类号：乂756，！^84丨3文献标志码:人文章编号：1004-7638丨2015)03-0001-05001:10.7513/^.^11.1004-7638.2015.03.001711601^611031^1191^81801111860【111 &^01116\^11 0111^11 I I5(^! V II&^11011^；〔分湓。
1(071^1*0101^ V八('七&口以“分以】卩以奴冗说1111(1卩以”.111(48，0^11 七：；^1 11011 ^111(1分(乂』1114^1.11(5，100081，咖诂)入打访!'纽(^：^!1^：1033111111IV 1-080111-008 00111^1-01101181^0 1^0\ 011|1^；11^01、一11 013^1101110 80(111101 &1^111.0- &011011 &11(1031^011101-11110 1-0(1110110111110110-810^ \\^8^18011880(1 11^1111101-1110(1V II&01108 &11^1) 818 ^13&80(1 011 1^10 0310111&11011，&11011^1 ^000881^01110\\^8 &11(10011-08^011(1111^； 010&8111-011101118^111 ^10 1111^1-0^0 1^10 ^10(11101 ^11&111108 0^ V311^(1111111311(1 11131111101^^110 0310111&110111^08111188^10\\1^1&151^10 11-0&101011101 01^1101110 80(111101&11&.&111*0&0110111|11^11^0 0【850 ~ 1 155 X！ &11(1^00^ 1-0(111011011 1^010\\ 1 400 X！18 1-&11011&1. 1\10&11\\|1110，1^10 3.(1(1111011 0【80(111101 8&11 18 【01’ 1^10 1-0(111011011 0【丄川!！IX；&1’1|1名011*101^18，&11(1 1^10 0.31.1)011 01111311008 1^10 80(1111111 IX：&011011 ^^110 101^11111\001110111 111 10&0|11|1^；11(^111(1 ^001-0&808 311(1 1^10 ^11&11I V 0^ ^1-0(11101丄8 &11\VI& 00111X011111名1^101^110 0【&111011|11111110811100115311(1 ^10\\10 1.0-&11/0 1^10 801^110111^01 IV0011 &11(111131********* 1^10 0【1^11111X50110118. XV110111^10 80(111101名011118 0)^010(1 1111^10 1*011110【1\汉01丄8011111011 &11(1，1^10 0^^01^11011 ^00088丄8 21^01(10(15&11(11^10 01101^ 0011811111^11011 0&II IX；^0&11^ 11(11100(1 圓^6^^0^8：013^1101110 5 0^011101-11110 1-0(1110110115 80(111101 &1^311 IX；&011011510&0|11|1^；过高炉还原回收铁、钒，钛则进入高炉渣。
由于含钛^^渣溶点高，无法采取全I凡钛磁铁矿冶炼，含钛高炉渣钮钦磁铁矿作为铁、钒、钛的复合矿，是我国最的102含量一般仅为22^ ~ 26^。
】，钛回收的经 重要的钒钛资源。
目前，钒钛磁铁矿铁精矿主要通济性差，造成含钛高炉渣的大量堆积浪费。
目前国收稿日期：20丨5-02-10基金项目：国家自然科学基金青年基金〖51404075〕资助。
作者简介:张俊〈1984—），男，湖北仙桃人，工程师，博士，主要从事非高炉炼铁及夤源综合利用的研究。
钢铁钒钛2015年第36卷内生产钛精矿的「「丨02品位较低，且钙、镁杂质含量 高121，不能满足流态氯化工艺要求。
在环保要求曰趋严苛的环境下，碱法处理含钛 渣受到广泛关注。
林琳等⑶采用〜(出熔融分解高 钛渣,之后3、级逆流水洗回收…(…溶液，最后蒸发 浓缩回收…(出分离剂，得到了；02含量为95保的产 品。
薛天艳等卜51采用仏(…熔盐处理高钛渣，产品中丫丨02的品位提高至卯呢左右。
付晨晓等11'’1在500^700 1采用渣碱共融法处理高钛电炉熔分渣，保温时间超过30 时钛的萃取率达到呢免以上。
但是，以上工艺需借酸洗过程才能实现钛与钙、镁等 杂质分离，弱化了钠化过程的意义。
其次，分离剂以 (川的形式循环利用，浸出液的蒸发浓缩需要消 耗大量的能量。
周志明等171采用作为分离剂在1 100-1 300 1处理高钛高炉渣，之后直接水浸 得到钛酸钠溶液，最终钛渣中的「「；02含量降低至 10免以下。
但是，钛酸钠盐在水中易水解已得到共 识，笔者对该结果持怀疑态度。
到目前为止，钠碱法都是应用于钛渣的处理，还没有针对钛铁矿或钒钛磁铁矿的研究，均是先提铁 再提钦的工艺，流程较长，且反复的加热和降温过程 造成热量利用率低。
笔者认为，一步法提铁、提钛钒 是最理想的选择。
基于该思想，本研究提出了钠化 -碳热还原一步法处理钒钛磁铁矿综合回收铁、钒、钛的工艺，并通过热力学计算分析探讨了可行性，提 出了合理的还原、钠化制度，为钒钛磁铁矿综合利用 工业化的实现提供了方向。
1工艺原理将釩钛磁铁矿、煤粉以及钠化剂混合制备含碳 球团，在一次加热过程中钒、钦通过钠化反应生成可 溶性钮、钛衲盐，铁矿物被碳还原至金属铁；金属化 球团破碎后在氢氧化钠溶液中浸出，可溶性钠盐与 铁、渣分离，随后浸出液采取碳分工艺回收钒、钛产 品;浸出尾渣通过磁选实现铁与渣的分离。
工艺原 理如图1所示。
图1轨钛磁铁矿铀化处理工艺原理1^11》「1.1『I I11-1.1&V二「1 I2可行性分析2.1钒钛磁铁矿的碳热还原与钠化借助抓丨士.、.5热力学计算软件，探讨了钒 钦磁铁矿还原与钠化过程中各个反应发生的可能性。
2.1.1钠化剂的还原在有碳存在的情况下，碳酸钠的碳热还原反应 (卜)、^可能发生。
碳酸钠的熔点为850 1，为了 保证钠化反应效率，反应温度应控制在850 ~1 400 1，图2给出了自由能随温度变化的关系曲线。
可 以看出，标准状态〒-石亍-；！:1筇甥酸—声雨会丨被还原，不会造成钠^响请#。
第3期张俊，等:钒钛磁铁矿利用新工艺的理论分析二1X1:^0+210(容)厶口二458^ 4-0^ 286^丨、』/咖I、(^):之㈧# ^) +3(:0.( ^)…：909^ 9-0^ 637 7\丨、』/…0！、123图2碳酸铀碳热还原自由能1^！^2「口；1？ 1.^11？^\讀）「I沿『七01110『「11|1；^；1：11.11；I！0(1^1)1111.1^1I；&！'1)0^1&11？2.1,2矿物的钠化反应碳酸钠可以与酸性氧化物〔^；02〉及两性氧化物 (八I办、『「丨02〉发生纳化反应，如反应⑶~〔 12〉所示, 相应的自由能与温度的关系曲线见图3。
可以看出，以上反应在11551之前的温度范围内均可发生，这 表明，在850~ 11551的温度范围内，钒钛磁铁矿的 钠化过程是彻底的。
对比反应〔5〉、〔6〉可知，钠化剂 的存在促进了钛铁矿的分解与还原，有利于钒钛磁铁 矿的还原，这与周兰花等人的试验结果是一致的…丨。
同时，碳的存在促进了纳化反应的发生。
这表明，碳 热还原-钠彳匕体系处理轨钛磁铁矿是有优势的。
厶0 :10.4-0^0837〔10/…0！〉（^.)^^06二 236^ 9-0^ 254^ 1、』八仙1〉（句I'V!7；(),+^：I.2(；(),=I'^；()+I^：I./I'；()-+(；(),(8)^06二242^ 6-0^ 276^10/…0！〉(^)十^^“乂卜+21二「0十〜：^「「103十310〈容)厶0: 561 ^万.6-1 6017〔 10/^11)15(心）^06^-12. 5-匕“招打 10/^101 ^、1、七现十乂2054： :21X140；十之⑶〔厶0二93^9-1287〔10/…01〉（衫）^二122. 9~0^ 279八 10/…0！、(^)40二56^4-1 ⑴衫”^/…(^))1-0. 03310/^00〔 11〉1-0. ^120图3矿物铀化反应自由能1*1^3 丁、？「「1；1？1.^11？^从八!“』…⑴技4：1！011 0「1)11？2.1.3钠化物的还原反应〔13〉、〔 14〉分别为偏钛酸钠和钒酸钠的碳 热还原反应，自由能与温度的关系如图4所示。
囊图4钠化物的转变及还原反应自由能1^1^4『「[“？1^^1110^1 電“、…!！"⑴卜出1“「『1？1？0厂⑴11111:1“ ”11|0^1可以看出，钒酸钠和钛酸钠低于1400 1时不 会被还原，因此，可以在1155 1以下完成钠化过 程，之后高温进行铁矿物的深度还原，不会造成可溶 性钠盐的还原分解，为之后的浸出过程樹共了基础。
