廖鑫1，2，楊紹利1，馬蘭1，李宏1，黃棟1
（1.攀枝花學(xué)院，四川 攀枝花6170001；成都理工大學(xué)，四川 成都610059）

前言

       我國(guó)攀西地區(qū)的釩鈦磁鐵礦主要元素有鐵、釩、鈦，且還含稀有元素鈷、鎳、鉻、鈧、鎵等。礦石具有低鐵高鈦、多元共生，結(jié)構(gòu)復(fù)雜等特點(diǎn),其資源極其豐富，其總儲(chǔ)量占世界釩鈦磁鐵礦總儲(chǔ)量的1/4，占全國(guó)儲(chǔ)量的95%，其中含元素鈦、釩各占世界35.17%、7.3%，綜合利用價(jià)值極大[1-3]。釩鈦磁鐵礦物相組成為鈦磁鐵礦類、鈦鐵礦類、鈷鎳硫化物類和脈石類，組成極為復(fù)雜，造成易采、難選、難冶，經(jīng)選礦可得到釩鈦鐵精礦、鈦鐵礦精礦、硫鈷精礦三種產(chǎn)品，鐵、釩、鈦回收率分別為70%、47%、15%～20%。釩鈦鐵精礦TFe品位不高，雜質(zhì)含量高，對(duì)釩鈦鐵精礦的綜合利用極為關(guān)鍵 [4-5]。

        攀西地區(qū)釩鈦鐵精礦綜合利用主要有兩種工藝，既高爐-轉(zhuǎn)爐法與非高爐法，高爐-轉(zhuǎn)爐法工藝已是相當(dāng)成熟，非高爐法主要是指以氣基或煤基直接還原為主的冶煉工藝，其能對(duì)鐵、釩、鈦有效回收利用，如轉(zhuǎn)底爐—電爐熔分等[6-7]。此兩種工藝都需要制備釩鈦鐵精礦球團(tuán)。

1 釩鈦鐵精礦球團(tuán)制備

       目前，攀西地區(qū)釩鈦鐵精礦球團(tuán)主要有兩種制備工藝，一是作為高爐爐料的酸性氧化球團(tuán)，二是應(yīng)用于煤基直接還原的內(nèi)配碳球團(tuán)。

1.1 酸性氧化球團(tuán)的制備

      制備酸性氧化球團(tuán)主要需要經(jīng)過(guò)造生球、氧化焙燒等過(guò)程，具體工藝流程見(jiàn)圖1。

 
圖1 酸性氧化球團(tuán)制備工藝流程

       在工業(yè)生產(chǎn)上，制備酸性氧化球團(tuán)主要有三種工藝，豎爐、帶式焙燒機(jī)和鏈箅機(jī)-回轉(zhuǎn)窯球團(tuán)法。三種球團(tuán)生產(chǎn)工藝比較情況見(jiàn)表1[8-9]。
 

 

        豎爐由于其投資成本低，能耗高，生產(chǎn)效率低，可適用于中小高爐。帶式焙燒機(jī)受燃料限制，具有區(qū)域性生產(chǎn)，且產(chǎn)品質(zhì)量一般，適用于中型高爐。鏈箅機(jī)-回轉(zhuǎn)窯球工藝由于其具有低能耗，原料適應(yīng)性強(qiáng)，燃料適應(yīng)性范圍廣，產(chǎn)能大，產(chǎn)品質(zhì)量?jī)?yōu)，對(duì)環(huán)境友好等特征，綜合考慮它將是以后球團(tuán)制備工藝的主流，需要大力發(fā)展?；剞D(zhuǎn)窯在氧化焙燒過(guò)程中，溫度升高，小顆粒易形成軟熔物，球團(tuán)礦液相增加，加上大量粉末易吸附到液相和大顆粒上形成結(jié)圈，結(jié)圈將嚴(yán)重影響球團(tuán)礦質(zhì)量與產(chǎn)量，增加設(shè)備作業(yè)負(fù)旦。目前，解決結(jié)圈問(wèn)題關(guān)鍵在于優(yōu)化預(yù)熱制度、焙燒制度，合理配料等環(huán)節(jié)[10-11]，只有解決好其易結(jié)圈等問(wèn)題，才能更好服務(wù)于高爐。

       在釩鈦鐵精礦酸性氧化球團(tuán)制備過(guò)程中，合理的工藝參數(shù)主要影響其成球性能與冶金性能兩方面，工藝參數(shù)的選擇主要從原料配料與焙燒曲線兩方面考慮。焙燒曲線的研究多數(shù)是大同小異，就不必?cái)⑹觯貏e是原料組份不同，其球團(tuán)制備工藝參數(shù)也不一樣，原料組份參數(shù)主要包括了礦物組成、添加劑和粘結(jié)劑等，我國(guó)學(xué)者利用不同原料配料對(duì)酸性氧化球團(tuán)制備進(jìn)行了研究。李乃堯[12]等對(duì)釩鈦鐵精礦添加不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的MgO，得出當(dāng)MgO含量從1.25%升至2.34%，抗壓強(qiáng)度略有下降，體膨脹率下降13.17%，熔融溫度區(qū)間下降40%，提高了其溶滴性能。呂亞男[13]等發(fā)現(xiàn)向釩鈦鐵精礦加入1.26%氧化鎂和9%氧化鋁時(shí)，對(duì)其熔融產(chǎn)物影響顯著，在1500℃下還原10min，可得含96.9%的鐵和0.52%的釩的生鐵，及含66.13%的TiO2的渣。馮根生[14]等利用釩鈦磁鐵礦制備超高含鈦氧化球團(tuán)中發(fā)現(xiàn)，應(yīng)盡量使用鈣基膨潤(rùn)土粘結(jié)劑，當(dāng)用低鈦礦與高鈦礦配比為4：6作原料，加入1.67%焦粉和3%膨潤(rùn)土制備出TiO2含量大于25%時(shí)，平均抗壓強(qiáng)度達(dá)到2125N/個(gè)，可用于中小高爐。張永康[15]利用高壓輥磨提高物料比表面積為331cm2/g，-0.074mm含量提高12.3%，優(yōu)化球團(tuán)粒徑，整個(gè)焙燒工序節(jié)能10.22kgce/t，成球率提高。唐玨[16]等在添加高鉻型釩鈦礦配量對(duì)氧化球團(tuán)性能影響中發(fā)現(xiàn)，在原料中配加40%高鉻型釩鈦礦時(shí)，其氧化球團(tuán)抗壓強(qiáng)度2475N/個(gè)，體膨脹率為19.2%，滿足高爐生產(chǎn)要求，對(duì)高鉻型釩鈦礦綜合利用提供了依據(jù)。陳世強(qiáng)[17]等通過(guò)向酸性氧化球團(tuán)添加硼鎂復(fù)合添加劑，還原體膨脹率下降了7%，還原性得到提高，對(duì)氧化球團(tuán)焙燒溫度大幅降低，抗壓強(qiáng)度大幅提升。

        不同的原料配比對(duì)后續(xù)酸性氧化球團(tuán)制備工藝參數(shù)影響極大，利用釩鈦鐵精礦制備酸性氧化球團(tuán)還需解決幾個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題，一是節(jié)能降耗，在保證球團(tuán)達(dá)到進(jìn)入高爐要求情況下，從多角度去考慮球團(tuán)的氧化焙燒工藝，如配料、溫度曲線等，這樣企業(yè)才更有市場(chǎng)綜合競(jìng)爭(zhēng)力。二是盡量選擇經(jīng)濟(jì)可行的添加劑、粘結(jié)劑，盡量提高TFe品位。三是嚴(yán)控酸性氧化球團(tuán)還原時(shí)體膨脹率升高，其直接影響高爐爐況順暢，一旦體膨脹率高于20%時(shí)，將帶來(lái)災(zāi)難性后果。在酸性氧化球團(tuán)制備過(guò)程中，不僅要考慮球團(tuán)性能，還要綜合衡量其經(jīng)濟(jì)可行性、環(huán)保等問(wèn)題。

1.2 釩鈦鐵精礦內(nèi)配碳球團(tuán)的制備

      內(nèi)配碳球團(tuán)的制備需要經(jīng)過(guò)配料、造濕球等過(guò)程，具體制備流程見(jiàn)圖2。

圖2 內(nèi)配碳球團(tuán)制備流程

        制備內(nèi)配碳球團(tuán)的關(guān)鍵技術(shù)是球團(tuán)成型工藝，其主要采用壓力成型的方式成球[18]，該球團(tuán)具有低溫強(qiáng)度高，還原性好，原料適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn)，能滿足固定床上使用。

       在釩鈦鐵精礦內(nèi)配碳球團(tuán)壓力成型工藝中發(fā)現(xiàn)，影響球團(tuán)質(zhì)量的工藝參數(shù)包括礦物粒度、配碳比、水分、壓力、粘結(jié)劑種類等，金屬化率也是衡量球團(tuán)冶金性能的重要指標(biāo)，其中金屬化球團(tuán)的抗壓強(qiáng)度主要與金屬鐵相和球團(tuán)內(nèi)孔隙的大小有關(guān)[19]，而金屬鐵相和球團(tuán)內(nèi)孔隙的決定影響因素是原料配料。李俊翰[20]等對(duì)釩鈦鐵精礦內(nèi)配碳球團(tuán)的強(qiáng)度性能進(jìn)行研究，得出強(qiáng)度性能優(yōu)化參數(shù)為: 鐵精礦粒度-74μm 粒級(jí)占70%、配入0.5%粘結(jié)劑、壓強(qiáng)10MPa、水分含量8%。此條件下抗壓強(qiáng)度為78.74N/個(gè)，下落次數(shù)為31.6 次/個(gè)。周蘭花[21]等配入一定比例的Na2CO3進(jìn)行還原研究，發(fā)現(xiàn)對(duì)碳?xì)饣磻?yīng)有促進(jìn)催化作用,在還原溫度1260℃、還原時(shí)間30min的條件下，還原度達(dá)到94.56%，得到金屬化率91.67%。朱德慶[22]等向內(nèi)配碳球團(tuán)加入不同添加劑，添加劑Na2SO4、 Na2CO3 、DA-2、DA-1均為分析純化學(xué)試劑，添加劑對(duì)球團(tuán)還原性影響顯著，依次為DA-2> DA-1> Na2SO4> Na2CO3>無(wú)添加劑，其球團(tuán)金屬化率與TiO2、V2O5的回收率都得到大幅提高。曹明明[23]等分別向釩鈦鐵精礦內(nèi)配碳球團(tuán)加入膨潤(rùn)土、糖漿及玉米面3種粘結(jié)劑，發(fā)現(xiàn)膨潤(rùn)土用量過(guò)多，大幅度影響鐵品位、糖漿作粘結(jié)劑時(shí)脫模困難，且球團(tuán)質(zhì)量難以達(dá)到工藝要求，玉米面作粘結(jié)劑時(shí)各方面都能達(dá)到工藝要求，所制備的濕球團(tuán)抗壓強(qiáng)度為55.1N/個(gè)，落下次數(shù)為4.8次/個(gè)。侯靜[24]等發(fā)現(xiàn)水分因素對(duì)釩鈦鐵精礦內(nèi)配碳球團(tuán)爆裂性影響最大，大于7%時(shí)生球爆裂溫度迅速降低，以成型壓力為8MPa、5%的水分、配入0.6%的膨潤(rùn)土、原料粒度更多在80～120目之間的條件下，生球爆裂溫度可達(dá)到900℃以上。

        攀西地區(qū)釩鈦鐵精礦內(nèi)配碳球團(tuán)制備工藝參數(shù)還需從以下幾方面綜合考慮，一是提高球團(tuán)強(qiáng)度性能，滿足后序煤基直接還原需求。二是提高球團(tuán)冶金性能，包括球團(tuán)礦的還原性、低溫還原粉化率、還原體膨脹率及軟熔性能幾個(gè)方面，目前，國(guó)內(nèi)對(duì)于這方面研究較欠缺。三是提高鐵、鈦、釩的綜合回收率，內(nèi)配碳球團(tuán)在加入粘結(jié)劑、添加劑時(shí)盡量不要帶入雜質(zhì)，影響爐渣TiO2的品位。

        綜上，酸性氧化球團(tuán)用于高溫還原，內(nèi)配碳球團(tuán)用于低溫還原。它們的制備方式不同，其各方面性能也不一樣，具體見(jiàn)表2。
 

 

       內(nèi)配碳球團(tuán)可以使用有機(jī)結(jié)結(jié)劑，帶入雜質(zhì)較少，其冶金性能好、能耗低、對(duì)設(shè)備影響小、可連續(xù)作業(yè)、有利于鐵、釩、鈦的綜合回收利用，由于其自然堆角小，便于布料。酸性氧化球團(tuán)冶煉時(shí)低溫與高溫強(qiáng)度都很高，高溫還原性好，但高爐渣中的TiO2難以回收利用，還原過(guò)程難于控制，對(duì)設(shè)備影響大。

2 釩鈦鐵精礦球團(tuán)應(yīng)用

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