2.3.2 釩、鈦的提煉及利用情況

因?yàn)閮蓚€公司工藝全部采用原礦直接預(yù)還原、電爐熔分工藝生產(chǎn)含釩鐵水和鈦渣，所以其產(chǎn)生的含釩鐵水與含鈦爐渣成分的不同是由于使用原料品位的不同導(dǎo)致的，與冶煉工藝無關(guān)。根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)資料得知[5]，新西蘭公司產(chǎn)出的鐵水含釩0.42%，含鈦爐渣中TiO2含量為33%，而海威爾德公司生產(chǎn)的鐵水含釩1.22%，含鈦爐渣中TiO2含量為32%。新西蘭產(chǎn)生的含釩鐵水采用鐵水包吹氧冶煉產(chǎn)生釩渣，南非采用震動罐冶煉生產(chǎn)釩渣，產(chǎn)生的釩渣作為提取五氧化二釩的原料。但是兩個公司所產(chǎn)生的含鈦爐渣均丟棄或者作為鋪路材料，未能得到合理利用。

3 HIsmelt熔融還原工藝

HIsmelt是一種熔融還原煉鐵工藝，該工藝可直接熔煉經(jīng)預(yù)熱處理的鐵礦粉和其他適合的含鐵原料，并噴吹煤粉作為系統(tǒng)的還原剤及熱量來源。相對傳統(tǒng)的高爐煉鐵工藝，HIsmelt熔融還原煉鐵工藝省去了燒結(jié)及焦化兩個環(huán)節(jié)，在同樣產(chǎn)能下節(jié)省了大量的投資及運(yùn)行成本，且這種工藝在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的大量蒸汽及富余煤氣均可以用于發(fā)電，使其生產(chǎn)系統(tǒng)的能源利用效率很高，應(yīng)用前景廣闊。

3.1 HIsmelt工藝實(shí)際生產(chǎn)概況 

HIsmelt技術(shù)經(jīng)過30多年的研發(fā)和實(shí)驗(yàn)室驗(yàn)證，并實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，截至目前，已經(jīng)歷兩次工業(yè)化生產(chǎn)。

第一次：在澳大利亞奎那那工廠，2005年～2008年；約生產(chǎn)生鐵塊388273噸，受世界金融危機(jī)影響，HIsmelt奎那那示范廠2008年停產(chǎn)，且不在復(fù)產(chǎn)。

第二次：國內(nèi)墨龍公司于2012年確定引進(jìn)HIsmelt熔融還原煉鐵技術(shù)，在原工藝流程的基礎(chǔ)上經(jīng)過優(yōu)化、升級等措施，該項(xiàng)目與2016年6月建成投產(chǎn)，投產(chǎn)至今經(jīng)過不斷的優(yōu)化完善，累積操作經(jīng)驗(yàn)，優(yōu)化生產(chǎn)指標(biāo)， 先后經(jīng)歷十多次的停開爐探索實(shí)踐，通過不斷調(diào)試摸索，隨著現(xiàn)場工作人員對工藝流程和生產(chǎn)操作的逐步熟悉，以及對故障設(shè)備的檢修更換、工藝流程的進(jìn)一步修改完善， ML-HIsmelt工藝無論從作業(yè)率、操作穩(wěn)定性以及能耗指標(biāo)方面都有了質(zhì)的提高，截至目前共計(jì)產(chǎn)出約90萬噸產(chǎn)品，當(dāng)前日最高產(chǎn)量達(dá)到1930噸、月產(chǎn)量達(dá)到53000噸，設(shè)備不間斷作業(yè)已達(dá)到157天，其各項(xiàng)生產(chǎn)指標(biāo)均超過澳大利亞奎那那的HIsmelt工廠,所生產(chǎn)高純鑄造生鐵含磷量低（平均在0.015%-0.03%之間），基本不含硅、錳等元素，五害元素（鉛、錫、砷、銻、鉍）含量非常低，經(jīng)過脫硫過后，滿足高端制造行業(yè)以及高端鑄造產(chǎn)品的需求。

ML-HIsmelt技術(shù)自投產(chǎn)以來的典型操作參數(shù)見下表3。

 

通過兩次生產(chǎn)指標(biāo)的對比可以看出，引進(jìn)后的技術(shù)指標(biāo)均超過原澳大利亞工廠生產(chǎn)指標(biāo)，究其原因可以從兩方面考慮：一、國內(nèi)的HIsmelt工廠設(shè)計(jì)是基于原澳大利亞工廠設(shè)計(jì)生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)低基礎(chǔ)上完成的，使得工藝流程更加完善、設(shè)備配置及選型更加合理。二，隨著HIsmelt工藝技術(shù)在國內(nèi)的深入發(fā)展，以及從業(yè)人員對HIsmelt工藝技術(shù)更加熟悉，操作經(jīng)驗(yàn)的逐步積累優(yōu)化，對工藝工操作參數(shù)的選取以及優(yōu)化控制變得更加成熟。

另外，通過生產(chǎn)實(shí)踐檢驗(yàn)，HIsmelt工藝的優(yōu)越性得到充分體現(xiàn)，無論是原、燃料選取的靈活性適應(yīng)性、較低的冶煉成本、操作簡單靈活、環(huán)境友好型還是鐵水質(zhì)量的穩(wěn)定和優(yōu)質(zhì)等優(yōu)點(diǎn)均得到了很好的驗(yàn)證，也更進(jìn)一步說明HIsmelt技術(shù)是可行的。

3.2 HIsmelt工藝冶煉釩鈦礦的優(yōu)勢

HIsmelt工藝在處理釩鈦礦方面具有顯著優(yōu)勢[5]，其主要原因：

1）HIsmelt工藝可以直接使用粉料，避免因Ti02存在對燒結(jié)礦、球團(tuán)塊礦質(zhì)量的影響。

2）其獨(dú)特的強(qiáng)氧化性氣氛，使渣中的氧勢較高，足以有效抑制TiO2還原和高熔點(diǎn)TiC(TiN)生成，同時由于鐵水中碳含量較低，也可以避免形成大量TiC/TiN 等難熔化合物。同時，鐵水所具備的還原勢也可以較好地實(shí)現(xiàn)釩的回收。

3）鐵礦石在熔融狀態(tài)下發(fā)生直接還原，反應(yīng)速度快，爐渣粘度較低，渣內(nèi)不會殘留大量氣體，所以爐內(nèi)不會產(chǎn)生嚴(yán)重的泡沫渣。

4）獨(dú)立渣口設(shè)計(jì)為處理粘度更大的爐渣提供了條件。在HIsmelt熔融還原爐中，鐵水通過前置爐連續(xù)排出，爐渣則通過渣口單獨(dú)排出，無需像高爐那樣在鐵溝中進(jìn)行分離，避免因渣鐵分離困難對操作的影響；另外，該工藝已經(jīng)證明其承受高粘度爐渣的能力區(qū)間為2.5~5 泊，而傳統(tǒng)高爐的上限為2.5 泊。

5）冶煉釩鈦礦還有利于SRV爐水冷壁的掛渣和形成渣皮保護(hù)耐材,有助于提高SRV爐爐襯的壽命。

3.3 HIsmelt工藝冶煉釩鈦礦工藝流程

HIsmelt熔融還原煉鐵工藝流程：原料釩鈦精礦粉經(jīng)物料輸送送入礦粉預(yù)熱裝置，經(jīng)干燥預(yù)熱后進(jìn)入預(yù)還原裝置進(jìn)行預(yù)還原，經(jīng)預(yù)還原的礦粉通過轉(zhuǎn)運(yùn)輸送設(shè)備送入礦粉噴吹系統(tǒng)，經(jīng)過熱礦噴吹管路噴入SRV爐內(nèi)鐵水熔池內(nèi)，燃料煤及石灰通過煤粉噴吹系統(tǒng)，經(jīng)煤粉噴吹管道噴入SRV內(nèi)熔池內(nèi)，進(jìn)入SRV爐的礦粉與煤粉在高溫熔池內(nèi)發(fā)生反應(yīng)，完成鐵水熔煉過程，生產(chǎn)含釩鐵水與鈦渣。其工藝流程簡圖見下圖3。

 

4 不同工藝釩鈦磁鐵礦冶煉技術(shù)比較

以上所述的三種釩鈦磁鐵礦冶煉工藝，因工藝流程截然不同，其主要內(nèi)容比較見下表4。

 

我國擁有非常豐富的釩鈦磁鐵礦資源，如何實(shí)現(xiàn)釩鈦磁鐵礦資源的合理利用，選擇合理、可行的工藝路線是關(guān)鍵。就以上工藝而言，高爐+轉(zhuǎn)爐和回轉(zhuǎn)窯+電爐工藝雖然歷史悠久，工藝成熟，但是高爐+轉(zhuǎn)爐工藝因?yàn)殚L流程對焦炭資源的依賴、焦化燒結(jié)對環(huán)境污染、含鈦爐料對操作的影響以及爐渣中TiO2的含量低，鈦未回收等問題，不太適合作為釩鈦綜合回收的工藝路線。而回轉(zhuǎn)窯+電爐工藝因裝置也存在規(guī)模小、成本高以及球團(tuán)礦粉化、回轉(zhuǎn)窯結(jié)圈、還原時間長等問題。近幾年，國內(nèi)在處理鋼鐵廠粉塵以及有色冶金中均有采用，工藝路線及設(shè)備方面都取得了很大的進(jìn)步，但在釩鈦磁鐵礦的冶煉方面仍沒有大型工業(yè)化工廠。                         

HIsmelt熔融還原工藝是商業(yè)化的熔融還原煉鐵工藝之一，也是截止目前唯一不使用焦炭的熔融還原煉鐵技術(shù)，通過國外、國內(nèi)兩座商業(yè)化工廠的實(shí)踐檢驗(yàn)，其工藝可行性無容置疑，隨著國內(nèi)工廠、工作人員對工藝路線以及操作的不斷熟悉，再加上中國冶金行業(yè)的強(qiáng)大設(shè)備制造能力和工藝技術(shù)創(chuàng)新能力，HIsmelt熔融還原工藝必將成為我國未來煉鐵技術(shù)的發(fā)展的方向。筆者認(rèn)為，因其在釩鈦礦冶煉方面獨(dú)有的優(yōu)勢，HIsmelt工藝在處理釩鈦礦方面會有更廣闊的應(yīng)用前景。

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