鈦精礦與釩鐵精礦混合礦氧化球團制備技術研究
2020-05-06 作者：佚名 網(wǎng)友評論 0 條
攀枝花學院
四川省攀枝花-西昌地區(qū)蘊藏著豐富的釩鈦磁鐵礦資源，但均屬于巖礦型釩鈦磁鐵礦。釩鐵精礦與鈦精礦是這種釩鈦磁鐵礦選礦生產(chǎn)的兩大主要產(chǎn)品。其中鈦精礦是從選出釩鐵精礦后的尾礦中再進行選別而得的選礦產(chǎn)品。釩鐵精礦的主要用途是作為高爐煉鐵原料及以普通鐵礦高爐冶煉的護爐（襯）原料，應用方式是加工成堿性燒結礦和酸性球團礦后再共同進入高爐冶煉，獲得含釩鐵水和高鈦型高爐渣兩種主要產(chǎn)品。釩鐵精礦還可作為煤基直接還原、氣基還原及熔融還原等非高爐冶煉新工藝的原料，其產(chǎn)品為50鈦渣和含釩生鐵。
鈦精礦的主要用途是作為硫酸法鈦白的鈦原料，以及作為電爐冶煉鈦渣的原料。根據(jù)鈦精礦中鈦品位及其雜質(zhì)含量的不同，可以冶煉出二氧化鈦品位在70%~84%的酸溶性鈦渣及二氧化鈦品位大于85%的高鈦渣。其中酸溶性鈦渣可單獨或與鈦精礦一起共同作為硫酸法鈦白生產(chǎn)的鈦原料，而高鈦渣則作為氯化法鈦白的鈦原料。近兩年的新技術研究成果表明，酸溶性鈦渣還完全能夠作為熔鹽氯化法生產(chǎn)四氯化鈦的鈦原料，這是中低品位鈦渣氯化技術的一項重大的新的突破。
在實際工業(yè)生產(chǎn)實踐中，鈦精礦和釩鐵精礦都各自在相應的行業(yè)領域獲得了普遍應用。但存在的問題是：從釩鈦磁鐵礦中選出的鈦精礦和釩鐵精礦的產(chǎn)品產(chǎn)率不同并且高低相差較大，其中鈦精礦產(chǎn)率為3%~5%，而釩鐵精礦產(chǎn)率為33%~35%，即釩鐵精礦的產(chǎn)量實際上是過剩的，鈦精礦產(chǎn)量供不應求。如四川省攀枝花市2018年鈦精礦產(chǎn)量323萬噸，釩鐵精礦約2200萬噸，后者約為前者的7倍。
能否找到一種同時應用鈦精礦和釩鐵精礦制取新產(chǎn)品并能得到有效應用的新途徑？以鈦精礦和釩鐵精礦混合礦為原料制取氧化球團，就是一種可行的途徑。預計這種混合礦氧化球團的應用途徑有三，一是作為還原冶煉中低品位鈦渣（如60鈦渣）的原料，二是作為非高爐冶煉新工藝的原料，三是作為其它綜合提取鈦釩鐵新技術流程的原料。
本文介紹以攀西地區(qū)鈦精礦和釩鐵精礦為原料制取混合礦氧化球團的相關研究工作。
2 試驗研究
2.1 試驗原料
試驗原料有鈦精礦、釩鐵精礦、有機粘結劑和自來水，鈦精礦及釩鐵精礦原料成分及粒度見表2-1~表2-4，焦炭成分見表2-5所示。
2.2 試驗儀器
本試驗主要使用儀器及儀器規(guī)格見表2-6。
2.3 鈦精礦與釩鐵精礦混合礦生球制備工藝
2.3.1 工藝流程
鈦精礦與釩鐵精礦混合礦球團制備工藝流程圖如圖2-1所示。
圖2-1 鈦精礦與釩鐵精礦混合礦球團制備工藝流程
以鈦精礦粉、釩鐵精礦粉、PVA及自來水為原料進行配料、混料，并加入有機粘結劑PVA溶液?；旌狭显趫A盤造球機內(nèi)進行造球，。選取直徑為8~6mm的濕球放入干燥箱中干燥，隨爐升溫，在120℃下干燥4h，得干生球。
2.3.2造球試驗因素選擇及試驗設計
造球試驗工藝流程與常規(guī)的普通鐵礦滾動造球工藝過程基本相同，但具體工藝參數(shù)有所不同。主要造球工藝條件為：配礦比，圓盤轉(zhuǎn)速及其傾角，圓盤造球機轉(zhuǎn)速為18r/min，圓盤造球機傾斜角度為45°，加水量及有機粘結劑加入量。
2.3.3 混合礦球團氧化焙燒試驗因素選擇及試驗設計
球團的氧化焙燒試驗的主要影響因素有焙燒時間、焙燒溫度、升溫速率及焙燒氣氛。
采用單因素氧化焙燒試驗及正交氧化焙燒試驗相結合的試驗方法。
升溫速率：對于氧化焙燒試驗有等溫焙燒（非隨爐升溫）與非等溫焙燒（隨爐升溫）兩種方式。若采用等溫焙燒，球團入爐時其溫度突然升高，升溫速率快，則會導致球團爆裂及粉化，使焙燒過程難以進行下去；若采用非等溫焙燒，球團隨爐升溫，其溫度隨爐溫的升高而緩慢升高，不會突然升高，升溫速率較慢，則不會生產(chǎn)球團爆裂及粉化現(xiàn)象，焙燒過程平穩(wěn)進行，焙燒效果較好。
焙燒氣氛：為氧化焙燒，空氣已經(jīng)是氧化氣氛，所以試驗在空氣環(huán)境中進行。
焙燒時間、焙燒溫度：參考北方某公司[31]對豎爐焙燒球團礦焙燒溫度、高溫保持時間、冷卻強度等工藝參數(shù)的研究情況，其適宜的焙燒溫度1200℃~1250℃、時間30min左右。
本論文選擇采用在空氣環(huán)境中快速升溫電阻爐焙燒，升溫速度每分鐘3~8℃，焙燒溫度1175~1275℃，焙燒時間5~25min。
（1）單因素氧化焙燒試驗：探究焙燒溫度對抗壓強度的影響時，取升溫速度為6℃/min，焙燒時間20min，焙燒溫度為1175℃、1200℃、1225℃、1250℃、1275℃，目標是球團抗壓強度；探究焙燒時間對抗壓強度的影響時，取升溫速度6℃/min，焙燒溫度1250℃，焙燒時間分別為5 min、 10 min、 15 min 、20 min、 25min，目標是抗壓強度；探究升溫速度對抗壓強度的影響時，取焙燒時間20min，焙燒溫度1250℃，升溫速度分別為3℃/min 、5℃/min、 6℃/min 、7℃/min、 8℃/min，目標是抗壓強度。
（2）氧化焙燒正交試驗：根據(jù)單因素氧化焙燒試驗結果選取正交試驗工藝參數(shù)。正交試驗因素水平及結果見表2-7。正交試驗選取4因素3水平的正交試驗表，按照正交表對球團進行氧化焙燒試驗。對正交試驗結果進行分析后選出最優(yōu)的方案，以最優(yōu)方案為條件進行穩(wěn)定試驗，最后得出適宜的給球團氧化焙燒工藝條件。
2.3.4 分析測試內(nèi)容及方法
本文中主要對球團密度、堆積密度、含水量、落下強度及抗壓強度進行分析測試，主要分析測試方法如下。
（1）生球落下強度測試。選擇10個完好的生球（直徑在8~16mm），取10個生球0.5m高自由下落在10mm厚鋼板上的落下次數(shù)（生球摔裂時的落下次數(shù)既為該球的落下強度，單位次/球）的平均值為該球團落下強度。
（2）球團抗壓強度檢測。選取10個直徑為8~16mm好整球團采用ZQJ-Ⅱ智能顆粒強度實驗儀測量其抗壓強度（單位：N/球），10個球的抗壓強度平均值既為該球團的抗壓強度。
3 試驗結果及分析
3.1濕球的物理及機械性能及分析
不同配礦比鈦精礦與釩鐵精礦所造生球濕球的密度、含水量、堆積密度、落下強度、抗壓強度測試結果如圖3-1~圖3-5所示。
由圖3-1~圖3-2可以得出：隨著釩鐵精礦含量增加，混合礦球團的密度及堆積密度均增大。這是因為釩鐵精礦的真密度（4.8~5.2 g/cm3）略大于鈦精礦的真密度（4.7~5.0 g/cm3）所致。
由圖3-3可得出：混合礦中含水量隨著鈦精礦：釩鐵精礦比例的減少而先減少后增加，并不是隨著釩鐵精礦比例的增加而一直增大?；旌系V中含水量隨著鈦精礦：釩鐵精礦比例的減少而減少，這是可能是由于混合礦中鈦精礦比例占多時，因其吸水性弱于釩鐵精礦所致；在混合礦中含水量隨著鈦精礦：釩鐵精礦比例的減少而增加，可能是由于混合礦中釩鐵精礦比例占多且其親水性好于鈦精礦所致。由此可得出：混合礦的含水量大小主要取決于其中親水性好的礦種所占比例的多少。
由圖3-4~圖3-5可得出：球團的落下強度和抗壓強度和均隨鈦精礦：釩鐵精礦比例的增加而增大，特別是其落下強度幾乎呈正比例增加。在配礦比為2:1、1:1、1:2時，其落下強度分別為3.5次/球、4.4次/球、5.2次/球，抗壓強度分別為1.74 N/球、2.17 N/球、2.36 N/球。球團強度增加的原因主要是：釩鐵精礦粉粒度更細，親水性更好，毛細力更強，成球性能更好。
3.2干球的物理及機械性能分析
將不同配礦比鈦精礦與釩鐵精礦所造混合礦生球干球的密度、堆積密度、落下強度、抗壓強度測試結果如圖3-6~圖3-9。
由圖3-6~圖3-9可得出:（1）混合礦干球的密度、堆積密度、落下強度和抗壓強度均隨配礦比的增大而增大，這與濕球的對應性能變化趨勢基本上一致，且對應的密度值相對于濕球變化很小，約增大3%左右。密度、堆積密度增大的原因與濕球時相同，只是由于干球中已無水份存在，而水的密度小于混合礦粉的密度，故對應的密度略有增大。
（2）隨著釩鐵精礦比例增大，干球團的落下強度和抗壓強度增加較多。其中落下強度成倍數(shù)增加，抗壓強度增大一個數(shù)量級。在配礦比為2:1、1:1、1:2時，其落下強度分別為11.8次/球、12.7次/球、14.20 次/球，幾乎是濕球?qū)獜姸鹊娜丁Ｆ淇箟簭姸葹?4.35 N/球、35.77 N/球、38.76 N/球，幾乎是濕球?qū)獜姸鹊?~16倍。其強度增加的主要原因可能是：隨著水分的減小，礦粉顆粒之的間隙逐漸縮小或消失，導致顆粒之間接觸更加緊密，顆粒之間的機械結合力增大，球團變得更加密實，故其強度得到提高。
3.3 氧化焙燒球團試驗結果及分析
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