高炉冶炼石煤钒矿制备岩棉和含钒生铁的方法与流程

1.本发明涉及节能建材领域和冶金领域，尤其涉及一种高炉冶炼石煤钒矿制备岩棉和含钒生铁的方法。

背景技术：

2.我国钒资源很丰富，是全球钒资源储量大国。目前我国钒矿资源主要有两种形式，即钒钛磁铁矿和含钒石煤；其中，石煤钒矿储量相当丰富，总储量达618.8亿t，其中v2o5含量大于0.5的储量为7707.5万t，是我国钒钛磁铁矿中钒储量的6.7倍。因此，从石煤中提钒是我国钒资源开发的一个重要发展方向。

3.我国从石煤中提钒由上世纪70年代开始，主要采用平窑钠法焙烧-水浸出-酸沉钒-碱溶解-沉淀偏钒酸铵-煅烧成品五氧化二钒工艺，但是该工艺钒的提取率低，仅40～55％，同时焙烧产出的气体含有hcl和cl2严重污染环境。长沙有色冶金设计院设计的石煤钒矿直接酸浸-萃取工艺无需进行焙烧，不会产生气体污染，且总回收率≥68％，但是浸出过程酸耗高，且浸出时间长，废水废渣多。焙烧-酸浸/碱浸结合的工艺能够有效解决酸耗高和浸出时间长的问题，但是生产过程中同样产生有毒高价态钒污水，存在废水废渣难以回收利用的问题。

4.因此，如何以石煤钒矿为原料提取钒，且不产生hcl和cl2气体、有毒高价态钒污水和废渣，实现石煤钒矿的资源化利用，成为亟待解决的技术问题。

技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种高炉冶炼石煤钒矿制备岩棉和含钒生铁的方法，本发明提供的高炉冶炼石煤钒矿的方法生产过程中无hcl和cl2气体和有毒高价态钒污水产生，固体产物能够充分回收，实现了石煤钒矿的资源化利用。

6.为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

7.本发明提供了一种高炉冶炼石煤钒矿制备岩棉和含钒生铁的方法，包括以下步骤：

8.(1)将石煤钒矿、炼钢渣、铁矿粉和焦末混合后进行烧结，得到烧结矿；

9.(2)将所述步骤(1)得到的烧结矿与焦炭进行高炉冶炼，得到酸性熔渣和含钒生铁；所述酸性熔渣的酸性系数为1.2～2.0；所述酸性熔渣经保温精炼后直接制备岩棉。

10.优选地，所述步骤(1)中石煤钒矿中v2o5的质量含量为0.5％以上。

11.优选地，所述步骤(1)中的炼钢渣为转炉钢渣；所述转炉钢渣包括含钒钢渣和/或普钢渣。

12.优选地，所述步骤(1)中石煤钒矿、炼钢渣、铁矿粉和焦末的质量比为(50～100):(50～100):(2～50):(5～10)。

13.优选地，所述步骤(1)中烧结的温度为1200～1400℃，烧结的时间为30～40min。

14.优选地，所述步骤(1)中焦末和所述步骤(2)中焦炭的总质量与酸性熔渣的质量比

为300～350kg/t。

15.优选地，所述步骤(2)中高炉冶炼时高炉的温度为1450～1550℃。

16.优选地，所述步骤(2)中高炉冶炼时热风的温度为900～1300℃。

17.优选地，所述步骤(2)中高炉冶炼的时间为4～6h。

18.本发明提供了一种高炉冶炼石煤钒矿制备岩棉和含钒生铁的方法，将石煤钒矿、炼钢渣、铁矿粉和焦末混合后进行烧结，得到烧结矿；然后将所述烧结矿与焦炭进行高炉冶炼，得到酸性系数为1.2～2.0的酸性熔渣和含钒生铁；所述酸性熔渣经保温精炼后直接制备岩棉。本发明采用高炉冶炼石煤钒矿，以高炉火法冶金工艺代替目前石煤水法提钒工艺，生产过程无hcl和cl2气体和有毒高价态钒氧化物、五价钒离子及大量废渣产生，生产的酸性系数为1.2～2.0的熔渣可以制造各种优质节能岩棉，副产物含钒生铁可作为钢铁冶炼的原料，固体产物能够充分回收，实现了石煤钒矿的资源化利用。实施例的结果显示，本发明提供的高炉冶炼石煤钒矿的方法能够在不产生hcl和cl2气体和废水的情况下生产酸性系数为1.2～2.0的的酸性熔渣直接用于岩棉生产，以及可用于钢铁冶炼的含钒生铁。

附图说明

19.图1为本发明提供的高炉冶炼石煤钒矿制备酸性熔渣制备岩棉和含钒生铁的工艺流程图。

具体实施方式

20.本发明提供了一种高炉冶炼石煤钒矿制备岩棉和含钒生铁的方法，包括以下步骤：

21.(1)将石煤钒矿、炼钢渣、铁矿粉和焦末混合后进行烧结，得到烧结矿；

22.(2)将所述步骤(1)得到的烧结矿与焦炭进行高炉冶炼，得到酸性熔渣和含钒生铁；所述酸性熔渣的酸性系数为1.2～2.0；所述酸性熔渣经保温精炼后直接制备岩棉。

23.在本发明中，若无特殊说明，所采用的原料均为本领域常规市售产品。

24.本发明提供的高炉冶炼石煤钒矿制备酸性熔渣和含钒生铁的方法适用于本领域技术人员熟知的任何矿区的石煤钒矿，优选为v2o5的质量含量≥0.5％的石煤钒矿。

25.本发明将石煤钒矿、炼钢渣、铁矿粉和焦末混合后进行烧结，得到烧结矿。

26.在本发明中，以质量含量计，所述石煤钒矿的成分优选包括v2o50.2～3.8％，sio

2 20～78％，s 1.58～1.75％，tc 5～16％，k2o 0.91～1.9％，bao 0.72～1.87％，al2o

3 1.53～17.39％，cao 0.2～13.8％，mgo 0.8～7.4％，ti 0.28～0.55％，以及tfe 1.93～2.71％。在本发明中，以质量含量计，所述石煤钒矿优选还包括p＜1.53％。在本发明中，所述石煤钒矿的烧失量loi优选为13.0～15.6％。在本发明的实施例中，所述石煤钒矿具体为湖北西昌兴山百家园石煤钒矿或湖南怀化石煤钒矿。

27.在本发明中，所述石煤钒矿的粒径优选为-40目。

28.在本发明中，以质量含量计，所述炼钢渣优选为转炉钢渣；所述转炉钢渣优选包括含钒钢渣和/或普钢渣，更优选为含钒钢渣。在本发明中，所述炼钢渣能够提供氧化铁和碱性化合物，含钒钢渣还能够提供v2o5，同时实现固体废物的回收利用，成本低廉。

29.在本发明中，以质量含量计，所述炼钢渣的成分优选包括cao≥50％、mgo≥7％、tfe≥17％以及v2o5≥1.0％。

30.在本发明中，所述炼钢渣的粒度优选为-40目。

31.本发明对所述炼钢渣的来源没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的炼钢时产生的钢渣即可。在本发明的实施例中，所述炼钢渣具体为攀钢炼钢炉渣或承钢炼钢炉渣。

32.在本发明中，以质量含量计，所述铁矿粉的成分优选包括tfe≥50％，sio2≤12％，cao1.0％，mgo1.0％，p《0.05％，以及s《0.05％。本发明对所述铁矿粉的来源没有特殊的要求，采用本领域技术人员熟知的铁矿粉即可。在本发明中，所述铁矿粉在还原过程优先生成钒铁晶石，然后高温生成含钒生铁。

33.在本发明中，所述铁矿粉的粒度优选为-40目。

34.在本发明中，以质量含量计，所述焦末中的固定碳含量优选为81％以上，更优选为85％以上；所述焦末中的灰分优选为19％以下。

35.在本发明中，所述焦末的粒径优选为1～5mm，更优选为2～4mm。在本发明中，所述焦末与焦炭一同作为高炉冶炼的燃料。

36.在本发明中，所述石煤钒矿、炼钢渣、铁矿粉和焦末的质量比优选为(50～100):(50～100):(2～50):(5～10)，更优选为(60～90):(60～90):(10～40):(6～9)，最优选为(70～80):(70～80):(20～30):(7～8)。本发明以石煤钒矿为基础，配入回收利用的碱性的炼钢渣降低混合料酸度，同时增加含钒生铁中的钒和铁量；加入铁矿粉与炼钢渣中的氧化铁发生化学反应，使氧化铁在高炉上部与石煤钒矿中的钒优先生成钒铁晶石，然后在高炉下部高温区还原熔化生成含钒生铁和熔渣，并具有细调炉渣酸度系数的作用；将各组分的比例控制在上述范围内，能够有效控制酸性熔渣的酸度系数。

37.本发明对所述石煤钒矿、炼钢渣、铁矿粉和焦末的混合的操作没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的能够将各组分混合均匀即可。在本发明中，所述混合优选在圆筒混合机中进行。

38.本发明优选采用电子计算机计量，按酸性系数1.2～2.0自动配料上料，混料稳定度按指定酸度系数数值±0.2为限值检测，检测结果在此区间内即为合格。

39.在本发明中，所述烧结的温度优选为1200～1400℃，更优选为1250～1350℃；所述烧结的时间优选为30～40min，更优选为35min。在本发明中，所述烧结能够使各原料满足在高炉中的热强度和热稳定性不粉化。

40.本发明对所述烧结的装置没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的用于烧结的设备即可。在本发明中，所述烧结优选在烧结机中进行。

41.得到烧结矿后，本发明将所述烧结矿与焦炭进行高炉冶炼，得到酸性熔渣和含钒生铁。

42.在本发明中，以质量含量计，所述焦炭中的固定碳含量优选为81％以上，更优选为85％以上；所述焦炭中的灰分优选为19％以下。在本发明中，所述焦炭的粒径优选≥50mm。

43.在本发明中，所述焦末和焦炭的总质量与酸性熔渣的质量比优选为300～350kg/t，更优选为310～340kg/t，最优选为320～330kg/t。在本发明中，大块焦炭加入高炉燃烧还原炼铁，焦末用于烧结矿燃料，将焦比控制在上述范围内，能够进一步提高产热效率和钒的回收率。

44.在本发明中，所述高炉冶炼优选在双渣口高炉中进行。

45.在本发明中，所述高炉冶炼时热风的温度优选为900～1300℃，更优选为1000～1200℃，最优选为1100℃。本发明对所述高炉冶炼时热风的风量没有特殊的限定，根据高炉的容积确定即可。在本发明中，所述高炉冶炼时高炉的温度优选为1450～1550℃，更优选为1400～1500℃，最优选为1450℃。在本发明中，所述高炉冶炼的时间优选为4～6h，更优选为4.5～5.5h，最优选为5h。本发明通过控制高炉冶炼时热风的温度和高炉的温度，使高炉上部的温度较低，有利于氧化铁在高炉上部与石煤钒矿中的钒优先生成钒铁晶石，然后在高炉下部的高温区还原熔化生成含钒生铁和熔渣。

46.在本发明中，所述酸性熔渣优选通过高炉的出渣口排出；所述含钒生铁优选通过高炉的出铁口排出，再经过憋渣器继续进行渣铁分离。

47.在本发明中，所述酸性熔渣的酸性系数为1.2～2.0。在本发明中，所述酸性熔渣的酸性系数在上述范围内能够直接作为岩棉的原料。

48.在本发明中，所述酸性熔渣经保温精炼后直接制备岩棉。本发明对所述酸性熔渣制备岩棉的操作没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的四辊离心机吹丝系统制备岩棉即可。在本发明的实施例中，酸性熔渣制备岩棉的流程优选为：将酸性熔渣经炉渣保温精炼电炉进行精炼，然后依次经四辊离心机、纤维形成室、集棉机、打揩机、固化炉、切片机和贴面机，得到产品岩棉。

49.在本发明中，所述高炉冶炼过程中产生的煤气优选回收用于烧热风炉供高炉或岩棉制造用热风。

50.在本发明中，所述含钒生铁中v的质量含量优选为0.4～10％。在本发明中，所述含钒生铁可直接作为钢铁冶炼的原料使用。本发明优选将所述含钒生铁进行脱硫磷得到铸块或者炼成50钒硅铁铸块后使用。

51.本发明提供的高炉冶炼石煤钒矿的工艺流程图优选如图1所示，将石煤钒矿粉、铁矿粉、炼钢渣粉和焦末在混合机中混合，然后在烧结机中烧结得到烧结矿，再与焦炭一起在高炉中进行冶炼，得到酸性熔渣和含钒铁水；然后将酸性熔渣经炉渣保温精炼电炉进行精炼，然后依次经四辊离心机、纤维形成室、集棉机、打揩机、固化炉、切片机和贴面机，得到产品岩棉；含钒铁水经精炼电炉熔炼得到含钒生铁。

52.本发明采用高炉冶炼石煤钒矿，以高炉火法冶金工艺代替目前石煤水法提钒工艺，生产过程无hcl和cl2气体和有毒高价态钒氧化物、五价钒离子及大量废渣产生，生产的酸性系数为1.2～2.0的熔渣可以制造各种优质节能岩棉，副产物含钒生铁可作为钢铁冶炼的原料，固体产物能够充分回收，产生的煤气可作为热风回用，实现了石煤钒矿的资源化利用；同时以工业固废炼钢渣为原料，实现了工业固废的回收利用。

53.下面将结合本发明中的实施例，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

54.实施例1

55.100m3高炉冶炼一天冶炼烧结矿500吨，年冶炼烧结矿16.5万吨，年生产岩棉13.728万吨，含钒2.62含钒生铁2.97万吨。

56.原料来源及组成：

57.石煤钒矿：湖北西昌兴山百家园石煤钒矿，粉碎至-40目，成分如表1。

58.表1湖北西昌兴山百家园石煤钒矿成分

59.成分v2o5sio2stck2obaal2o3caomgotitfe％1.3044.21.585.81.90.7217.3913.87.40.552.71

60.炼钢渣：含氧化铁承钢炼钢渣，粒度为-40目，成分如表2。

61.表2含氧化铁承钢炼钢渣成分

62.成分/参数caosio2al2o3tfemgomnov2o5熔点粘度％51.1710.171.9617.47.362.72.01460℃7.6pa·s63.铁矿粉粒度为-40目，成分如表3。

64.表3铁矿粉成分

65.成分tfesio2caomgops％50％12％1.01.0《0.05《0.05

66.焦炭粒径＞50mm，焦末粒径为1～5mm，焦炭和焦末中的固定碳＞81％，灰分＜19％，灰分成分如表4。

67.表4焦炭和焦末中灰分成分

68.成分fe2o3al2o3sio2caomgo％12.0821.081.0913.071.09

69.高炉冶炼石煤钒矿的方法：

70.(1)将石煤钒矿、炼钢渣、铁矿粉和焦末按照100:50:50:5的质量比混合后进行烧结，烧结温度1200℃和时间30min，得到烧结矿，化学成分如表5；

71.表5烧结矿化学成分

72.成分caomgok2obaosio2al2o3tio2v2o5tfe％20.36.00.950.51309.700.701.1518

73.(2)将所述步骤(1)得到的烧结矿与粒径为5～50mm的焦炭在100m3双渣口高炉进行连续冶炼，风温1200℃，风量350m3/min，炉温1450℃，焦比350kg/t渣，得到酸性熔渣和含钒生铁，化学成分分别如表6和表7所示；所述酸性熔渣的酸性系数为1.35，酸性熔渣产量为416t/日，年产量13.728万吨；所述含钒生铁中v的质量含量为2.62％，含钒生铁的日产量为90吨，年产量2.97万吨。

74.表6酸性熔渣化学成分

75.成分caomgok2obaosio2al2o3tio2v2o3feo％275.00.850.513311.20.700.11.0

76.表7含钒生铁化学成分

77.成分tfevcsimntips％91.52.624.10.50.1微量0.050.1

78.采用本实施例制备得到的酸性系数为1.35的酸性熔渣制备岩棉，具体流程如图1所示：将酸性熔渣经炉渣保温精炼电炉进行精炼，然后依次经四辊离心机、纤维形成室、集棉机、打揩机、固化炉、切片机和贴面机，得到产品岩棉；性能数据如下：1、岩棉的平均直径

6.5微米，2、岩棉制品渣球含量(粒径大于0.25mm)不大于9.5％(质量分数)，3、密度(kg/m3)＝145，4、导热系数(平均温度700+3试验密度150kg/m3/[w/(m.k)]＝0.043，5、热负荷收缩温度/℃＝654。

[0079]

实施例2

[0080]

600m3高炉冶炼一天冶炼烧结矿3000吨，年冶炼烧结矿99万吨，年制备岩棉76万吨，含钒7.5含钒生铁9.96万吨。

[0081]

原料来源及组成：

[0082]

石煤钒矿：湖南怀化石煤钒矿，粒度-40目，成分如表8，loi 15.6，发热量868卡/g。

[0083]

表8湖南怀化石煤钒矿成分

[0084][0085][0086]

炼钢渣：含氧化铁承钢炼钢渣，粒度为-40目，成分如表9。

[0087]

表9含氧化铁承钢炼钢渣成分

[0088]

成分/参数caosio2al2o3tfemgomnov2o5熔点粘度％51.1710.21.9617.47.362.72.01460℃7.6pa

·s[0089]

铁矿粉粒度为-40目，成分如表10。

[0090]

表10铁矿粉成分

[0091]

成分tfesio2caomgops％50121.01.0《0.05《0.05

[0092]

焦炭粒径＞50mm，焦末粒径为1～5mm，焦炭和焦末中的固定碳＞81％，灰分＜19％，灰分成分如表11。

[0093]

表11焦炭和焦末中灰分成分

[0094]

成分fe2o3al2o3sio2caomgo％12.0821.081.0913.071.09

[0095]

高炉冶炼石煤钒矿的方法：

[0096]

(1)将石煤钒矿、炼钢渣、铁矿粉和焦末按照100:100:2:5的质量比混合后进行烧结，烧结温度1200℃和时间30min，得到烧结矿，化学成分如表12；

[0097]

表12烧结矿化学成分

[0098]

成分caomgok2obaosio2al2o3tio2v2o5tfe％23.63.080.491.0361.880.701.8310

[0099]

(2)将所述步骤(1)得到的烧结矿与粒径为5～50mm的焦炭在600m3双渣口高炉进行连续冶炼，风温1100℃，风量2000m3/min，炉温1450℃，焦比300kg/t渣，得到酸性熔渣和含钒生铁；所述酸性熔渣的酸性系数为1.47，酸性熔渣日产量为2300吨，年产量76万吨；所述含钒生铁中v的质量含量为7.5％，含钒生铁的日产量为300吨，年产量为9.9万吨；酸性熔渣化学成分如表13。

[0100]

表13酸性熔渣化学成分

[0101]

成分caomgok2obaofeosio2al2o3tio2v2o3％21.62.80.911.131.0352.11.070.10

[0102]

含钒生铁化学成分如表14。

[0103]

表14含钒生铁化学成分

[0104]

成分tfevcsimntips％877.54.10.50.1微量0.050.1

[0105]

将本实施例制备的酸性系数为1.47的酸性熔渣制备岩棉，制备方法与实施例1中相同，产品岩棉性能数据如下：1、岩棉的平均直径6.5微米，2、岩棉制品渣球含量(粒径大于0.25mm)不大于9.5％(质量分数)，3、密度(kg/m3)＝145，5、导热系数(平均温度700+3试验密度150kg/m3/[w/(m.k)]＝0.043，6、热负荷收缩温度/℃＝654。

[0106]

7.5v％含钒生铁用电弧炉脱硫和磷后铸块入库。

[0107]

从以上实施例可以看出，本发明提供的高炉冶炼石煤钒矿的方法采用高炉冶炼石煤钒矿，以高炉火法冶金工艺代替目前石煤水法提钒工艺，生产过程无hcl和cl2气体和有毒高价态钒氧化物、五价钒离子及大量废渣产生，生产的酸性系数为1.2～2.0的酸性熔渣可以制造各种优质节能岩棉，副产物含钒生铁可作为钢铁冶炼的原料，固体产物能够充分回收，产生的煤气可作为热风回用，实现了石煤钒矿的资源化利用；同时以工业固废炼钢渣为原料，实现了工业固废的回收利用，生产成本低廉。

[0108]

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。技术特征：

1.一种高炉冶炼石煤钒矿制备岩棉和含钒生铁的方法，包括以下步骤：(1)将石煤钒矿、炼钢渣、铁矿粉和焦末混合后进行烧结，得到烧结矿；(2)将所述步骤(1)得到的烧结矿与焦炭进行高炉冶炼，得到酸性熔渣和含钒生铁；所述酸性熔渣的酸性系数为1.2～2.0；所述酸性熔渣经保温精炼后直接制备岩棉。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(1)中石煤钒矿中v2o5的质量含量为0.5％以上。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(1)中的炼钢渣为转炉钢渣；所述转炉钢渣包括含钒钢渣和/或普钢渣。4.根据权利要求1～3任意一项所述的方法，其特征在于，所述步骤(1)中石煤钒矿、炼钢渣、铁矿粉和焦末的质量比为(50～100):(50～100):(2～50):(5～10)。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(1)中烧结的温度为1200～1400℃，烧结的时间为30～40min。6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(1)中焦末和所述步骤(2)中焦炭的总质量与酸性熔渣的质量比为300～350kg/t。7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(2)中高炉冶炼时高炉的温度为1450～1550℃。8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(2)中高炉冶炼时热风的温度为900～1300℃。9.根据权利要求1、7或8所述的方法，其特征在于，所述步骤(2)中高炉冶炼的时间为4～6h。

技术总结

本发明提供了一种高炉冶炼石煤钒矿制备岩棉和含钒生铁的方法，属于节能建材领域和冶金领域。本发明将石煤钒矿、炼钢渣、铁矿粉和焦末混合后进行烧结，得到烧结矿；然后将所述烧结矿与焦炭进行高炉冶炼，得到酸性系数为1.2～2.0的酸性熔渣和含钒生铁；所述酸性熔渣经保温精炼后直接制备岩棉。本发明采用高炉冶炼石煤钒矿，以高炉火法冶金工艺代替目前石煤水法提钒工艺，生产过程无HCl和Cl2气体和有毒高价态钒氧化物、五价钒离子及大量废渣产生，生产的酸性系数为1.2～2.0的熔渣可以制造各种优质岩棉，副产物含钒生铁可作为钢铁冶炼的原料，固体产物能够充分回收，实现了石煤钒矿的资源化利用和工业废料的利用，生产成本低廉。生产成本低廉。生产成本低廉。

技术研发人员：岳庆丰 贾怡晗

受保护的技术使用者：贾怡晗

技术研发日：2022.06.24

技术公布日：2022/10/17