還原鈉化焙燒—磁選提取釩鈦磁鐵礦中釩、鐵工藝研究

李韌 池丕華 張春生 王學哲

摘要：以釩鈦磁鐵礦鐵精礦為研究對象，采用還原鈉化焙燒、磨浸、磁選工藝回收釩和鐵，考察了焙燒過程中焙燒溫度、焙燒時間、還原劑加入量、鈉化劑加入量等條件對釩、鐵回收的影響，最終獲得偏釩酸銨產品及含鐵80 %以上的粗鐵產品，同時獲得了鐵回收率92.82 %、釩回收率84.61 %的較好技術指標。

關鍵詞：釩鈦磁鐵礦;還原焙燒;鈉化;磁選;磨浸

中圖分類號：TD95文獻標志碼：A開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

文章編號：1001-1277（2021）11-0073-04doi：10.11792/hj20211114

引言

釩鈦磁鐵礦是一種以鐵、釩、鈦為主要有價元素的共生鐵礦[1]。釩鈦磁鐵礦是提取釩的主要原料[2-3]，相關工藝技術研究也較多。其中，高爐—轉爐傳統流程在中國比較具有代表性，該流程為原料在煉鋼前進行吹氧得到釩渣，再從釩渣中回收利用釩[4-5]。但是，該工藝存在流程長、能耗高、投資大、環境污染嚴重等問題。

目前，釩鈦磁鐵礦磁選后所得鐵精礦提釩主要有2種方法：一種是鈉化焙燒后水法提釩;一種是煉鐵、煉鋼后從爐渣中提釩[6-8]。其中，前一種方法提釩過程在回收鐵之前完成，可使釩具有較高的回收率。本次試驗探討了還原鈉化焙燒、磨浸、磁選工藝，其中的低溫還原技術使鐵得到選擇性還原，同時可控制釩的還原率，加入轉化劑使釩生成可溶性鹽類，溶解于磨礦水中，從而使鐵、釩得到分離。低溫還原技術與高爐冶煉相比，其能源消耗大大降低，粗鐵產品用于煉鋼，偏釩酸銨產品附加值高，有利于節能減排和資源綜合回收利用。

1試驗原料及試驗方法

1.1試驗原料

試驗原料為遼寧某礦山釩鈦磁鐵礦鐵精礦（下稱“釩鈦磁鐵礦”），其主要成分分析結果見表1。

釩鈦磁鐵礦XRD分析結果見圖1。由圖1可知：試驗原料的主要礦物組成為磁鐵礦，主要化學組分為Fe3O4;赤鐵礦，主要化學組分為Fe2O3;鈦鐵礦，主要化學組分為FeTiO3;硅酸鹽，主要化學組分為SiO2。

采用褐煤粉作為焙燒還原劑，其主要成分分析結果見表2。

1.2試驗方法

還原鈉化焙燒試驗采用回轉窯作為焙燒設備。通過控制噴槍火焰及加入還原劑實現焙燒還原氣氛的控制。試驗步驟：取一定量原料，按原料量加入不同比例的鈉化劑、還原劑，再加入一定量的水均勻混料，經預化后，送入回轉窯進行還原焙燒;焙砂從回轉窯放出稱量后立即用水噴淋降溫，再送至球磨機進行連續式磨浸;磨浸后物料送至反應罐中進行三段逆流浸出;浸出后采用板框式壓濾機進行液固分離，浸液除雜凈化后沉淀回收釩，浸渣洗滌后磁選回收鐵。

2結果與討論

2.1還原鈉化焙燒條件

2.1.1還原劑加入量

焙燒采用褐煤粉作為還原劑，加入量分別為原料質量的5 %、10 %、15 %;焙砂浸出后比較釩的浸出效果，浸渣通過磁選比較鐵回收率。還原劑褐煤粉加入量對釩、鐵提取的影響分別見圖2、圖3。

由圖2、圖3可知：還原劑褐煤粉加入量的增加不能促進釩的浸出，卻可促進鐵回收率上升，在褐煤粉加入量超過5 %時鐵回收率基本穩定。由于在焙燒過程中需要使釩生成釩酸鹽從而在浸出時溶于水，而鐵則需要在還原氣氛中還原為有磁性的低價態，所以控制還原度對工藝的實施至關重要。綜合考慮，確定褐煤粉加入量為5 %。

2021年第11期/第42卷選礦與冶煉選礦與冶煉黃金2.1.2鈉化劑加入量

試驗采用碳酸鈉為焙燒鈉化劑，加入量分別為原料質量的10 %、20 %、30 %、40 %、50 %、60 %;焙砂浸出后比較釩的浸出效果。鈉化劑加入量對釩提取的影響見圖4。

由圖4可知：碳酸鈉的加入有利于釩浸出率的提高，但其加入量在40 %以上時影響不大。碳酸鈉的加入增大了釩酸鈉的生成幾率，但由于碳酸鈉密度較小，在回轉窯中容易隨尾氣排出，再加上礦物質包裹等復雜因素的影響，所以當其加入量達到一定比例后，對釩浸出率的提高效果不明顯。因此，選擇碳酸鈉加入量為40 %。

2.1.3焙燒溫度

選擇750 ℃、800 ℃、850 ℃、900 ℃、950 ℃不同焙燒溫度進行試驗。焙燒溫度對釩、鐵提取的影響分別見圖5、圖6。

由圖5、圖6可知：隨著焙燒溫度的升高，釩浸出率、鐵回收率均逐漸增加;當焙燒溫度達到900 ℃時達到平衡;這表明焙燒溫度的升高有利于釩酸鈉的生成，同時也有利于鐵的還原反應發生。綜合考慮，選擇焙燒溫度為900 ℃。

2.1.4焙燒時間

選擇30 min、60 min、90 min、120 min不同焙燒時間進行試驗。焙燒時間對釩、鐵提取的影響分別見圖7、圖8。

由圖7、圖8可知：釩浸出率及鐵回收率均隨焙燒時間的增加而增大，但焙燒時間超過90 min后影響不大;說明此時釩的鈉化及鐵的還原基本完成。因此，選擇焙燒時間為90 min。

2.2磨浸、磁選條件

2.2.1浸出溫度

在液固比2∶1條件下，選擇浸出溫度為20 ℃、60 ℃、80 ℃、90 ℃進行試驗。浸出溫度對釩提取的影響見圖9。

由圖9可知：釩浸出率隨浸出溫度的升高而增加，至浸出溫度超過80 ℃時幾乎不再增加;浸出溫度的升高提高了鹽的溶解率，從而使釩浸出率增加。因此，選擇適宜的浸出溫度為80 ℃。

2.2.2磁場強度

對浸出釩后的浸渣進行磁選，選擇1.11×10-5A/m、1.35×10-5A/m、1.59×10-5A/m、1.83×10-5A/m不同磁場強度進行磁選試驗。磁場強度對鐵提取的影響見圖10。

由圖10可知：隨著磁場強度的增加，鐵回收率、精礦產率均有所增加;磁場強度增加至1.59×10-5A/m 后，鐵回收率基本穩定，此時反應生成的磁性鐵幾乎全部被選出。因此，確定磁場強度為1.59×10-5A/m。

2.3工業試驗

根據條件試驗選擇的合適工藝參數開展工業試驗，試驗規模為釩鈦磁鐵礦處理量15 t/d。工藝流程見圖11。

工業試驗結果表明：釩鈦磁鐵礦在鈉化劑加入量40 %、還原劑加入量5 %、焙燒溫度900 ℃條件下采用回轉窯進行還原焙燒，焙砂經過三段逆流磨浸洗滌，可得到15.15 g/L的釩溶液（浸液）。浸液通過硫酸鋁絮凝除雜、氯化銨沉釩，可得到符合一級品標準的偏釩酸銨產品，沉釩率大于99.9 %。浸渣在1.59×10-5A/m磁場強度下進行磁選，可得到含鐵81.86 %的粗鐵產品。釩、鐵總回收率分別為84.61 %和92.82 %。

3結論

1）對某礦山釩鈦磁鐵礦采用還原鈉化焙燒提釩是可行的。還原鈉化焙燒、磨浸、磁選工藝最終產出偏釩酸銨和粗鐵產品。該工藝與傳統工藝不同，其提釩過程是在回收鐵之前完成，釩回收率較高。

2）采用還原鈉化焙燒，使釩的鈉化與鐵的還原一步完成。該工藝在回轉窯升溫階段完成釩酸鈉的生成，高溫階段完成鐵的還原;通過磁選選出的粗鐵產品可進入煉鋼工序，解決了傳統工藝直接提釩浸出后球團不能單獨進入高爐的弊端。

3）該工藝技術具有節能的特點。釩的提取是在冶煉工藝之前完成，同時粗鐵產品可直接用于煉鋼，這與傳統提釩工藝相比可大幅度節約能耗，降低生產成本，提高經濟效益。

4）該工藝釩、鐵回收率較高，分別達到84.61 %和92.82 %。研究結果可為釩提取相關研究提供借鑒。

[參 考 文 獻]

[1]孫瑜，董越，鄭海燕，等.釩鈦磁鐵礦直接還原試驗研究[J].東北大學學報（自然科學版），2015，36（1）：63-67.

[2]丁滿堂.釩鈦磁鐵礦提釩工藝研究進展[J].中國有色冶金，2016，45（4）：38-41.

[3]李蘭杰，張力，鄭詩禮，等.釩鈦磁鐵礦鈣化焙燒及其酸浸提釩[J].過程工程學報，2011，11（4）：573-578.

[4]葉匡吾，夏耀臻.釩鈦磁鐵礦綜合利用流程評述[C]∥中國金屬學會.中國金屬學會2010年非高爐煉鐵學術年會暨釩鈦磁鐵礦綜合利用技術研討會論文集.北京：中國金屬學會，2010：242-246.

[5]潘樹范.國內外氧氣頂吹轉爐提釩現狀及對攀鋼轉爐提釩有關問題的探討[J].鋼鐵釩鈦，1995，16（1）：6-16.

[6]和樹桐.攀枝花釩鈦磁鐵礦提釩途徑的探討[J].鋼鐵釩鈦，1980，1（增刊 1）：111-114.

[7]楊振聲，胡恒敏.釩鈦磁鐵礦球團氧化焙燒的物相變化與提釩[J].燒結球團，1985（1）：31-35.

[8]楊振聲，黃開華，蔡博.釩鈦磁鐵礦鈉化氧化提釩的研究[J].鋼鐵研究總院學報，1983，3（4）：521-528.

Recovery of vanadium and iron from vanadium titanium magnetite

by reduction sodiummodified roasting-magnetic separationLi Ren，Chi Pihua，Zhang Chunsheng，Wang Xuezhe

（Jilin Provincial Institute of Metallurgy）

Abstract：The paper employed reduction sodiummodified roasting，grinding and leaching，and magnetic separation processes to recover vanadium and iron from vanadium titanium magnetite iron concentrate，and investigated the factors that influence the recovery of vanadium and iron in the roasting process，such as roasting temperature，roasting time，reducing agent dosage and sodiummodified agent dosage.Ammonium metavanadate products and crude iron products containing over 80 % iron were obtained，and the good technical indexes of iron recovery rate 92.82 % and vanadium recovery rate 84.61 % were obtained.

Keywords：vanadium titanium magnetite;reduction roasting;sodium modification;magnetic separation;grinding and leaching

收稿日期：2021-04-20; 修回日期：2021-09-17

基金項目：吉林省科技發展計劃項目（20180201070SF）

作者簡介：李韌（1969—），男，吉林長春人，教授級高級工程師，從事有色金屬冶金研究工作;長春市朝陽區前進大街2266號，吉林省冶金研究院，130012;Email：13180890188@126.com