钒钛磁铁矿煤基直接还原—磁选分离实验研究

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钒钛磁铁矿是我国的特色优势资源,综合利用我国储量丰富的钒钛磁铁矿资源,将资源优势转化为经济优势,对于促进我国国民经济建设具有重要意义。本文以承德钒钛磁铁矿为研究对象,针对选矿所得的钒钛磁铁精矿,综合运用热力学原理及X-射线衍射仪、矿相显微镜、扫描电镜等现代微观测试技术,研究开发适合承德钒钛磁铁矿资源特点的铁、钒、钛高效利用技术,即钒钛磁铁矿直接还原—磁选分离工艺,为承德钒钛磁铁矿中有价组元的高效利用提供技术支撑,也为提高我国钒钛磁铁矿整体利用水平提供新的理论和研究基础,得到的研究结果如下:  (1)钒钛磁铁精矿在无添加剂时,碳氧比1.2∶1、还原温度1350℃、还原时间1h、还原剂及外配煤种类为无烟煤、成型压力50Mpa,金属化率达到91.04%;当其余工艺参数不变,还原温度1300℃、还原时间3h,金属化率达到94.48%;还原温度和还原时间为直接还原显著影响因素,而煤种及其粒径则对直接还原影响不大;  (2)加入添加剂和改变冷却方式对直接还原具有强化作用,CaF2、 Fe2O3和Na2CO3为最佳的三种添加剂,最适添加剂含量分别为3%、3%、1%。添加剂的加入能够有效降低还原温度,缩短还原时间,促进传热和扩散,有利于铁晶粒生长聚集,在低温和高温区间均有良好效果;采用水淬急冷方式能有效减少二次氧化,明显提升金属化率;在1200℃下还原0.5h其余工艺条件不变,加入添加剂直接还原水淬后,金属化率可达到93.80%;  (3)不同还原温度还原产物的XRD分析结果可以看出,还原产物主要由Fe、Fe2VO4、Fe3O4、 TiO2和脉石相组成,在1350℃的还原产物中可明显看到假板钛矿(Fe2TiO5)的出现,提高了试样的还原性能;矿相照片中金属铁均匀分布,晶粒尺寸为100~300μm之间,适于磁选分离;  (4)铁回收率随磁场强度增大而提高,在最佳磁场强度240kA/m下,铁的回收率达到96.82%;不同还原温度下还原产物经磁选后V、Ti分布规律发生变化,1350℃时磁性产物和非磁性产物中V、Ti分别占70%和30%、30%和70%,随着还原温度的下降,磁性产物中Fe2VO4相消失,V趋向于进入非磁性产物中,1200℃时磁性产物和非磁性产物中V、Ti分别占45.22%和54.78%、37.65%和62.35%;  结果表明,该研究符合我国资源综合利用的特点,为我国钒钛铁矿的综合利用开辟了一条可行途径。
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