一種頂底復吹轉爐提取釩鉻的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種頂底復吹轉爐提取釩鉻的方法，屬于鋼鐵冶煉領域。
【背景技術】
[0002]我國是釩鈦磁鐵礦大國，主要分布在四川攀西、河北承德等地區；按照Cr2O3含量的高低，釩鈦磁鐵礦又分為普通型釩鈦磁鐵礦和高鉻型釩鈦磁鐵礦(簡稱高鉻釩鈦磁鐵礦)。高鉻型釩鈦磁鐵礦作為一種特殊的釩鈦磁鐵礦資源，除含有鐵、釩、鈦之外還伴生有珍貴的鉻資源，攀枝花地區的紅格釩鈦磁鐵礦是我國最大的鉻礦資源，儲量36億噸，含有Cr2O3高達1800萬噸，是全國其他地區已探明儲量的近兩倍。
[0003]高鉻型紅格釩鈦磁鐵礦不僅是攀西四大礦區之最，也是國內目前最大的釩鈦磁鐵礦礦床。礦床賦存于海西早期形成的巨大層狀一似層狀中堿性一基性一超基性分異雜巖體中，巖漿分異作用好，屬晚期巖漿結晶分異礦床。礦體形成相對獨立的8個大中型礦區，其中路枯礦區巖體厚度大，各類含礦層齊全，礦體規模大，研宄程度最高，該區即所稱“紅格礦區”，又分為“南礦區”和“北礦區”。與周邊的攀枝花礦、白馬礦等資源不同，紅格礦除富含鐵、釩、鈦等金屬外，還共伴生鉻、鎳、鈷等金屬，是我國為數不多的特大型多元素共生礦，具有很高的綜合利用價值。以伴生的鉻元素為例，紅格南礦區Cr2O3品位達0.34%，鉻資源儲量十分可觀。我國是世界第一大不銹鋼生產國，國內鉻礦遠遠滿足不了消費需求，每年都需從國外進口高品位的鉻鐵礦和鉻鐵合金。我國的鉻冶金和鉻鹽工業對國外鉻鐵礦具有很高的依賴度。因此，對于我國這樣一個鉻資源短缺的國家而言，實現高鉻型釩鈦磁鐵礦中鉻資源的規模化回收具有十分重要的經濟價值和戰略意義。
[0004]目前，國內外制取釩渣的生產方法較多，主要有新西蘭鐵水包吹釩工藝、南非搖包提釩工藝、俄羅斯和中國的轉爐提釩工藝等，其它提釩工藝還包括含釩鋼渣提釩、石煤提釩工藝等。國內外轉爐提釩的生產工藝制度均為加入冷卻劑+過程溫度+吹煉時間的不斷改進。鐵水提釩是一項選擇性氧化技術。轉爐供氣提釩是一個放熱過程，[Si]、[Mn]、[V]、[C]等元素氧化使熔池快速升溫，而[Si]、[Mn]氧化發生在[V]氧化之前，提釩不可能抑制其反應，而[C]、[V]轉化溫度大約在1385°C左右，因此要獲得[V]的高氧化率和[V]收率，必須加入提釩冷卻劑，控制熔池溫度使之逼近[C]、[V]轉化溫度，達到提釩保碳的目的，將[V]降至0.05%以下。提釩的終點半鋼溫度不宜過高，提釩過程前期以釩氧化為主，后期以釩還原為主，但吹釩過程是釩還原為主。所以在降溫時采用的是加入冷卻劑使鐵水溫度降到合適的范圍，轉爐冶煉中通過吹煉時間和過程溫度的控制，將半鋼中的釩氧化，提高收
[0005]攀枝花高格型釩鈦磁鐵礦礦物種類多，礦石結構復雜，選冶分離礦石中的鐵、釩、鈦、鉻、鎳、鈷等金屬技術難度大，是一項待攻克的世界性技術難題。通常情況下，釩鈦礦物中釩以V3+的形態固溶于磁鐵礦晶格內，形成釩鐵尖晶石；鈦主要以氧化物T12的形式存在于鈦鐵晶石和鈦鐵礦中。Cr3+與Fe 3+離子半徑近似，三價鉻置換鈦磁鐵礦中三價鐵離子，呈內質同象。鉻與釩一樣，與鐵共生在一起，礦物為Fe0.(V，Cr)203尖晶石。在選礦過程中鉻與釩80%以上富集在鐵精礦中。為通過冶金方法共同提取釩鉻奠定了較好的原料基礎。許多科研院所及高校已經對紅格礦從采選、冶煉、提取及后續釩鉻分離都做了大量的工作，奠定了一定的理論和實踐基礎。目前已攻克多個技術難題，但距產業化還有不少的關鍵技術瓶頸，工藝技術尚不成熟。
[0006]董鵬莉對鉻、釩及其氧化物在鋼渣中的熱力學行為進行了理論分析，發現鉻和釩及其氧化物的熱力學行為取決于試驗過程中的氧分壓、溫度、堿度和渣相組成。隨著堿度、氧分壓增大及溫度降低，Cr2+含量降低；隨著渣堿度的增大，氧化鉻在渣中的溶解度降低、氧化物活度降低(董鵬莉.煉鋼過程中鉻、釩及其氧化物的熱力學行為[J].中國稀土學報，2012，30 (SI):49-54.)。
[0007]原地礦部礦產綜合利用研宄所采用選礦一回轉窯預還原一電爐煉鐵一試驗轉爐吹高鉻型釩渣一從高鉻型釩渣提取V2O5和Cr 203，再經傳統的焙燒一浸出一沉淀法得到了兩種產品，五氧化二釩品位和三氧化二鉻品位分別大于90%和98%，從原礦至產品的綜合收得率:鐵65%、釩40%?52%、鉻40%?55%。(張建廷.紅格鐵礦鉻的賦存、分布與回收利用[J].四川有色金屬，2005，(1):1-5.)
[0008]攀研院向鐵礦粉中直接加蘇打和芒硝的混合料氧化焙燒先提取釩鉻、浸出后精礦用豎爐氣體還原一磁選分離、簡單沉淀法從溶液中提取釩、鉻沉淀，并研宄了各種雜質對釩鉻沉淀及產品質量的影響規律，最終得到了品位都大于98%的V2O5和Cr 203產品(張建廷，陳碧.攀西釩鈦磁鐵礦主要元素賦存狀態及回收利用[J].礦產保護與利用，2008，
(5):38-41.)。
[0009]2012年攀鋼集團采取紅格礦一轉底爐預還原一電爐熔分一感應爐吹煉的工藝流程對紅格礦提取高鉻型釩渣進行了試驗研宄，得到了含V2O3約8 %、Cr 203約8 %的高鉻型釩渣和含T12品位較高的富鈦渣，此工藝以第三代煉鐵技術為基礎，展現了較好的同時提取和分離釩、鈦、鉻、鐵的前景。
[0010]在現有的高爐煉鐵-轉爐煉鋼提釩工藝中，釩鈦磁鐵礦中的鈦主要以鈣鈦礦形式進入高爐渣相，釩、鉻氧化物被還原進入鐵相，并在轉爐提釩過程中被氧化分別形成釩鐵、鉻鐵的尖晶石結構進入渣相形成釩渣，殘留在半鋼中的釩鉻在進一步的煉鋼過程中會部分氧化進入高堿度的煉鋼渣中。由于目前鐵水鉻含量低，生產工藝只針對釩渣中釩的回收，采用的工藝是高溫鈉化焙燒一水浸提釩工藝。由于釩鉻在冶金過程中的物理化學行為的相似性，在以紅格礦為原料的釩鉻鐵水提釩過程中勢必使大量的鉻氧化進入渣中，形成高鉻含量的釩鉻渣。
[0011]從已有的文獻來看，關于釩鉻鐵水冶煉僅有少量的工業試驗報導，由于有鉻的參與，含釩鉻鐵水在轉爐內的氧化特性相應會有所變化，鉻氧化物在渣中的存在會影響釩鉻渣的物理化學性能，會導致釩鉻氧化的熱力學條件和釩鉻在渣中和半鋼中分配的變化。
[0012]公開號為CN1789435的中國專利申請公開了一種鐵水提釩控鈣冷卻劑及鐵水提釩控鈣工藝，其提釩冷卻劑的化學成分(Wt% )為:氧化鐵皮56?60%、鐵精礦粉30?40%、結合劑5?10%，該冷卻劑可增高釩的提取率和釩渣品位，穩定釩渣氧化鈣含量。
[0013]公開號為CN101338351的中國專利申請公開了一種提釩冷卻劑及其制備方法和使用方法，該冷卻劑以氧化鐵皮或提釩污泥、含釩鐵精礦、結合劑為原料生產，含有80% -95% 的鐵氧化物，3 ?6% 的 Si02、0.1 ?0.6% 的 V205、1 ~ 3% MgCl20
[0014]從上述已有技術看，采用復吹轉爐進行提取釩鉻還未見報導，尚屬先例。

【發明內容】

[0015]本發明要解決的技術問題是提供一種頂底復吹轉爐提取釩鉻的方法。
[0016]本發明頂底復吹轉爐提取釩鉻的方法，包括如下步驟:將釩鉻鐵水兌入到轉爐，向釩鉻鐵水中頂吹由02和CO2組成的混合氣體，同時，用空氣與N2交替進行底吹，在頂底復吹的過程中加入冷卻劑來控制釩鉻鐵水的溫度在1320?1390°C，得到釩鉻渣和半鋼；其中，混合氣體用量為10?30Nm3/tFe，混合氣體采用氧槍噴吹，冷卻劑分三次加入:氧槍下降到位、成功點火后加入20%?40%的冷卻劑，吹煉I?2.5min后再加入30%?50%冷卻劑，剩余的冷卻劑在停止吹煉前至少2min時加入。
[0017]其中，所述釩鉻鐵水中[V] + [Cr]的總量在0.5?1.0%，碳含量在4.0?5.0%。
[0018]進一步的，作為優選方案，所述混合氣體中，按體積比，O2 = CO2= 3?7.5:1 ;優選為，O2: CO2= 5.5:1 ο
[0019]優選地，所述混合氣體壓力為0.60?1.0MPa,流量為8000?25000Nm3/h，混合氣體用量優選為25Nm3/tFe。
[0020]作為優選方案，所述混合氣體采用氧槍噴吹。
[0021]進一步的，所述冷卻劑優選為鐵氧化物或含鐵氧化物，冷卻劑的加入量優選為15 ?35kg/tFe，更優選為 25kg/tFe。
[0022]優選地，氧槍噴吹混合氣體時，吹煉前期0.5?1.0min采用高槍位，中期采用低槍位，吹煉結束前I?1.5min采用高槍位；總噴吹時間控制在6?12min。
[0023]優選地，在非吹煉階段底吹N2,吹煉期間底吹空氣。
[0024]進一步的，作為優選方案，所述N2用量控制在0.0015m3/(min.tFe)以下，空氣用量控制在0.10?0.50m3/ (min.tFe);作為更優選方案，N2用量控制在0.005?0.0Olm V(min.tFe)，空氣用量控制在 0.25 ?0.40m3/ (min.tFe)。
[0025]本發明的有益效果:
[0026]1、本發明與能夠保證較高的釩氧化率，同時克服碳鉻轉換溫度低的困難，保證鉻的氧化率，有利于資源的綜合利用。
[0027]2、采用本發明方法能大幅降低碳氧化率。
【具體實施方式】
[0028]本發明頂底復吹轉爐提取釩鉻的方法，包括如下步驟:將釩鉻鐵水兌入到轉爐，向釩鉻鐵水中頂吹由02和CO2組成的混合氣體，同時，用空氣與N2交替進行底吹，在頂底復吹的過程中加入冷卻劑來控制釩鉻鐵水的溫度在1320?1390°C，得到釩鉻渣和半鋼；其中，混合氣體用量為10?30Nm3/tFe，混合氣體采用氧槍噴吹，冷卻劑分三次加入:氧槍下降到位、成功點火后加入20%?40%的冷卻劑，吹煉I?2.5min后再加入30%?50%冷卻劑，剩余的冷卻劑在停止吹煉前至少2min時加入。
[0029]作為優選方案，混合氣體中，按體積比，O2 = CO2= 3?7.5:1。
[0030]進一步的，作為優選方案，所述混合氣體中，按體積比，O2 = CO2= 5.5:1。
[0031]其中，本發明釩鉻鐵水中[V] + [Cr]的總量在0.5 %?