２０１１年ｉ１期　有色金属（冶炼部分）（ｈｔｔｐ：／／ｙｓｙ１．ｂｇｒｉｍｍ．ｏｎ）　・　１７　・　ＤＯＩ：１０．３９６９Ｉ／ｊ．ｉｓｓｎ．１００７—７５４５．２０１　１．１　１．００５　

提钒尾渣内配碳球团直接还原试验　

吴恩辉，黄平，杨绍利，马兰，张树立　（攀枝花学院四川省钒钛材料工程技术研究中心，四川攀枝花６１７０００）　摘要：在实验室条件下，对提钒尾渣压力成型工艺进行研究，考察煤粉配比、粘结剂配比、生石灰配比及　成型压力等因素对提钒尾渣内配碳球团强度的影响，确定了最佳方案。结果表明，球团的强度可满足后　续处理工艺的要求。并研究了配碳量、碱度、还原温度及还原时间与该种球团直接还原金属化率的关　系。　关键词：提钒尾渣；压力成型；直接还原；内配碳球团　中图分类号：ＴＦ８４１．３　文献标识码：Ａ　文章编号：１００７—７５４５（２０１１）１１　００１７－０４　

Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ　Ｓｔｕｄｙ　ｏｎ　Ｄｉｒｅｃｔ　Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｖａｎａｄｉｕｍ　Ｔａｉｌｉｎｇｓ　Ｃａｒｂｏｎ。Ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ　Ｐｅｌｌｅｔｓ　

ＷＵ　Ｅｎ—ｈｕｉ，ＨＵＡＮＧ　Ｐｉｎｇ，ＹＡＮＧ　Ｓｈａｏ—ｌｉ，ＭＡ　Ｌａｎ，ＺＨＡＮＧ　Ｓｈｕ—ｌｉ　（Ｐａｎｚｈｉｈｕａ　Ｃｏｌｌｅｇｅ，Ｓｉｃｈｕａｎ　Ｐｒｏｖｉｎｃｅ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｃｅｎｔｅｒ　ｆｏｒ　Ｖａｎａｄｉｕｍ＆Ｔｉｔａｎｉｕｍ　Ｍａｔｅｒｉａｌｓ　Ｐａｎｚｈｉｈｕａ　６１　７０００，Ｓｉｃｈｕａｎ。Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｕｎｄｅｒ　ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ，ｐｒｅｓｓｕｒｅ　ｆｏｒｍｉｎｇ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｆｏｒ　ｖａｎａｄｉｕｍ　ｔａｉｌｉｎｇｓ　ｗａｓ　ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ．　Ｔｈｅ　ｅｆｆｅｃｔｉｎｇ　ｆａｃｔｏｒｓ，ｓｕｃｈ　ａｓ　ｃｏａｌ　ｒａｔｉｏ，ｂｉｎｄｅｒ　ｒａｔｉｏ，ｑｕｉｃｋｌｉｍｅ　ｒａｔｉｏ　ａｎｄ　ｍｏｌｄｉｎｇ　ｐｒｅｓｓｕｒｅ，ｏｎ　ｐｅｌｌｅｔｓ　ｓｔｒｅｎｇｔｈ　ｗｅｒｅ　ｓｔｕｄｉｅｄ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｏｐｔｉｍｕｍ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ　ｗｅｒｅ　ｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄ．Ｔｈｅ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｓｈｏｗ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｓｔｒｅｎｇｔｈ　ｏｆ　ｐｅｌｌｅｔｓ　ｃａｎ　ｍｅｅｔ　ｔｈｅ　ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔ　ｏｆ　ｆｏｌｌｏｗ—ｕｐ　ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ．Ｔｈｅ　ｒｅｌａｔｉｏｎｓ　ｂｅｔｗｅｅｎ　ｃｏａｌ　ｒａｔｉｏ，ａｌ—　ｋａｌｉｎｉｔｙ，ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ａｎｄ　ｔｉｍｅ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｍｅｔａｌｌｉｚａｔｉｏｎ　ｐｅｒｃｅｎｔａｇｅ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｏｆ　ｍｅｔａｌｉｚｅｄ　ｐｅｌｌｅｔ　ｗｅｒｅ　ａｌｓｏ　ｓｔｕｄｉｅｄ　ｗｉｔｈ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：Ｖａｎｄｉｕｍ　ｒａｉｌｉｎｇｓ；Ｐｒｅｓｓｕｒｅ　ｆｏｒｍｉｎｇ；Ｄｉｒｅｃｔ　ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ；Ｃａｒｂｏｎ—ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ　ｐｅｌｌｅｔｓ　

提钒尾渣是钒渣经过氧化钠化焙烧、酸浸等工　序将钒氧化物提取出来后产生的固体废弃物，全国　钒企业每年大约排放提钒尾渣约３Ｏ万ｔ［１］，而且随　着钒企业产能的不断过大，提钒尾渣的排放量也将　逐渐提高，如此多的废渣常年堆积，不但占用了大量　土地，而且会造成环境污染。　提钒尾渣中铁含量相对较高，还富集有钒、铬、　镓等稀贵金属，是非常宝贵的二次资源，然而由于其　碱金属含量高，矿相及成分复杂，目前其综合利用程　度并不高ｌｚ］。对其开发应用主要集中在以下几个方　面：一是将提钒尾渣进行二次提钒，目前研究主要集　中在常压或加压酸浸提钒工艺ｌ３　；二是提钒尾渣　作者简介：吴恩辉（１９８４），男，安徽泗县人，助教，硕士　经过热处理和改性可以作为远红外涂料的填料，替　代钴系列黑色颜料　；三是利用提钒尾渣具有较高　的光热吸收率、红外辐射率和较高的光热转换效率　等特性，将提钒尾渣煅烧制黑色陶瓷材料　］，成为优　良的光热转换材料和成瓷材料；四是将提钒尾渣经　过煤基直接还原一磁选工艺回收其中的金属铁［７］。　本文主要研究提钒尾渣内配碳球团压力成型工艺，　得出了合理的工艺参数，生产的内配碳球团可以满　足后续冶炼工艺对其强度的要求；在此基础上，初步　探索了该球团直接还原的相关规律，为后续提钒尾　渣金属化球团电弧炉冶炼提供依据和参考。　・　１８　・　有色金属（冶炼部分）（ｈｔｔｐ：／／ｙｓｙ１．ｂｇｒｉｍｍ．ｏｎ）　２０１１年１１期　１　试验原料及流程　２　试验方法　１．１试验原料　化学成分（　）：ＴＦｅ　３７．９７、Ｇａ　０．００８、ＴｉＯ２　１２．９０、Ｖ２Ｏ５　２．０８、ＭｎＯ　７．８４、ＳｉＯ２　１６．３２、Ａｌ２Ｏ３　３．７２、ＣａＯ　２．５、ＭｇＯ　３．５７、Ｃｒ２Ｏ３　２．２４，原料粒度　（　）：＋０．３５　ｍｍ　７．８、～０．３５～＋０．２５　ｍｉｌｌ　６．０、～　０．２５～＋０．１５２　ｍｍ　２０．６、一０．１５２～＋０．１０４　ｍｉＴｌ　２５．２、一０．１０４～＋０．０７４　ｈｉｍ　１．６、一０．０７４　ｍｍ　３９。４。可以看出提钒尾渣有以下几个特点：　１）原料中Ｆｅ含量达到３７．９７　，Ｖ　Ｏ　和　Ｃｒ。Ｏ。含量分别达到２．０８　和２．２４　，具有较高的　综合利用价值。　２）原料粒度组成大于０．２５　ｌｎｍ的占８６．２　，　适合内配碳球团压力成型工艺。　３）具有利用价值的金属种类多，比如金属镓、　钒、铬、钛等＿８］。　１．２试验流程　煤粉、提钒尾渣和生石灰一起混合成型后，制成　球团，在竖炉内进行直接还原，得到金属化球团。　采用Ｌ　（３。）正交试验方法，考察煤粉配比、粘　结剂配比、ＣａＯ配比和成型压力对球团强度的影　响。人工配料，加入一定量粘结剂混匀之后在粉末　压片机上压制成球。生球未经干燥在０．５　ｍ高落　至钢板上，测定其落下强度；生球自然干燥后在智能　压力测定机上测定其抗压强度。　直接还原试验利用上述压力成型工艺制成的内　配碳球团作为原料，每次试验用钢丝网兜装人一个　球团，球团先在竖炉上端低温区预热一分钟，然后放　入炉底高温区进行还原，还原时通入ＣＯ作为保护　气。球团在一个温度点还原预先设定的时问后，迅　速取出放入木炭中自然冷却，冷却完成后，取样分　析。　

３试验结果及讨论　３．１压力成型试验　压力成型正交试验结果如表１所示。　

表１造球正交试验试验结果　Ｔａｂｌｅ　１　Ｔｈｅ　ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ　ｔｅｓｔ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｏｆ　ｐｅｌｌｅｔｉｚｉｎｇ　序号　因素　考查指标　煤粉配比／　粘结剂配比／　生石灰配比／　成型压力／ＭＰａ　抗压强度（Ｎ／球）　落下强度／次　

采用极差法处理表１中的数据，处理结果列入　表２～３。其中，尼　表示第　因素，第　水平的平均　值，Ｒ，表示极差。　

表２球团抗压强度的极差分析　Ｔａｂｌｅ　２　Ｅｘｔｒｅｍｅ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　ｐｒｅｓｓｕｒｅｄ　ｓｔｒｅｎｇｔｈ　ｏｆ　ｐｅｌｌｅｔ　项目煤　比粘　比生　比　

１，，　２５．４７　３７．２７　３６．１７　３０．６７　２．，　３５．５３　３４．５０　３１．８３　３３．４７　３．　４２．１７　３１．１７　３５．１７　３９．Ｏ３　Ｒ，　１６．７０　６．１０　４．３４　８．３６　

表３对球团落下强度的极差分析　Ｔａｂｌｅ　３　Ｅｘｔｒｅｍｅ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　ｄｒｏｐ　ｓｔｒｅｎｇｔｈ　ｏｆ　ｐｅｌｌｅｔ　项目煤　比粘　比生　比　

１．，　７．３３　１．３３　６．００　３．６７　２，　６．００　４．３３　５．００　７．６７　３，Ｊ　３．００　１０．６７　５．３３　５．００　Ｒ．４．３３　９．３４　１．００　４．００　

由表１～３可知，采取压力成型工艺，提钒尾渣　内配碳球团的抗压强度可达４８．７　Ｎ／球，落下强度　可达１４次，提钒尾渣具有良好的成球性，不需要对　２０１ｉ年ＩＩ期　有色金属（冶炼部分）（ｈｔｔｐ：／／ｙｓｙ１．ｂｇｒｉｍｍ．ｃｎ）　・　１９　・　原料做特殊处理，就可以得到各方面性能优异的内　配碳球团。在影响球团抗压强度的各因素中，主次　关系为：煤粉配比＞粘结剂配比＞Ｃａｏ配比＞成型　压力；影响球团落下强度的各因素中，主次关系为：　粘结剂配比＞煤粉配比＞成型压力＞ＣａＯ配比。　试验确定的最佳方案是：提钒尾渣：煤粉：氧化钙　。粘结剂一１Ｏ０：２５：１５：２。　３．２直接还原试验　３．２．１　还原温度对球团金属化率的影响　试验在理论配碳量、碱度１．２、还原时间２５　ｍｉｎ、Ｃ０气氛下进行，还原温度对球团金属化率的　影响结果见图１。在１　１５０℃时，球团的金属化率为　４１．３９　，就趋势而言，随着温度的升高，球团的金属　化率不断增加。由于球团在接近１　２００℃时就开始　熔化，无法从竖炉取出，因此无法检测其结果，但是　就现象来看，球团的金属化率一定很高，因为可以明　显发现其中有铁颗粒的存在。　

＼　褥　

噻　

还原温度／℃　图１　还原温度对球团金属化率的影响　Ｆｉｇ．１　Ｅｆｆｅｃｔ　ｏｆ　ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｏｎ　ｍｅｔａｌｌｉｚａｔｉｏｎ　ｒａｔｅ　ｏｆ　ｐｅｌｌｅｔ　

３．２．２　配碳量对球团金属化率的影响　试验在还原温度１　０９０℃、碱度１．２、还原时间　２５　ｍｉｎ、ｃ０气氛下进行，配碳量对球团金属化率的　影响结果见图２。配碳量为１４．４　时，球团的金属　化率为３５．３５　。图中数据显示，随着配碳量的增　加，球团的金属化率有震荡升高的趋势。出现金属　化率减小的主要原因是在取出球团时，由于未及时　将球团埋在木炭深处，导致了炙热球团与空气接触，　发生氧化导致。另外分析结果显示有剩炭的出现，　说明提钒尾渣中铁的还原并不充分，这也是金属化　率较低的原因之一。　３．２．３还原时间对球团金属化率的影响　还原温度１　０９０℃，配碳为理论配碳量、碱度　１．２、ＣＯ气氛，还原时间对球团金属化率的影响结　

＼　碍　

噬　

目　碳比／％　图２配碳量对球团金属化率的影响　Ｆｉｇ．２　Ｅｆｆｅｃｔ　ｏｆ　ｃａｒｂｏｎ　ａｄｄｉｔｉｏｎ　ｏｎ　ｍｅｔａｉｌｉｚａｔｉｏｎ　ｒａｔｅ　ｏｆ　ｐｅｌｌｅｔ　

果见图３。当还原时间为３０　ｍｉｎ时，球团的金属化　率为３３．Ｏ９　，由图３可以看出，球团的金属化率随　着还原时间的增长，其金属化率表现为震荡升高。　出现震荡的主要原因应为试验操作过程中球团氧化　造成的，因为通过分析球团中残碳量可知，随着时间　的增加残碳是不断减少的，说明球团中的铁是不断　被还原的。　

＼　得　

Ｌ崛　

还原时间／ｍｉｎ　图３还原时间对球团金属化率的影响　Ｆｉｇ．３　Ｅｆｆｅｃｔ　ｏｆ　ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ　ｔｉｍｅ　ｏｎ　ｍｅｔａｌｌｉｚａｔｉｏｎ　ｒａｔｅ　ｏｆ　ｐｅｌｌｅｔ