CN106755658A - 一种含钛熔渣冶金还原生产的方法 - Google Patents

Abstract

一种含钛熔渣冶金熔融还原生产的方法，属于非高炉炼铁与资源综合利用领域。方法：1)将含钒熔渣或含钒钛钢渣加入熔炼反应装置，用氧化性气体喷入含铁物料和/或含钒钛物料的同时，喷入还原剂，得到反应混合熔渣，将反应熔渣，加热至熔融状态，实时监测反应熔渣，通过调控同时保证反应熔渣，温度在设定范围内，碱度CaO/SiO₂比值＝0.6～2.0，反应熔渣实现充分混合，获得还原氧化后的熔渣；2)分离回收。本发明方法金属铁的回收率92～96％，无需热补偿或需少量热补偿，可操作性强，生产成本低；整个过程无固体废弃物产生，反应条件温和，实现了节能减排，是一种绿色冶金工艺。

Description

一种含钛熔渣冶金还原生产的方法

技术领域

本发明属于非高炉炼铁与资源综合利用领域，具体涉及一种含钛熔渣冶金还原生产的方法。

背景技术

白云鄂博矿是世界上罕见的铁、稀土、铌、钍等元素共生大型多金属共生矿，目前，铁储量14.6亿吨，稀土资源R₂O₃，1.35亿吨，居世界第一位，铌资源，Nb₂O₅占我国95％。我国采用“白云鄂博铁矿选矿-高炉-转炉”工艺流程，实现了白云鄂博铁矿的大规模利用。

高炉炼铁法是目前生产钢铁的主要方法。经过长期的发展，高炉技术已经非常成熟。高炉炼铁法的缺点是对冶金焦的强烈依赖，随着焦炭资源的日益贫乏，冶金焦的价格越来越高，而储量丰富的廉价非焦煤资源却不能在炼铁生产中充分利用。并且随着高炉强化熔炼技术的提高，污染物排放总量持续提高，是国内污染物排放主要来源之一。

我国拥有丰富的钒钛磁铁矿资源，主要分布在攀西与承德地区。钒钛磁铁矿是铁、钒、钛、铬、磷、铜、镍、钴、钪、铌、锆、钇等多种有价元素共生的复合矿。我国采用“钒钛磁铁矿选矿-高炉炼铁-铁水吹钒渣-转炉炼钢”选冶工艺流程，钒渣-钠化或钙化焙烧工艺流程，实现了钒钛磁铁矿的大规模利用，并产生了含钛高炉渣、含钒钛钢渣、提钒尾渣等固体废弃物。

含钛高炉渣产生于钒钛磁铁矿的高炉炼铁过程。其TiO₂含量为4～30％，含钒生铁含量为4～8％，五氧化二钒含量为0.1～0.5％，并含有铬、镓、钪等有价元素，含钛高炉渣是一种重要的二次资源。由高炉放出的含钛高炉熔渣温度高于等于1300℃，每年排放大量的物理热，因此，含钛高炉熔渣也是重要的物理热资源。

钢渣中含有金属铁/含钒粒铁、氧化钙、钛、钒、磷等有价组分，是重要的二次资源。炼钢过程放出的熔融钢渣温度高于1550℃，每年排放大量的物理热，因此，熔融钢渣也是重要的物理热资源。

发明内容

针对现有技术存在的问题，提供了一种含钛熔渣冶金还原生产的方法。该方法以含钛高炉熔渣或含钒钛熔融钢渣作为熔渣体系，加入含钒钛物料和/或含铁物料，通过渣浴，实现熔渣冶金熔融还原，是一种由含钛高炉熔渣或含钒钛熔融钢渣熔融还原炼铁，并实现了熔渣调质处理的方法。该方法反应时间短、生产率高、生产成本低、原料适应性强、处理量大、环境友好、经济收益高、可有效解决环境污染、热能高效回收利用问题，是一种熔渣冶金新工艺，一种新的熔融还原工艺，是现有冶金工艺的完善与创新，是世界上首次开发出熔渣冶金工艺，熔渣不是废弃物，而是冶金中间产品。

本发明的一种含钛熔渣冶金还原生产的方法，充分利用钢铁生产中间产物-含钛高炉熔渣或含钒钛熔融钢渣的物理热资源和热态冶金熔剂，以及熔渣的高化学活性，通过向含钛高炉熔渣或含钒钛熔融钢渣，加入含钒钛物料和/或含铁物料，加入还原性物质，加热至熔融状态，喷吹气体及搅拌，渣浴还原，实现熔融还原炼铁，反应得到的熔渣经处理，钒组分富集于金属铁或钢相，钛组分富集于富钛矿物相，使夹杂含钒生铁与继续被还原的金属铁聚集、长大与沉降，磷组分富集于富磷相，通过分离，获得含钒金属铁/生铁或钢、富钛相、富磷相，还原后的熔渣中铁氧化物、自由氧化钙与氧化镁消失，熔渣实现调质处理；熔融还原处理大宗含铁物料，实现大宗含铁物料熔融还原炼铁，渣-金分离，得到铁水与还原后的熔渣；还原后的熔渣可以作为水泥添加剂、水泥调整剂或直接作为水泥熟料，也可以添加其他组分生产高附加值的水泥熟料，实现资源高效综合利用，是一种新的熔融还原炼铁方法。

本发明含钒熔渣冶金还原生产的方法，具体包括以下步骤：

步骤1，熔渣冶金熔融还原：

将含钒高炉熔渣或熔融含钒钛钢渣加入保温装置或熔渣可流出的熔炼反应装置中，将其加热至熔融状态，形成反应熔渣，向反应熔渣中加入含钒钛物料和/或含铁物料的同时，喷入还原剂，熔渣保持熔融状态，进行熔融还原，实时监测反应熔渣，通过调控同时保证如下(a)、(b)和(c)两个参数，获得还原后的熔渣；

(a)反应熔渣，温度在设定范围内；

(b)反应熔渣，碱度CaO/SiO₂比值＝0.6～2.0；

(c)反应熔渣实现充分混合；

调控方法为：

对应(a)：

设定温度范围为1300～1650℃；

当反应装置采用保温装置时，反应熔渣的温度范围设定为1300～1650℃；

当反应装置采用渣液可流出的熔炼反应装置时，反应熔渣的温度范围设定为1350～1650℃；

控制反应熔渣的温度在设定温度范围的方法为：

当反应熔渣的温度＜设定温度范围下限时，通过反应装置自身的加热功能，或向反应熔渣中加入燃料和/或熔融态含钒钛钢渣，进行热量补偿，使反应熔渣的温度达到设定温度范围内；

当反应熔渣的温度＞设定温度范围上限时，向反应熔渣中加入含铁物料和/或含钒钛物料，进行降温，使反应熔渣的温度达到设定温度范围内；

对应(b)：

当反应熔渣中碱度CaO/SiO₂比值＜0.6时，向反应熔渣中加入碱性物料或碱性含铁物料或含钒钛物料中的一种或几种，使反应熔渣满足参数(b)；

当反应熔渣中碱度CaO/SiO₂比值＞2.0时，向反应熔渣中加入碱性物料或碱性含铁物料或含钒钛物料中的一种或几种，使反应熔渣满足参数(b)；

对应(c)：

反应熔渣实现充分混合的混合方式为自然混合或搅拌中的一种，所述的搅拌，搅拌方式为以下方式中的一种：中性气体搅拌、电磁搅拌、机械搅拌、中性气体搅拌与电磁搅拌相结合或中性气体搅拌与机械搅拌相结合；

步骤2，分离回收：

采用以下方法中的一种：

一.当装置采用保温装置时，采用方法A、方法B或方法C：

当装置采用不可倾倒的保温装置或可倾倒的保温装置时，采用方法A：

(1)将还原后的熔渣，冷却至室温，获得缓冷渣；其中，含钒金属铁沉降到缓冷渣的底部，形成含钒铁坨，铁坨上部为含钒金属铁层，含钒金属铁层上部为剩余缓冷渣，缓冷渣中含有富钛相、富钒相、富磷相及硅酸盐相；

(2)人工取出含钒铁坨；将钒含金属铁层，破碎至粒度为20～400μm，磨矿，磁选分离出剩余含钒金属铁；

(3)对剩余缓冷渣，采用重力分选法进行分离，获得钛精矿、富钒精矿和尾矿；

(4)尾矿的回收利用有2种：①作为水泥原料、建筑材料、代替碎石作骨料、路材或磷肥使用；②采用湿法冶金、选矿方法或选矿-湿法冶金联合法将尾矿中含磷组分分离出来；

仅当装置采用可倾倒的保温装置时，采用方法B或方法C：

方法B：

(1)将还原氧化后的熔渣的温度降温至1150～1250℃，将中部和上部的还原后的熔渣倒出后，空冷或水淬，用作水泥原料或建筑材料；

(2)将下部的还原氧化后的熔渣，仍在可倾倒的保温装置中，按照方法A的还原氧化后的熔渣进行处理；

方法C：

(1)将还原氧化后的熔渣，沉降，渣-金分离，获得含钒铁水与熔渣；

(2)当熔渣中TiO₂的质量分数≤10％时，直接将熔渣倒出后，空冷或水淬，用作水泥原料或建筑材料；

(3)将含钒铁水送往转炉提钒炼钢；

方法二，当装置采用渣液可流出的熔炼反应装置时，分离回收采用方法D或方法E：

方法D：

(1)将还原后的熔渣的温度降温至1150～1250℃，将中部和上部的还原氧化后的熔渣空冷或水淬，用作水泥原料或建筑材料；

(2)将下部的还原氧化后的熔渣，倒入保温装置中，按照方法A的还原后的熔渣进行处理；

方法E：

(1)将还原氧化后的熔渣，沉降，渣-金分离，获得含钒铁水与熔渣；

(2)将熔渣，进行炉外熔渣处理；

(3)将含钒铁水送往转炉提钒炼钢；

其中，熔渣进行炉外熔渣处理，采用方法E-1、E-2、E-3、E-4、E-5、E-6或E-7中的一种：

方法E-1，直接空冷或水淬：

当熔渣中TiO₂的质量分数≤10％时，直接将熔渣空冷或水淬，用途有4种：①矿渣水泥；②水泥调整剂；③水泥生产中的添加剂；④水泥熟料；

方法E-2，氧化后空冷或水淬：

(1)将熔渣，倒入可倾倒的保温装置或渣液可流出的熔炼反应装置中，向熔渣中吹入氧化性气体，直至熔渣中的氧化铁质量百分数≥2wt％，完成喷吹，获得氧化后熔渣；其中，氧化性气体的预热温度为0～1200℃；控制在整个过程中，熔渣温度≥1450℃，控制方法为：

当温度低于＜1450℃，喷入燃料或通过装置自身加热，使装置内熔渣温度≥1450℃；

(2)对氧化后熔渣直接空冷或水淬，用途有4种：①矿渣水泥；②水泥调整剂；③水泥生产中的添加剂；④水泥熟料；

方法E-3，生产高附加值的水泥熟料：

(1)将熔渣，倒入可倾倒的保温装置或渣液可流出的熔炼反应装置中，与熔融转炉含钛钢渣、电炉熔融还原渣、电炉熔融氧化渣、石灰、粉煤灰、碱性铁贫矿、铝土矿、熔融稀土高炉渣中的一种或几种混合，形成混合熔渣；

(2)向混合熔渣中吹入氧化性气体，直至混合熔渣中的氧化铁质量百分数≥2wt％，完成喷吹，获得氧化后熔渣；其中，氧化性气体的温度为0～1200℃；在整个过程中，控制混合熔渣温度≥1450℃，采用的控制方法为：

当温度低于＜1450℃，喷入燃料或通过装置自身加热，使装置内混合熔渣温度≥1450℃；

(3)对氧化后熔渣直接空冷或水淬，制得高附加值的水泥熟料；

方法E-4：熔渣浇筑微晶玻璃或作为矿渣棉；

方法E-5，作为热态冶金溶剂：

将熔渣，加入步骤1中的混合熔渣中，作为热态冶金溶剂，调整混合熔渣成分，控制混合熔渣温度和粘度；

方法E-6，再次熔融还原氧化：

将熔渣，倒入保温装置，作为反应混合熔渣，实时监测保温装置内的反应熔渣，通过调控同时保证上述的(a)、(b)和(c)三个参数，调控方法同上述步骤1中的调控方法；

分离回收采用方法A、方法B或方法C中的一种；

方法E-7，将熔渣，倒入保温装置，分离回收采用方法A：

方法F-1：熔渣氧化后空冷或水淬

(1)向还原后的熔渣中吹入氧化性气体，直至还原后的熔渣中的氧化铁质量百分数≥2wt％，完成喷吹，获得氧化后熔渣；其中，在整个过程中，控制熔渣温度≥1450℃，控制方法为：

当温度＜1450℃，喷入预热燃料，燃烧放热补充热量，或通过装置自身加热，使保温装置内熔渣温度≥1450℃；

(2)对氧化后熔渣直接空冷或水淬，用途有4种：①矿渣水泥；②水泥调整剂；③水泥生产中的添加剂；④水泥熟料；

(3)熔炼反应装置下部含钒铁水送往转炉提钒炼钢；

方法F-2，熔渣处理生产高附加值的水泥熟料：

(1)将还原后的熔渣与熔融转炉含钒钛钢渣、电炉熔融还原渣、电炉熔融氧化渣、石灰、粉煤灰、碱性铁贫矿、铝土矿、熔融稀土高炉渣中的一种或几种混合，形成混合熔渣；

(2)向混合熔渣中喷入氧化性气体，直至混合熔渣中的氧化铁质量百分数≥2wt％，完成喷吹，获得氧化后熔渣；其中，在整个过程中，控制混合熔渣温度≥1450℃，采用的控制方法为：当温度＜1450℃，喷入预热燃料或通过装置自身加热，使保温装置内混合熔渣温≥1450℃；

(3)对氧化后熔渣直接空冷或水淬，制得高附加值的水泥熟料；

(4)熔炼反应装置下部含钒铁水送往转炉提钒炼钢。

所述的含钛熔渣为常温固态含钛熔渣，或由出渣口获得的熔融态含钛熔渣。

所述的含钛熔渣为含钛高炉熔渣或电炉钛渣中的一种或几种。

所述的含钛高炉熔渣，含有TiO₂的质量分数为4～30％。

所述的含钒钛钢渣为常温固态含钒钛钢渣，或由出渣口获得的熔融态含钒钛钢渣。

所述的含钒钛钢渣为转炉炼钢钢渣或电炉炼钢钢渣中的一种或几种。

所述的含钒钛钢渣，含有TiO₂的质量分数为0.3～6％，含有V₂O₅的质量分数为0.1～5％。

所述的保温装置为可倾倒的保温装置或不可倾倒的保温装置；可倾倒的保温装置为保温渣罐，其升高温度方法为加入燃料；不可倾倒的保温装置为保温地坑，其升高温度方法为加入燃料。

所述的保温渣罐和保温地坑，使用前需预热，预热温度为300～1200℃。

所述的渣液可流出的熔炼反应装置，为可倾倒的熔炼反应装置或底部带有渣口的固定式熔炼反应装置；所述的可倾倒的熔炼反应装置为转炉、感应炉或可倾倒的熔炼反应渣罐中的一种；所述的底部带有渣口的固定式熔炼反应装置为等离子炉、直流电弧炉、交流电弧炉、矿热炉、鼓风炉或反射炉中的一种。

所述的含钒熔渣冶金还原生产的方法，所述的含铁物料为常温或从冶炼炉直接获得的具有出炉温度的普通铁精矿、普通铁精矿烧结矿、普通铁精矿球团矿、普通铁精矿金属化球团、普通铁精矿含碳预还原球团、普通铁精矿直接还原铁、普通钢渣、高炉瓦斯灰、高炉烟尘、转炉烟尘、氧化铁皮、湿法炼锌过程的锌浸出渣、氧化铝生产过程产生的赤泥、粉煤灰、硫酸烧渣、铜冶炼渣、锌浸出大窑渣、镍铁渣、铅锌冶炼渣、镍冶炼渣、铅冶炼渣、转炉烟尘或电炉烟尘中的一种或几种。所述的出炉温度为600～1550℃。

上述的普通铁精矿金属化球团的中金属化率≥70％，普通铁精矿含碳预还原球团的中FeO的含量≥60％。

所述的控制反应混合熔渣温度在设定温度范围的方法中，所述的含钒钛物料为常温或从冶炼炉直接获得具有出炉温度含钛高炉渣、含钒钛钢渣、提钒尾渣、选钛尾矿、低品位钒钛磁铁矿、钒钛磁铁精矿、钒钛磁铁矿直接还原铁，钒钛磁铁精矿金属化球团、钒钛磁铁精矿含碳预还原球团、钒钛磁铁精矿烧结矿、钒钛磁铁精矿球团矿、钛精矿中的一种或几种。所述的出炉温度为600～1550℃。

所述的控制反应混合熔渣温度在设定温度范围的方法中，所述的含氟物料是萤石和/或CaF₂。

所述的含钒熔渣冶金还原生产的方法，所述的含铁物料、含钒钛物料和含氟物料是粉状物料或球状物料，其中，粉状物料的粒度≤150μm；粉状物料以喷吹的方式加入反应混合熔渣，载入气体为空气、氮气、氩气、氮气-氧气混合气、氮气-氩气混合气、富氧空气、氮气-氧气混合气、氩气-氧气混合气、空气-氩气混合气或空气-氮气混合气；所述的喷吹方式为采用耐火喷枪插入熔渣内部吹入粉状物料，插入方式为侧吹、底吹或顶吹中的一种。

所述的控制反应混合熔渣温度在设定温度范围的方法中，所述的含铁物料、含钒钛物料和含氟物料是粉状物料或球状物料，其中，粉状物料的粒度≤150μm；粉状物料以喷吹的方式加入反应混合熔渣，载入气体为空气、氮气、氩气、氮气-氧气混合气、氧气-氩气混合气、氮气-氩气混合气、空气-氩气混合气或空气-氮气混合气；所述的喷吹方式为采用耐火喷枪插入熔渣内部吹入粉状物料。

所述的控制反应熔渣温度在设定温度范围的方法中，所述的燃料的温度为0～1200℃；煤粉的加入量根据所需温度及煤粉的热值计算理论质量，加入的实际质量比理论质量多1～2wt.％。

所述的控制反应熔渣温度在设定温度范围的方法中，向反应熔渣中加入燃料的同时需要通入氧化性气体，燃料和氧化性气体采用喷吹的方式加入混合熔渣，所述的喷吹方式为采用耐火喷枪插入反应熔渣内部；所述的氧化性气体是氧化性气体为空气、氧气、富氧空气、氧气-氮气混合气、空气-氮气混合气、氧气-氩气混合气、空气-氩气混合气中的一种或几种；所述的氧化性气体采用耐火喷枪插入反应混合熔渣内部吹入。

所述的控制反应熔渣温度在设定温度范围的方法中，燃料为煤粉。

所述的控制反应熔渣温度在设定温度范围的方法中，向反应熔渣中加入含铁物料和含钛物料时，含铁物料和含钛物料为任意比。

所述的控制反应熔渣温度在设定温度范围的方法中，所述的加入含铁物料和/或含钛物料，目的在于：

一、避免温度过高，保护熔炼反应装置，抑制含钛高炉熔渣中含钒生铁、熔融含钒钢渣中含钒粒铁及被还原含钒金属铁的氧化，提高含钒金属铁的回收率；

二、规模处理含铁物料，提高金属铁的生产率。

所述的还原剂为固体还原剂或气体还原剂。

所述的固体还原剂为煤粉、焦粉、烟煤或无烟煤中的一种。

当采用固体还原剂时，采用以氧化性气体载入的方式，喷吹加入反应熔渣内部；氧化性气体为空气、氧气、富氧空气、氧气-氮气混合气、空气-氮气混合气、氧气-氩气混合气、空气-氩气混合气中的一种；所述的喷吹方式采用耐火喷枪插入反应熔渣内部喷入，采用侧吹、顶吹或底吹中的一种或几种。

所述的气体还原剂为高炉煤气、焦炉煤气、转炉煤气、发生炉煤气、天然气或装置产生的回收尾气中的一种或几种，还原性气体的温度为0～1200℃，喷吹时间与流量的关系为1～90L/(min·kg)，还原性气体的通入方式为采用耐火喷枪插入反应混合熔渣内部吹入；所述的还原性气体的喷吹时间与流量依熔渣质量、温度及需要还原的程度而定。

所述的控制充分搅拌的方法中，中性气体为惰性气体或N₂中的一种或几种；中性气体的预热温度为0～1200℃，中性气体的喷吹时间与流量的关系为1～90L/(min·kg)，中性气体的喷吹方式为采用耐火喷枪喷入插入反应熔渣内部吹入，起到增强搅拌的作用。

所述的惰性气体为氩气。

当中性气体为混合气体时，混合比例为任意比。

所述的含钛熔渣冶金还原生产的方法，反应熔渣熔融还原氧化过程中，对反应熔渣表面持续喷吹富氧空气；其中，采用耐火喷枪进行喷吹，富氧空气的氧气体积含量为25～35％；富氧空气的温度为0～1200℃，喷吹时间与流量的关系为1～90L/(min·kg)；

喷吹富氧空气的作用为：未充分燃烧的C与CO与富氧空气作用，进行二次燃烧，提高反应混合熔渣温度，使反应混合熔渣进行充分熔融还原反应；

二次燃烧后，剩余的CO逸出后，进行收集，回收利用，利用方法为：

1.返回作为还原剂；2.返回作为热源；3.返回发电使用；4.返回烧结矿做燃料。

所述的步骤1中，当反应熔渣碱度CaO/SiO₂比值为0.6～0.8时，反应熔渣生成金红石相；所述的步骤1中当反应熔渣碱度CaO/SiO₂比值为1.0～1.4时，反应熔渣富跳箱钙钛矿相。

所述的步骤2，冷却方式为自然冷却或旋转冷却。

所述的步骤2，沉降方式为自然沉降、旋转沉降或电磁沉降。

所述的步骤2中，沉降与冷却过程中，钒组分迁移、富集于金属铁、粒铁与富钒相，钛组分迁移、富集于富钛相，实现长大与沉降。

所述的步骤2，方法A(1)中，旋转冷却与沉降的具体操作为：装有熔渣的保温装置置于旋转平台上，按照一定速度进行旋转，旋转速度依熔渣质量与保温装置高度或深度而定，旋转时间依熔渣质量与熔渣凝固情况而定。其作用为促进含金属铁、富钛相、富钒相聚集、长大与沉降，提高回收率与生产率，降低生产成本。

所述的步骤2，方法A(3)中，重力分选法是摇床分选、溜槽分选或者二者相结合。

所述的步骤2，湿法冶金是稀酸浸出法，其中稀酸浸出法是无机酸浸、有机酸浸中的一种。所述的无机酸选用硫酸、盐酸、磷酸的一种或多种，有机酸选用草酸、乙酸、柠檬酸中的一种或多种。

所述的步骤2中，分离回收方法E中采用E-1或E-2炉外熔渣处理时，所述的燃料的温度为0～1200℃；煤粉的加入量根据所需温度及煤粉的热值计算理论质量，加入的实际质量比理论质量多1～2wt.％；加入燃料的同时需要通入氧化性气体，燃料和氧化性气体采用喷吹的方式加入混合熔渣，所述的喷吹方式为采用耐火喷枪插入反应熔渣内部；所述的燃料为煤粉；，向反应混合熔渣中加入燃料的同时需要通入氧化性气体，燃料和氧化性气体采用喷吹的方式加入混合熔渣，所述的喷吹方式为采用耐火喷枪插入反应熔渣内部；所述的氧化性气体是空气、氧气、富氧空气、氮气-氧气混合气、氮气-空气混合气、氧气-氩气混合气或空气-氩气混合气中的一种。

所述的含钛熔渣冶金还原生产的方法，金属铁的回收率92～96％。

本发明的一种含钛熔渣冶金还原生产的方法，相比于现有技术，其特点及有益效果为：

与现有技术相比，本发明的特点是：

(1)本发明的一种含钛熔渣冶金还原生产的方法，充分利用钢铁生产中间产物-含钛高炉熔渣或含钒钛熔融钢渣的物理热资源和热态冶金熔剂，以及熔渣的高化学活性，通过向含钛高炉熔渣或含钒钛熔融钢渣，加入含钒钛物料和/或含铁物料，加入还原性物质，加热至熔融状态，喷吹气体及搅拌，渣浴还原，实现了熔融还原炼铁，反应得到的熔渣经处理，铌组分富集于含钒金属铁或含钒钢相，钛组分富集于富钛矿物相，钒组分富集于金属铁与富钒相，夹杂含钒生铁与继续被还原的含钒金属铁聚集、长大与沉降，磷组分富集于富磷相，通过分离，获得含钒金属铁、生铁或钢、富钛相、富钒相、富磷相，还原后的熔渣中铁氧化物、自由氧化钙与氧化镁消失，熔渣实现调质处理；熔融还原处理大宗含铁物料，实现大宗含铁物料熔融还原炼铁，渣-金分离，得到铁水与还原后的熔渣；还原后的熔渣可以作为水泥添加剂、水泥调整剂或直接作为水泥熟料，也可以添加其他组分生产高附加值的水泥熟料，实现资源高效综合利用，是一种新熔融还原炼铁方法；(2)气体、燃料与还原剂喷入熔渣内部，增大了化学反应比表面积，提高了燃烧反应速度与还原反应速度；(3)采用中性气体、电磁搅拌、机械搅拌，提高了还原反应速度，促进金属铁聚集、长大与沉降，提高回收率，缩短沉降时间；(4)喷吹还原性气体或还原剂，还原反应速度加快，金属铁回收率提高；(5)处理大宗热态含铁物料和/或含铌稀土物料，充分利用热资源，提高反应速度，降低生产成本；(6)熔渣表面喷吹富氧空气，未充分燃烧从熔渣中逸出的CO与富氧空气作用，进行二次燃烧，二次燃烧率提高，反应混合熔渣温度升高，使反应混合熔渣进行充分熔融还原反应，降低生产成本；(7)实现未反应CO回收利用，有效节约能源；(8)喷吹气体结束后，磷组分继续迁移、富集于Ca₂SiO₄-Ca₃(PO₄)₂相；(9)熔渣冷却后，含铌金属铁沉降到底部，形成铁坨，回收金属铁，同时采用磁选分离剩余缓冷渣中含铌金属铁层，分离出剩余含铌金属铁，实现了含稀土高炉熔渣与熔融含铌钢渣中粒铁及铁氧化物中铁的高效回收，金属铁回收率高；(10)由于金属铁沉降在下部，因此，需分选炉渣量小，磨矿、磁选成本低，同时，赋存于富硅钙相界面的富磷相有助于硅钙相解离；(11)钛、钒、磷分别富集于富钛相、富钒相、富磷相，实现了富钛相、富钒相、富磷相回收；(12)熔渣实现调质后，熔渣中自由氧化钙与自由氧化镁消失，金属铁几乎消失，可磨性增加，而且水硬性矿物C₂S增加，可直接用作矿渣水泥、水泥调整剂、水泥生产中的添加剂，进一步通过加入熔融转炉钢渣、电炉熔融还原钢渣、电炉熔融氧化钢渣、石灰、粉煤灰、碱性铁贫矿、铝土矿、高炉熔渣中的一种或几种，调整碱度，喷入氧化性气体，调整氧化铁含量，生成铁酸盐，使其更接近于所需的水泥熟料组成，具有高的A矿，水硬性胶粘矿物增加，胶粘性增加，水泥的早期强度增加，可以直接作为水泥熟料；(13)自由氧化钙与自由氧化镁消失，金属铁与铁氧化物几乎消失，易于磨矿，熔渣实现调质，尾矿利用限制因素消失，尾矿的回收利用有2种：①作为水泥原料、建筑材料、代替碎石作骨料、路材或磷肥使用；②采用湿法冶金、选矿方法或选矿-湿法冶金联合法将尾矿中含磷组分分离出来。尾矿利用价值大，应用范围广；(14)该方法可以连续或间断进行，满足了工业生产的实际需要。

本发明的含钛熔渣冶金还原生产的方法，与现有技术相比，有益效果为：

(1)熔渣表面喷吹富氧空气，提高了二次燃烧率，有效降低燃料消耗，提高熔渣温度；

(2)气体、燃料与还原剂喷入熔渣内部，增大了化学反应比表面积，提高了燃烧反应速度与还原反应速度；

(3)采用中性气体、电磁搅拌、机械搅拌，提高了还原反应速度，促进金属铁聚集、长大与沉降，提高回收率，缩短沉降时间；

(4)加入冶金炉出炉的热态含铁物料和/或含钛物料，不仅可以有效节约能源，降低成本，而且提高热态含铁物料的处理量，提高生产率，实现节能减排，实现绿色冶金；

(5)处理热态含铁物料，充分利用热资源，提高了反应速度，不仅可以有效节约能源，降低成本，而且提高热态含铁物料的处理量，提高生产率，实现节能减排，实现绿色冶金；

(6)熔渣表面喷吹富氧空气，未充分燃烧从熔渣中逸出的CO与富氧空气作用，进行二次燃烧，二次燃烧率提高，有效降低燃料消，反应混合熔渣温度升高，使反应混合熔渣进行充分熔融还原反应，降低生产成本；

(7)实现未反应CO回收利用，有效节约能源；

(8)采用人工分拣、磁选结合的方法，分离沉降在底部的含钒金属铁、富钛相、富钒相和富磷相，实现熔渣中铁组分、钛组分、钒组分、钙组分、磷组分的高效回收；由于含钒金属铁、富钛相、富钒相实现沉降，因此，需分选炉渣量小，磨矿、磁选与重选成本低；由于分离过程采用物理选矿(磁选与重选)，分离的介质为水，水在选矿过程中可以循环，因而分离过程中不会产生环境污染，使得整个混合熔渣工艺具有流程短、操作简单、铁、硅、磷、钙回收率高、无废水产生，具有高效、清洁、环保的特点；

尾矿的回收利用有2种：①作为水泥原料、建筑材料、代替碎石作骨料、路材或磷肥使用；②采用湿法冶金、选矿方法或选矿-湿法冶金联合法将尾矿中含磷组分分离出来。尾矿利用价值大，应用范围广；

(10)熔渣实现调质后，熔渣中自由氧化钙与自由氧化镁消失，金属铁几乎消失，可磨性增加，而且水硬性矿物C₂S增加，可直接用作矿渣水泥、水泥调整剂或水泥生产中的添加剂，进一步通过加入熔融转炉钢渣、电炉熔融还原钢渣、电炉熔融氧化钢渣、石灰、粉煤灰、碱性铁贫矿中的一种或几种混合，调整碱度，喷入氧化性气体，调整氧化铁含量，生成铁酸盐，使其更接近于所需的水泥熟料组成，具有高的A矿，水硬性胶粘矿物增加，胶粘性增加，水泥的早期强度增加，可以直接作为水泥熟料；

(11)本发明不仅实现了混合熔渣中铁、钛、钒、硅、钙、磷组分的高效回收，而且实现了利用熔融还原大规模处理固态含铁物料和/或含钛物料，生产含钒铁水、富钛精矿、富钒精矿、富硅钙相与富磷相，是一种新的熔融还原炼铁工艺。

(12)整个过程无需热补偿或需少量热补偿，可操作性强，生产成本低；整个过程无固体废弃物产生，反应条件温和，实现了节能减排，是一种绿色冶金工艺。

具体实施方式

实施例1

一种含钛熔渣冶金还原生产的方法，包括如下步骤：

步骤1，熔渣冶金熔融还原：

将从钢渣出渣口获得的转炉炼钢熔融含钒钛钢渣加入预热温度为1000℃的保温渣罐中，加入加入常温FeO的含量为60％钒钛磁铁矿预还原球团，金属化率为70％的钒钛磁铁矿金属化球团和钒钛磁铁矿烧结矿，同时，采用耐火喷枪，以底吹方式用预热温度为180℃的空气，喷入预热温度为1050℃的煤粉，保持至熔融状态，实时监测反应熔渣，通过调控同时保证如下(a)、(b)和(c)三个参数，获得还原后的熔渣；

(a)反应熔渣的温度在1300～1650℃；

(b)反应熔渣的碱度CaO/SiO₂比值＝0.6～2.0；

(c)反应熔渣实现充分搅拌；

调控方法为：

对应(a)：混合后的熔渣温度为1500℃，在设定范围内；

对应(b)：混合后，反应熔渣中碱度CaO/SiO₂比值为0.45时，向反应熔渣中加入白云石粉和生石灰粉，白云石粉和生石灰粉的质量比为1∶1，反应熔渣中碱度CaO/SiO₂比值为1.1；

对应(c)：

对反应熔渣进行搅拌，搅拌方式为在装置上加入搅拌桨，进行机械搅拌，搅拌速率为100r/min，使反应熔渣充分混合；

反应熔渣熔融还原过程中，对反应熔渣表面持续喷吹富氧空气；其中，采用耐火喷枪进行喷吹，富氧空气的氧气体积含量为25％；

步骤2，分离再利用：

采用方法一，进行如下步骤：

(1)将还原氧化后的熔渣，冷却至室温，获得缓冷渣；其中，含钒金属铁沉降到缓冷渣的底部，形成铁坨，铁坨上部为含钒金属铁层，含钒金属铁层上部为剩余缓冷渣；

(2)人工取出铁坨；将含钒金属铁层，破碎至粒度为20～400μm，磨矿，磁选分离出剩余含钒金属铁；

(3)对剩余缓冷渣，采用重力分选法进行分离，获得钛精矿、富钒精矿和尾矿；

(4)尾矿的回收利用：采用选矿-湿法冶金联合法将尾矿中含磷组分分离出来，富磷相中P₂O₅含量为21％，采用重选粗选后，在采用2wt％柠檬酸，其中，重选富磷相和柠檬酸的固液比为1∶2(g∶L)，将P₂O₅分离出来，回收率为58％。

本实施例熔渣冶金还原生产的方法，Fe的回收率为96.2％。

实施例2

一种含钛熔渣冶金还原生产的方法，包括如下步骤：

步骤1，熔渣冶金熔融还原：

将转炉炼钢熔融含钒钛钢渣加入转炉中，得到反应熔渣，加入热态金属化率为72％钒钛磁体铁矿精矿金属化球团，热态钒钛磁体铁矿精矿烧结矿、FeO含量为69％的热态钒钛磁体铁矿精矿和FeO含量为72％的预还原球团，同时，采用耐火喷枪吹入预热温度为950℃的空气，喷入煤粉与焦粉，加热至熔融状态，煤粉与焦粉的预热温度为900℃，实时监测反应熔渣，通过调控同时保证如下(a)、(b)和(c)三个参数，获得还原后的熔渣；

(a)反应熔渣的温度在1350～1650℃；

(b)反应熔渣的碱度CaO/SiO₂比值＝0.6～2.0；

(c)反应熔渣实现充分搅拌；

调控方法为：

对应(a)：混合后的熔渣温度为1680℃，采用耐火喷枪插入熔渣内部，喷吹粉状物料高炉烟尘，高炉烟尘的粒度为150μm；载入气体为空气，使反应熔渣的温度降至1650℃；

对应(b)：

混合后，反应熔渣中碱度CaO/SiO₂比值为2.32时，向反应熔渣中加入硅石，使反应熔渣碱度CaO/SiO₂比值为1.98；

对应(c)：

对反应熔渣进行搅拌，搅拌方式N₂搅拌，N₂的预热温度为50℃，喷吹时间与流量的关系为62L/(min·kg)，喷吹方式为采用耐火喷枪插入反应熔渣内部吹入；

反应熔渣熔融还原过程中，对反应熔渣表面持续喷吹富氧空气；其中，采用耐火喷枪进行喷吹，富氧空气的氧气体积含量为25％；

获得还原后的熔渣；

步骤2，分离再利用：

采用方法B，进行如下步骤：

(1)将还原氧化后的熔渣的温度降温至1150℃，将中部和上部的还原后的熔渣倒出后，水淬，用作水泥原料或建筑材料；

(2)将下部的还原氧化后的熔渣，仍在可倾倒的保温装置中，进行如下处理：

将还原氧化后的熔渣，冷却至室温，获得缓冷渣；其中，含钒金属铁沉降到缓冷渣的底部，形成含钒铁坨，铁坨上部为含金属铁珠层，含金属铁层上部为剩余缓冷渣，缓冷渣中含有富钛相、富钒相、富磷相及硅酸盐相；

人工取出含钒铁坨；将含金属铁层，破碎至粒度为20～400μm，磨矿，磁选分离出剩余含钒金属铁；

对剩余缓冷渣，采用重力分选法进行分离，获得钛精矿、富钒精矿和尾矿；

尾矿作为水泥原料。

本实施例熔渣冶金还原生产的方法，Fe的回收率为95.87％，Ti的回收率为58.3％。

实施例3

一种含钛熔渣冶金还原生产的方法，包括如下步骤：

步骤1，熔渣冶金熔融还原：

将从钢渣出渣口获得的转炉炼钢熔融含钒钛钢渣加入可倾倒的反应渣罐中，形成反应熔渣，加入湿法含锌浸出渣、湿法炼锌大窑渣与从冶炼炉直接获得的铜冶炼熔渣，同时，采用耐火喷枪，以侧吹方式吹入预热温度为150℃的空气，喷入焦粉，加热至熔融状态，实时监测反应熔渣，通过调控同时保证如下(a)、(b)和(c)三个参数，获得还原后的熔渣；

(a)反应熔渣的温度在1350～1650℃；

(b)反应熔渣的碱度CaO/SiO₂比值＝0.6～2.0；

(c)反应熔渣实现充分搅拌；

对应(a)：混合后的熔渣温度为1655℃，高于设定范围，加入从冶炼炉直接获得热态金属化率为70％的普通铁精矿金属化球团、热态FeO的含量为60％的普通铁精矿含碳预还原球团和常温普通铁精矿烧结矿，调整后，温度为1560℃；

对应(b)：混合后，反应熔渣中碱度CaO/SiO₂比值为1.12，在设定范围内；

对应(c)：对反应熔渣进行自然混合，使反应熔渣充分混合；

反应熔渣熔融还原过程中，对反应熔渣表面持续喷吹富氧空气；其中，采用耐火喷枪进行喷吹，富氧空气的氧气体积含量为30％。

对反应熔渣进行搅拌，搅拌方式电磁搅拌，使反应熔渣充分混合；

获得还原后的熔渣；

步骤2，分离再利用：

采用方法C，进行如下步骤：

(1)将还原氧化后的熔渣，旋转沉降，渣-金分离，获得含钒铁水与熔渣；

(2)测得熔渣中TiO₂的质量分数为8.9％≤10％时，直接将熔渣倒出后，空冷，用作建筑材料；

(3)将含钒铁水送往转炉炼钢；

处理过程中，铅、锌、铟、银挥发进入烟灰，进行回收，铅、锌、铟、银回收率分别为95％、94％、86％、76％。

本实施例熔渣冶金还原生产的方法，Fe的回收率为96.53％。

实施例4

一种含钛熔渣冶金还原生产的方法，包括如下步骤：

步骤1，熔渣冶金熔融还原：

将从钢渣出渣口获得的转炉炼钢熔融含钒钛钢渣加入鼓风炉中，加入从冶炼炉直接获得的铅冶炼渣、FeO含量为65％的普通铁精矿含碳预还原球团、金属化率为70％的普通铁精矿金属化球团，普通铁精矿烧结球团，同时，采用耐火喷枪吹入预热温度为100℃的空气，喷入焦粉，得到反应熔渣，将反应熔渣，采用耐火喷枪向反应熔渣内部，吹入预热温度为700℃的煤粉，载入气为氧气，加热至熔融状态，实时监测反应熔渣，通过调控同时保证如下(a)、(b)和(c)三个参数；

(a)反应熔渣的温度在1350～1650℃；

(b)反应熔渣的碱度CaO/SiO₂比值＝0.6～2.0；

(c)反应熔渣实现充分搅拌；

调控方法为：

对应(a)：反应熔渣的温度为1300℃，低于设定温度范围，采用耐火喷枪向反应熔渣内部，吹入预热温度为600℃的煤粉，载入气为氧气，测定反应混合熔渣的温度为1486℃，在设定范围内；

对应(b)：混合后，反应熔渣中碱度CaO/SiO₂比值为1.85，在设定范围内；

对应(c)：对反应熔渣进行搅拌，搅拌方式Ar搅拌与电磁搅拌相结合；Ar预热温度为360℃，喷吹时间与流量的关系为50L/(min·kg)，喷吹方式为采用耐火喷枪插入反应熔渣内部吹入。

反应熔渣熔融还原过程中，对反应熔渣表面持续喷吹富氧空气；其中，采用耐火喷枪进行喷吹，富氧空气的氧气体积含量为25％；

获得还原后的熔渣；

步骤2，分离再利用：

采用方法E，进行如下步骤：

(1)将还原氧化后的熔渣，自然沉降，渣-金分离，获得含钒铁水与熔渣；

(2)将熔渣，进行炉外熔渣处理；

(3)将含钒铁水送往转炉炼钢；

熔渣，进行炉外熔渣处理，采用方法E-3，熔渣处理生产高附加值的水泥熟料

(1)熔渣倒入可倾倒的保温渣罐中，加入还原后的熔渣温度为1430℃，加入电炉熔融还原钢渣、石灰、粉煤灰，充分混合，获得熔渣混合物料；

(2)向熔渣混合物料中吹入预热温度为900℃的氧气，当熔渣混合物料氧化铁含量≥2wt％，完成喷吹，获得氧化后的熔渣混合物料；

其中，整个过程中，要保证熔渣混合物料温度≥1450℃，采用的控制方法为：

熔渣混合物料温度为1430℃，喷入预热燃料-煤粉，燃烧放热，补充热量，调控后温度为1500℃，满足温度≥1450℃；

(3)氧化后的熔渣混合物料，水淬，制得高附加值的水泥熟料。

本实施例熔渣冶金还原生产的方法，Fe的回收率为95.12％。

实施例5

一种含钛熔渣冶金还原生产的方法，包括如下步骤：

步骤1，熔渣冶金熔融还原：

将常温含钛高炉渣加入交流电弧炉中，加入从冶炼炉直接获得的铅冶炼渣、FeO含量为65％的普通铁精矿含碳预还原球团、金属化率为70％的普通铁精矿金属化球团，普通铁精矿烧结球团，反应熔渣，通过交流电弧炉自身加热至熔融状态；同时，采用耐火喷枪以底吹方式吹入预热温度为400℃的空气，喷入煤粉，实时监测反应熔渣，通过调控同时保证如下(a)、(b)和(c)三个参数，获得还原后的熔渣；

(a)反应熔渣的温度在13501650℃；

(b)反应熔渣的碱度CaO/SiO₂比值＝0.6～2.0；

(c)反应熔渣实现充分搅拌；

调控方法为：

对应(a)：

反应熔渣的温度为1690℃，超出设定温度范围，向装置中加入FeO的含量≥60％，金属化率≥70％的普通铁精矿金属化球团、普通铁精矿、常温普通钢渣后，反应混合熔渣的温度为1580℃，在设定范围内；

对应(b)：

反应熔渣中碱度CaO/SiO₂比值为2.1，向反应熔渣中加入酸性含铁物料，酸性含铁物料CaO/SiO₂≤为酸性烧结矿，使反应熔渣满足参数(b)；

对应(c)：

对反应熔渣进行搅拌，搅拌方式机械搅拌，装置加入搅拌桨，搅拌速率为350r/min，使反应混合熔渣充分的混合；

反应熔渣熔融还原过程中，对反应熔渣表面持续喷吹富氧空气；其中，采用耐火喷枪进行喷吹，富氧空气的氧气体积含量为35％；

获得还原后的熔渣；

步骤2，分离再利用：

采用方法E，进行如下步骤：

(1)将还原氧化后的熔渣，旋转沉降，渣-金分离，获得含钒铁水与熔渣；

(2)将熔渣，进行炉外熔渣处理；

(3)将含钒铁水送往转炉炼钢；

熔渣，进行炉外熔渣处理，采用方法E-3，生产高附加值的水泥熟料：

(1)将熔渣，倒入可倾倒的保温装置或渣液可流出的熔炼反应装置中，与熔融转炉含钛钢渣、电炉熔融还原渣和电炉熔融氧化渣，形成混合熔渣；

(2)向混合熔渣中吹入氧化性气体，直至混合熔渣中的氧化铁质量百分数≥2wt％，完成喷吹，获得氧化后熔渣；其中，氧化性气体的温度为900℃；在整个过程中，控制混合熔渣温度≥1450℃，采用的控制方法为：

当温度低于＜1450℃，通过装置自身加热，使装置内混合熔渣温度≥1450℃；

(3)对氧化后熔渣直接空冷或水淬，制得高附加值的水泥熟料

本实施例熔渣冶金还原生产的方法，Fe的回收率为96.5％。

实施例6

一种含钛熔渣冶金还原生产的方法，包括如下步骤：

步骤1，熔渣冶金熔融还原：

将转炉炼钢熔熔融含钒钛钢渣加入反射炉中，加入湿法炼锌过程的含锌浸出渣，从冶炼炉直接获得的锌浸出大窑渣，锌浸出大窑渣的出炉温度为600℃，从冶炼炉直接获得的铅锌冶炼渣与铅冶炼渣，出炉温度为1200℃，采用耐火喷枪吹入预热温度为600℃的富氧空气，喷入无烟煤，得到反应熔渣，将反应熔渣，采用耐火喷枪插入反应熔渣内部，吹入预热温度为200℃的煤粉，载入气为预热温度为200℃的空气，加热至熔融状态，实时监测反应熔渣，通过调控同时保证如下(a)、(b)和(c)三个参数；

(a)反应熔渣的温度在1350～1650℃；

(b)反应熔渣的碱度CaO/SiO₂比值＝0.6～2.0；

(c)反应熔渣实现充分搅拌；

调控方法为：

对应(a)：

反应熔渣的温度为1250℃，低于设定温度，向装置中，加入燃料，燃料的温度为300℃，煤粉的加入量根据所需温度及煤粉的热值计算理论质量，加入的实际质量比理论质量多2wt.％；同时，用耐火喷枪插入反应熔渣内部，通入氧气-氩气混合气，氧气与氩气的混合体积比为5∶1，氧气-氩气混合气的预热温度为1100℃；喷吹完成后，测定反应混合熔渣的温度为1580℃，在设定范围内；

对应(b)：混合后，反应熔渣中碱度CaO/SiO₂比值为0.9，在设定范围内；

对应(c)：

对反应熔渣进行搅拌，搅拌方式机械搅拌，搅拌速率为100r/min，使反应熔渣充分混合；

反应熔渣熔融还原过程中，对反应熔渣表面持续喷吹富氧空气；其中，采用耐火喷枪进行喷吹，富氧空气的氧气体积含量为30％。

获得还原后的熔渣；

步骤2，分离再利用：

采用方法E，进行如下步骤：

(1)将还原氧化后的熔渣，自然沉降，渣-金分离，获得含钒铁水与熔渣；

(2)将熔渣，进行炉外熔渣处理；

(3)将含钒铁水送往转炉炼钢；

熔渣，进行炉外熔渣处理，采用方法E-5，部分或全部熔渣返回到反应混合熔渣

全部熔渣返回到步骤1的反应熔渣，作为热态冶金熔剂，调整反应熔渣成分，控制反应熔渣温度。

处理过程中，铅、锌、铟、银挥发进入烟灰，进行回收，铅、锌、铟、银回收率分别为93％、91％、80％、70％。

本实施例熔渣冶金还原生产的方法，Fe的回收率为96.66％。

实施例7

一种含钛熔渣冶金还原生产的方法，包括如下步骤：

步骤1，熔渣冶金熔融还原：

将钢渣出渣口流出熔融含钒钛钢渣，倒入矿热炉，形成反应熔渣，加入钒钛磁铁矿精矿充分混合，同时，采用耐火喷枪插入反应熔渣内部，以侧吹的方式，喷吹预热温度为850℃的转炉煤气，喷吹时间与流量的关系为22L/(min·kg)，并喷入500℃的焦粉加热，保持熔融状态，实时监测反应熔渣，实时监测反应熔渣，通过调控同时保证如下(a)、(b)和(c)三个参数；

(a)反应熔渣的温度在1350～1650℃；

(b)反应熔渣的碱度CaO/SiO₂比值＝0.6～2.0；

(c)反应熔渣实现充分搅拌；

调控方法为：

对应(a)：反应混合熔渣的温度为1260℃，矿热炉自身加热，温度至1450℃，在设定范围内；

对应(b)：

对应(b)：反应熔渣中碱度CaO/SiO₂比值为0.48，向反应熔渣中加入碱性含铁物料，碱性含铁物料为CaO/SiO₂≥1的热态碱性预还原球团，使反应熔渣满足参数(b)；

对应(c)：

对反应熔渣进行搅拌，搅拌方式为N₂搅拌与机械搅拌相结合；N₂的预热温度为300℃，喷吹时间与流量的关系为2.0L/(min·kg)，喷吹方式为采用耐火喷枪插入反应混合熔渣内部吹入；机械搅拌的搅拌速率为350r/min；

反应熔渣熔融还原过程中，对反应熔渣表面持续喷吹富氧空气；其中，采用耐火喷枪进行喷吹，富氧空气的氧气体积含量为32％。

获得还原后的熔渣；

步骤2，分离再利用：

采用方法E，进行如下步骤：

(1)将还原氧化后的熔渣，电磁沉降，渣-金分离，获得含钒铁水与熔渣；

(2)将熔渣，进行炉外熔渣处理；

(3)将含钒铁水送往转炉炼钢；

熔渣，进行炉外熔渣处理，采用方法E-6，熔渣再熔融还原：

熔渣倒入保温渣罐中，熔渣温度为1530℃；作为反应混合熔渣，实时监测保温装置内的反应混合熔渣，通过调控同时保证(a)、(b)和(c)三个参数，获得二次还原后的熔渣；

(a)熔渣的温度在1350～1650℃；

(b)熔渣的碱度CaO/SiO₂比值＝0.6～2.0；

(c)熔渣实现充分搅拌；

调控方法为：

对应(a)：温度在1450℃，在设定范围内；

对应(b)：碱度CaO/SiO₂比值＝0.8，在设定范围内；

对应(c)：采用电磁搅拌，使熔渣充分混合；

分离回收采用步骤2的方法一，进行处理：

(1)将还原氧化后的熔渣，冷却至室温，获得缓冷渣；其中，含钒金属铁沉降到缓冷渣的底部，形成铁坨，铁坨上部为含钒金属铁层，含钒金属铁层上部为剩余缓冷渣；

(2)人工取出铁坨；将含钒金属铁层，破碎至粒度为20～400μm，磨矿，磁选分离出剩余含钒金属铁；

(3)对剩余缓冷渣，采用重力分选法进行分离，获得钛精矿、富钒精矿和尾矿；

(4)尾矿的回收利用代替碎石作骨料。

本实施例熔渣冶金还原生产的方法，Fe的回收率为96.36％，Ti的回收率为71.1％。

实施例8

一种含钛熔渣冶金还原生产的方法，包括如下步骤：

步骤1，熔渣冶金熔融还原：

将含钛高炉熔渣加入交流电弧炉中，得到反应熔渣，加入湿法炼锌过程的含锌浸出渣、含锌大窑渣、从冶炼炉直接获得的熔融铅冶炼渣、镍冶炼渣、铜冶炼渣与铅锌冶炼渣，出炉温度大于1200℃；同时，采用耐火喷枪吹入预热温度为450℃的空气，喷入煤粉，将反应熔渣，通过交流电弧炉自身加热至熔融状态，实时监测反应熔渣，通过调控同时保证如下(a)、(b)和(c)三个参数；

(a)反应熔渣的温度在1350～1650℃；

(b)反应熔渣的碱度CaO/SiO₂比值＝0.6～2.0；

(c)反应熔渣实现充分搅拌；

调控方法为：

对应(a)：

反应熔渣的温度为1280℃，低于设定温度，通过交流电弧炉自身加热，使反应熔渣的温度为1360℃，在设定范围内；

对应(b)：

反应熔渣中碱度CaO/SiO₂比值为1.0，满足参数(b)；

对应(c)：

对反应熔渣进行搅拌，搅拌方式电磁搅拌，使反应熔渣充分混合；

反应熔渣熔融还原过程中，对反应熔渣表面持续喷吹富氧空气；其中，采用耐火喷枪进行喷吹，富氧空气的氧气体积含量为25％。

获得还原后的熔渣；

步骤2，分离再利用：

采用方法E，进行如下步骤：

(1)将还原氧化后的熔渣，自然沉降，渣-金分离，获得含钒铁水与熔渣；

(2)将熔渣，进行炉外熔渣处理；

(3)将含钒铁水送往转炉炼钢；

熔渣，进行炉外熔渣处理，采用方法E-6，熔渣再熔融还原：

熔渣倒入保温地坑中，作为反应熔渣，实时监测保温装置内的反应熔渣，通过调控同时保证(a)、(b)和(c)三个参数，得到二次还原后的熔渣；

(a)熔渣的温度在1350～1650℃；

(b)熔渣的碱度CaO/SiO₂比值＝0.6～2.0；

(c)熔渣实现充分搅拌；

调控方法为：

对应(a)：熔渣的温度为1500℃，在设定范围内；

对应(b)：碱度CaO/SiO₂比值＝1.0，在设定范围内；

对应(c)：对熔渣进行搅拌，搅拌方式为机械搅拌，搅拌速率为280r/min，使熔渣充分混合；

分离回收采用步骤2的方法二中的方法D，熔渣浇筑作为微晶玻璃。

处理过程中，铅、锌、铟、银挥发进入烟灰，进行回收，铅、锌、铟、银回收率分别为92％、91％、79％、69％。

本实施例熔渣冶金还原生产的方法，Fe的回收率为97％，V的回收率为69％。

实施例9

一种含钛熔渣冶金还原生产的方法，包括如下步骤：

步骤1，熔渣冶金熔融还原：

将含钒钛熔融钢渣加入转炉，加入FeO的含量为70％的钒钛磁铁矿预还原球团，金属化率为72％的钒钛磁铁精矿金属化球团、钒钛磁铁矿烧结矿与提钒尾渣；同时，采用耐火喷枪插入反应熔渣内部，以富氧空气为载气，以侧吹的方式，喷吹预热温度为500℃的烟煤和脱铝后高炉瓦斯泥，保持熔融状态，实时监测反应熔渣，通过调控同时保证如下(a)、(b)和(c)三个参数；

(a)反应熔渣的温度在1350～1650℃；

(b)反应熔渣的碱度CaO/SiO₂比值＝0.6～2.0；

(c)反应熔渣实现充分搅拌；

调控方法为：

对应(a)：

反应熔渣的温度为1500℃，在设定范围内；

对应(b)：

反应熔渣中碱度CaO/SiO₂比值为1.5，满足参数(b)；

对应(c)：

对反应熔渣进行搅拌，搅拌方式电磁搅拌和N₂搅拌相结合的方式，使熔渣充分混合；其中，N₂的预热温度为50℃，喷吹时间与流量的关系为45L/(min·kg)，喷吹方式为采用耐火喷枪插入反应熔渣内部吹入；

反应熔渣熔融还原过程中，对反应熔渣表面持续喷吹富氧空气；其中，采用耐火喷枪进行喷吹，富氧空气的氧气体积含量为25％。

获得还原后的熔渣；

步骤2，分离回收：

采用方法B：

(1)将还原氧化后的熔渣的温度降温至1200℃，将中部和上部的还原氧化后的熔渣倒出后，空冷或水淬，用作水泥原料或建筑材料；

(2)将下部的还原氧化后的熔渣，仍在保温渣罐中，按照方法A的还原氧化后的熔渣进行处理；

将还原氧化后的熔渣，旋转冷却至室温，获得缓冷渣；其中，含钒金属铁沉降到缓冷渣的底部，形成铁坨，铁坨上部为含钒金属铁层，含钒金属铁层上部为剩余缓冷渣；

人工取出铁坨；将含钒金属铁层，破碎至粒度为20～400μm，磨矿，磁选分离出剩余含钒金属铁；

对剩余缓冷渣，采用重力分选法进行分离，获得钛精矿、富钒精矿和尾矿；

尾矿作为建筑材料使用。

本实施例熔渣冶金还原生产的方法，Fe的回收率为96％。

Claims (10)

1.一种含钛熔渣冶金还原生产的方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

步骤1，熔渣冶金熔融还原：

将含钒高炉熔渣或熔融含钒钛钢渣加入保温装置或熔渣可流出的熔炼反应装置中，将其加热至熔融状态，形成反应熔渣，向反应熔渣中加入含钒钛物料和/或含铁物料的同时，喷入还原剂，熔渣保持熔融状态，进行熔融还原，实时监测反应熔渣，通过调控同时保证如下(a)、(b)和(c)两个参数，获得还原后的熔渣；

(a)反应熔渣，温度在设定范围内；

(b)反应熔渣，碱度CaO/SiO₂比值＝0.6～2.0；

(c)反应熔渣实现充分混合；

调控方法为：

对应(a)：

设定温度范围为1300～1650℃；

当反应装置采用保温装置时，反应熔渣的温度范围设定为1300～1650℃；

当反应装置采用渣液可流出的熔炼反应装置时，反应熔渣的温度范围设定为1350～1650℃；

控制反应熔渣的温度在设定温度范围的方法为：

当反应熔渣的温度＜设定温度范围下限时，通过反应装置自身的加热功能，或向反应熔渣中加入燃料和/或熔融态含钒钛钢渣，进行热量补偿，使反应熔渣的温度达到设定温度范围内；

当反应熔渣的温度＞设定温度范围上限时，向反应熔渣中加入含铁物料和/或含钒钛物料，进行降温，使反应熔渣的温度达到设定温度范围内；

对应(b)：

当反应熔渣中碱度CaO/SiO₂比值＜0.6时，向反应熔渣中加入碱性物料或碱性含铁物料或含钒钛物料中的一种或几种，使反应熔渣满足参数(b)；

当反应熔渣中碱度CaO/SiO₂比值＞2.0时，向反应熔渣中加入碱性物料或碱性含铁物料或含钒钛物料中的一种或几种，使反应熔渣满足参数(b)；

对应(c)：

反应熔渣实现充分混合的混合方式为自然混合或搅拌中的一种，所述的搅拌，搅拌方式为以下方式中的一种：中性气体搅拌、电磁搅拌、机械搅拌、中性气体搅拌与电磁搅拌相结合或中性气体搅拌与机械搅拌相结合；

步骤2，分离回收：

采用以下方法中的一种：

一.当装置采用保温装置时，采用方法A、方法B或方法C：

当装置采用不可倾倒的保温装置或可倾倒的保温装置时，采用方法A：

(1)将还原后的熔渣，冷却至室温，获得缓冷渣；其中，含钒金属铁沉降到缓冷渣的底部，形成含钒铁坨，铁坨上部为含钒金属铁层，含钒金属铁层上部为剩余缓冷渣，缓冷渣中含有富钛相、富钒相、富磷相及硅酸盐相；

(2)人工取出含钒铁坨；将钒含金属铁层，破碎至粒度为20～400μm，磨矿，磁选分离出剩余含钒金属铁；

(3)对剩余缓冷渣，采用重力分选法进行分离，获得钛精矿、富钒精矿和尾矿；

(4)尾矿的回收利用有2种：①作为水泥原料、建筑材料、代替碎石作骨料、路材或磷肥使用；②采用湿法冶金、选矿方法或选矿-湿法冶金联合法将尾矿中含磷组分分离出来；

仅当装置采用可倾倒的保温装置时，采用方法B或方法C：

方法B：

(1)将还原氧化后的熔渣的温度降温至1150～1250℃，将中部和上部的还原后的熔渣倒出后，空冷或水淬，用作水泥原料或建筑材料；

(2)将下部的还原氧化后的熔渣，仍在可倾倒的保温装置中，按照方法A的还原氧化后的熔渣进行处理；

方法C：

(1)将还原氧化后的熔渣，沉降，渣-金分离，获得含钒铁水与熔渣；

(2)当熔渣中TiO₂的质量分数≤10％时，直接将熔渣倒出后，空冷或水淬，用作水泥原料或建筑材料；

(3)将含钒铁水送往转炉提钒炼钢；

方法二，当装置采用渣液可流出的熔炼反应装置时，分离回收采用方法D或方法E：

方法D：

(1)将还原后的熔渣的温度降温至1150～1250℃，将中部和上部的还原氧化后的熔渣空冷或水淬，用作水泥原料或建筑材料；

(2)将下部的还原氧化后的熔渣，倒入保温装置中，按照方法A的还原后的熔渣进行处理；

方法E：

(1)将还原氧化后的熔渣，沉降，渣-金分离，获得含钒铁水与熔渣；

(2)将熔渣，进行炉外熔渣处理；

(3)将含钒铁水送往转炉提钒炼钢；

其中，熔渣进行炉外熔渣处理，采用方法E-1、E-2、E-3、E-4、E-5、E-6或E-7中的一种：

方法E-1，直接空冷或水淬：

当熔渣中TiO₂的质量分数≤10％时，直接将熔渣空冷或水淬，用途有4种：①矿渣水泥；②水泥调整剂；③水泥生产中的添加剂；④水泥熟料；

方法E-2，氧化后空冷或水淬：

(1)将熔渣，倒入可倾倒的保温装置或渣液可流出的熔炼反应装置中，向熔渣中吹入氧化性气体，直至熔渣中的氧化铁质量百分数≥2wt％，完成喷吹，获得氧化后熔渣；其中，氧化性气体的预热温度为0～1200℃；控制在整个过程中，熔渣温度≥1450℃，控制方法为：

当温度低于＜1450℃，喷入燃料或通过装置自身加热，使装置内熔渣温度≥1450℃；

(2)对氧化后熔渣直接空冷或水淬，用途有4种：①矿渣水泥；②水泥调整剂；③水泥生产中的添加剂；④水泥熟料；

方法E-3，生产高附加值的水泥熟料：

(1)将熔渣，倒入可倾倒的保温装置或渣液可流出的熔炼反应装置中，与熔融转炉含钛钢渣、电炉熔融还原渣、电炉熔融氧化渣、石灰、粉煤灰、碱性铁贫矿、铝土矿、熔融稀土高炉渣中的一种或几种混合，形成混合熔渣；

(2)向混合熔渣中吹入氧化性气体，直至混合熔渣中的氧化铁质量百分数≥2wt％，完成喷吹，获得氧化后熔渣；其中，氧化性气体的温度为0～1200℃；在整个过程中，控制混合熔渣温度≥1450℃，采用的控制方法为：

当温度低于＜1450℃，喷入燃料或通过装置自身加热，使装置内混合熔渣温度≥1450℃；

(3)对氧化后熔渣直接空冷或水淬，制得高附加值的水泥熟料；

方法E-4，熔渣浇筑微晶玻璃或作为矿渣棉；

方法E-5，作为热态冶金溶剂：

将熔渣，加入步骤1中的混合熔渣中，作为热态冶金溶剂，调整混合熔渣成分，控制混合熔渣温度和粘度；

方法E-6，再次熔融还原氧化：

将熔渣，倒入保温装置，作为反应混合熔渣，实时监测保温装置内的反应熔渣，通过调控同时保证上述的(a)、(b)和(c)三个参数，调控方法同上述步骤1中的调控方法；

分离回收采用方法A、方法B或方法C中的一种；

方法E-7，将熔渣，倒入保温装置，分离回收采用方法A：

方法F-1，熔渣氧化后空冷或水淬

(1)向还原后的熔渣中吹入氧化性气体，直至还原后的熔渣中的氧化铁质量百分数≥2wt％，完成喷吹，获得氧化后熔渣；其中，在整个过程中，控制熔渣温度≥1450℃，控制方法为：

当温度＜1450℃，喷入预热燃料，燃烧放热补充热量，或通过装置自身加热，使保温装置内熔渣温度≥1450℃；

(2)对氧化后熔渣直接空冷或水淬，用途有4种：①矿渣水泥；②水泥调整剂；③水泥生产中的添加剂；④水泥熟料；

(3)熔炼反应装置下部含钒铁水送往转炉提钒炼钢；

方法F-2，熔渣处理生产高附加值的水泥熟料：

(1)将还原后的熔渣与熔融转炉含钒钛钢渣、电炉熔融还原渣、电炉熔融氧化渣、石灰、粉煤灰、碱性铁贫矿、铝土矿、熔融稀土高炉渣中的一种或几种混合，形成混合熔渣；

(2)向混合熔渣中喷入氧化性气体，直至混合熔渣中的氧化铁质量百分数≥2wt％，完成喷吹，获得氧化后熔渣；其中，在整个过程中，控制混合熔渣温度≥1450℃，采用的控制方法为：当温度＜1450℃，喷入预热燃料或通过装置自身加热，使保温装置内混合熔渣温≥1450℃；

(3)对氧化后熔渣直接空冷或水淬，制得高附加值的水泥熟料；

(4)熔炼反应装置下部含钒铁水送往转炉提钒炼钢。

2.根据权利要求1所述的含钛熔渣冶金还原生产的方法，其特征在于，所述的含钛熔渣为是常温或从冶炼炉直接获得具有温度的含钛高炉渣、含钒钛钢渣、提钒尾渣、选钛尾矿、低品位钒钛磁铁矿、钒钛磁铁精矿、钒钛磁铁矿直接还原铁，钒钛磁铁精矿金属化球团、钒钛磁铁精矿含碳预还原球团、钒钛磁铁精矿烧结矿、钒钛磁铁精矿球团矿中的一种或几种；所述的含钒钛钢渣为常温固态含钒钛钢渣，或由出渣口获得的熔融态含钒钛钢渣；所述的含钒钛钢渣为转炉炼钢钢渣或电炉炼钢钢渣、普通钢渣中的一种或几种。

3.根据权利要求1所述的含钛熔渣冶金还原生产的方法，其特征在于，所述的保温装置为可倾倒的保温装置或不可倾倒的保温装置；可倾倒的保温装置为保温渣罐，其升高温度方法为加入燃料；不可倾倒的保温装置为保温地坑，其升高温度方法为加入燃料；

所述的渣液可流出的熔炼反应装置，为可倾倒的熔炼反应装置或底部带有渣口的固定式熔炼反应装置；所述的可倾倒的熔炼反应装置为转炉、感应炉或可倾倒的熔炼反应渣罐中的一种；所述的底部带有渣口的固定式熔炼反应装置为等离子炉、直流电弧炉、交流电弧炉、矿热炉、鼓风炉或反射炉中的一种。

4.根据权利要求1所述的含钛熔渣冶金还原生产的方法，其特征在于，所述的保温装置、可倾倒的熔炼反应装置或固定式的熔炼反应装置内层为含碳保温脱模耐火材料；所述的含碳保温脱模耐火材料是含碳复合耐火材料，具体为碳是碳素、石墨、石油沥青焦、冶金焦、沥青、无烟煤、烟煤或褐煤中的一种或几种，耐火材料是硅质、半硅质、粘土质、高铝质、镁质、白云石质、橄榄石质、尖晶石质、冷态含钛高炉渣或冷态含钒钛钢渣中的一种或几种。

5.根据权利要求1所述的含钛熔渣冶金还原生产的方法，其特征在于，所述的含铁物料是普通铁精矿、普通铁精矿烧结矿、普通铁精矿球团矿、普通铁精矿金属化球团、普通铁精矿含碳预还原球团、普通铁精矿直接还原铁、普通钢渣、高炉瓦斯灰、高炉烟尘、转炉烟尘、氧化铁皮、湿法炼锌过程的锌浸出渣、氧化铝生产过程产生的赤泥、粉煤灰、硫酸烧渣、铜冶炼渣、锌浸出大窑渣、镍铁渣、铅锌冶炼渣、镍冶炼渣、铅冶炼渣、转炉烟尘或电炉烟尘中的一种或几种；

上述的普通铁精矿金属化球团的中金属化率≥70％，普通铁精矿含碳预还原球团的中FeO的含量≥60％；

所述的含钒钛物料为常温或从冶炼炉直接获得具有出炉温度含钛高炉渣、含钒钛钢渣、提钒尾渣、选钛尾矿、低品位钒钛磁铁矿、钒钛磁铁精矿、钒钛磁铁矿直接还原铁，钒钛磁铁精矿金属化球团、钒钛磁铁精矿含碳预还原球团、钒钛磁铁精矿烧结矿、钒钛磁铁精矿球团矿、钛精矿中的一种或几种；

所述的控制反应混合熔渣温度在设定温度范围的方法中，所述的含氟物料是萤石和/或CaF₂；

所述的含钒熔渣冶金还原生产的方法，所述的含铁物料、含钛物料和含氟物料是粉状物料或球状物料，其中，粉状物料的粒度≤150μm。

6.根据权利要求1所述的含钛熔渣冶金还原生产的方法，其特征在于，所述的控制反应熔渣温度在设定温度范围的方法中，燃料为煤粉；向反应熔渣中加入燃料的同时需要通入氧化性气体，燃料和氧化性气体采用喷吹的方式加入混合熔渣，所述的喷吹方式为采用耐火喷枪插入反应熔渣内部；所述的氧化性气体为空气、氧气、富氧空气、氧气-氮气混合气、空气-氮气混合气、氧气-氩气混合气、空气-氩气混合气中的一种或几种；所述的氧化性气体采用耐火喷枪插入反应混合熔渣内部吹入。

7.根据权利要求1所述的含钛熔渣冶金还原生产的方法，其特征在于，所述的还原剂为固体还原剂或气体还原剂；

所述的固体还原剂为煤粉、焦粉、烟煤或无烟煤中的一种；

所述的气体还原剂为高炉煤气、焦炉煤气、转炉煤气、发生炉煤气、天然气或装置产生的回收尾气中的一种或几种，还原性气体的温度为0～1200℃，喷吹时间与流量的关系为1～90L/(min·kg)，还原性气体的通入方式为采用耐火喷枪插入反应混合熔渣内部吹入。

8.根据权利要求1所述的含钛熔渣冶金还原生产的方法，其特征在于，所述的控制充分搅拌的方法中，中性气体为惰性气体或N₂中的一种或几种；中性气体的预热温度为0～1200℃，中性气体的喷吹时间与流量的关系为1～90L/(min·kg)，中性气体的喷吹方式为采用耐火喷枪喷入插入反应熔渣内部吹入；所述的反应熔渣熔融还原氧化过程中，对反应熔渣表面持续喷吹富氧空气；其中，采用耐火喷枪进行喷吹，富氧空气的氧气体积含量为25～35％；富氧空气的温度为0～1200℃，喷吹时间与流量的关系为1～90L/(min·kg)。

9.根据权利要求1所述的含钛熔渣冶金还原生产的方法，其特征在于，所述的步骤2，方法A(1)中，冷却方式为自然冷却或旋转冷却；所述的步骤2，方法A(3)中，重力分选法是摇床分选、溜槽分选或者二者相结合；所述的步骤2，湿法冶金是稀酸浸出法，其中稀酸浸出法是无机酸浸、有机酸浸中的一种；所述的无机酸选用硫酸、盐酸、磷酸的一种或多种，有机酸选用草酸、乙酸、柠檬酸中的一种或多种。

10.根据权利要求1所述的含钛熔渣冶金还原生产的方法，其特征在于，金属铁的回收率92～96％。