钒钛铁精矿内配碳球团高温快速直接还原历程
使用氧化镁强化钒钛铁精矿直接还原
专利名称：使用氧化镁强化钒钛铁精矿直接还原‑熔分过程的方法
专利类型：发明专利
发明人：吴恩辉,侯静,李军,余图刚,杨绍利,黄平,刘黔蜀,徐众申请号：CN201610927807.9
申请日：20161031
公开号：CN106636515A
公开日：
20170510
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明属于火法冶金技术领域，提供了一种使用氧化镁强化钒钛铁精矿直接还原‑熔分过程的方法。
所述方法包括步骤：将钒钛铁精矿、氧化镁和煤粉混合，加入粘结剂并压制成球，形成含碳球团并进行还原，得到钒钛铁精矿金属化球团；将金属化球团进行熔化分离渣铁，得到含钒生铁和熔分钛渣。
本发明的方法能够降低直接还原过程还原温度和缩短还原时间，促进金属化球团熔化分离，渣铁分离良好，提高钒在铁中的回收率，从而降低钒钛铁精矿直接还原‑熔分过程能耗，提高生产效率，降低成本。
申请人：攀枝花学院
地址：617000 四川省攀枝花市东区机场路10号
国籍：CN
代理机构：成都希盛知识产权代理有限公司
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四川红格矿区钒钛磁铁矿铁精矿造球—回转窑预还原—电炉炼铁试验报告
四川红格矿区钒钛磁铁矿高效环保冶炼方法探索实验报告四川红格矿区钒钛磁铁矿铁精矿造球—回转窑预还原—电炉炼铁试验报告一、实验目的本实验旨在研究四川红格矿区钒钛磁铁矿铁精矿的冶炼工艺，通过造球、回转窑预还原及电炉熔炼等环节，探索出一种高效、环保的钒钛磁铁矿铁精矿冶炼方法。
二、实验原理1.造球：通过适当的粘结剂将铁精矿粉与辅料混合制成一定粒度的球团，以供回转窑预还原及电炉熔炼使用。
2.回转窑预还原：利用回转窑内的高温还原气氛，将球团中的铁氧化物还原成铁。
3.电炉熔炼：将回转窑预还原后的球团加入电炉，在高温下将铁进一步熔炼成生铁。
三、实验步骤1.原料准备：收集四川红格矿区钒钛磁铁矿铁精矿及辅料。
2.配料与混料：按照一定比例将铁精矿粉与辅料混合，加入适量的粘结剂。
3.造球：将混合料通过造球机制成一定粒度的球团。
4.回转窑预还原：将球团放入回转窑进行预还原，控制还原气氛及温度。
5.电炉熔炼：将回转窑预还原后的球团加入电炉，控制熔炼温度及时间。
6.样品采集与分析：在实验过程中采集各个阶段的样品，分析其成分及物理性质。
7.数据整理与处理：整理实验数据，分析各工艺参数对最终产品的影响。
四、实验结果与数据分析实验数据表：工艺阶段温度（℃）时间（h）产品成分（%）造球———回转窑预还原12002Fe: 92; V: 3; Ti: 2;电炉熔炼16004Fe: 96; V: 2; Ti: 1;（请在此插入柱状图对比各阶段产品成分）（请在此插入折线图展示各工艺参数随时间的变化趋势）（请在此插入表格记录实验过程中各阶段的能耗、产率等数据）五、结论通过本实验，我们成功地探索出了四川红格矿区钒钛磁铁矿铁精矿的高效、环保冶炼方法。
在造球阶段，我们采用合适的粘结剂，成功制备出了符合要求的球团。
在回转窑预还原阶段，我们优化了工艺参数，得到了具有较高金属化率的预还原球团。
在电炉熔炼阶段，我们进一步提高了金属化率，得到了高品质的生铁。
实验结果表明，该工艺具有较高的可行性及经济效益，为四川红格矿区钒钛磁铁矿的开发利用提供了有力支持。
钒钛铁矿的直接还原工艺t
钒钛铁矿的直接还原工艺我国富有钒钛磁铁矿，特别是四川攀西地区的储量达到100亿吨以上。
目前钒钛磁铁矿的利用途径主要是传统的“高炉—转炉”流程回收铁和钒，而钛则由于进入高炉渣，目前尚无合理手段回收利用，从而造成钛资源的浪费。
采用直接还原技术冶炼钒钛磁铁矿，是实现铁、钒、钛资源综合利用的一个重要研究方向。
近年来，攀钢集团公司对钒钛矿直接还原工艺开展了研究，取得了重要进展。
与普通矿不同，钒钛磁铁矿直接还原具有自己的特点，一是矿相结构复杂，含铁物相还原难度按Fe2O3、Fe2TiO5、Fe3O4、FeO、Fe2TiO4、FeTiO3、FeTi2O5顺序递增，且固溶MgO增加了还原的复杂程度和难度。
二是贮存于2FeO·TiO2、FeO·TiO2和FeO·2TiO2中的铁较难还原，约占全铁含量的1/3以上，因而钒钛磁铁矿直接还原需要更高的还原温度、更好的还原气质量和更长的还原时间。
三是还原过程中出现的膨胀和粉化现象比普通矿更严重。
攀钢的研究工作表明：采用回转窑、竖炉、流化床、焦炉式等设备进行直接还原钒钛磁铁矿，均存在着不同程度的工艺与设备难题，如回转窑结圈、竖炉结瘤等。
相比之下，转底炉的工艺特性和设备特点能够很好地满足钒钛矿直接还原的要求，是钒钛矿直接还原及资源综合利用的较好选择。
由于转底炉直接还原具有高温、快速的工艺特点和炉底与炉料相对静止不动的设备特点，能够缓解还原过程球团膨胀粉化的严重程度，降低球团强度的要求，从而获得更好的可操作性，使其能够满足钒钛磁铁矿直接还原要求，实现铁、钒、钛资源综合回收利用。
攀钢现已建设年处理钒钛矿10万吨的直接还原转底炉试验生产线，以加快钒钛矿直接还原及钒钛资源综合利用的产业化进程。
转底炉是直接还原的关键设备，同时需要解决燃烧供热、传热和还原的问题。
关键在高温还原二区，为了获得适宜的气氛组成、避免球团表面再氧化，二次空气的控制必须精确。
另外，布料装置的设计采用振动给料，通过数学模型控制，确保扇形料面均匀。
攀枝花钒钛磁铁矿直接还原新工艺流程-攀枝花交流材料
（4）目前，正在开展前期示范生产线放大的可研工作。
转底炉煤基直接还原-电炉熔分冶炼 钒钛磁铁矿新工艺
1、四川龙蟒集团
（1）自2003年起，四川龙蟒集团与攀枝花学院合作研究，进行了大 量钒钛铁精矿生球团制备、转底炉直接还原和电炉熔分工艺试验。
（2）2006-2007年，建成一期7万吨/年示范生产线，进行了3轮工业 性试验。
（3）2008年，进行示范生产线放大，启动了年处理铁精矿20万吨的 二期工程；
攀 枝 花 钒 钛 磁 铁 矿 区 分 布
攀枝花钒钛磁铁矿资源储量
钒钛磁铁矿保有储量
67.3亿吨
钛资源量保有储量
4.28亿吨
钒资源保有储量
1047.86万吨
铬保有储量
696万吨
钴保有储量
152万吨
钪保有储量
23万吨
镓保有储量
21万吨
攀枝花钒钛磁铁矿资源 综合开发利用情况
攀枝花钒钛磁铁矿经过四十多年 的开发，已形成了钒材料、钛材料、 钢铁新材料系列产品。2001年被国 家科技部批准为攀枝花国家新材料 成果转化及产业化基地。2007年新 材料产业实现产值110亿元，成为攀 枝花经济增长的新亮点。
攀枝花---国家新材料成果转化及产业化基地
2001年12月18日，国家科技部批准攀枝花为国家新材 料成果转化及产业化基地，并给予了大力支持。
攀 枝 花 钒 钛 磁 铁 矿 资 源 综 合 开 发 工 艺 流 程 图
钢铁产业
攀枝花钢铁产业作为主导产业，目前已形成年产生铁600多万 吨、钢600多万吨的能力；
1、可全部回收钒钛铁精矿中的钛资源。经转底炉还原后的金 属化球团经过电弧炉熔化分离后，可得到含量为50%以上 的熔分钛渣和含钒生铁，实现铁钒与钛的分离。熔分钛渣 可用于硫酸法钛白生产原料。
我国钒钛磁铁矿直接还原分析
我国钒钛磁铁矿直接还原分析摘要本文概括地介绍了我国钒钛磁铁矿资源分布情况。
钒钛磁铁矿是重要的资源，世界各国的研究及生产实践表明，使用高炉冶炼法钒钛磁铁矿是难以冶炼的铁矿石。
因此钒钛磁铁矿冶炼大量使用非高炉冶炼法，即采用直接还原法。
本文详细地阐述了直接还原法中隧道窑、回转窑、转底炉、竖炉这四种常见炉的结构、反应原理、国内工艺现状及反应特点，并指出了我国钒钛磁铁矿直接还原工艺的发展方向。
关键词钒钛磁铁矿直接还原隧道窑回转窑转底炉竖炉前言目前国外钒钛磁铁矿主要分布在南非、前苏联、新西兰、加拿大、印度等地。
我国钒钛磁铁矿矿床分布广泛，储量吩咐，储量和开采量居全国铁矿的第3位。
已探明储量98.3亿吨，远景储量达300亿吨以上，主要分布在四川攀枝花地区、河北承德地区、陕西洋县、甘肃什斯镇、广东兴宁几山西代县等地区。
钒钛磁铁矿冶炼的利用问题，远在上19世纪上半叶，瑞典、挪威、美国、英国都进行过试验，均未取得结果。
20世纪30年代开始日本、前苏联开始在不同容积的高炉上研究冶炼钒钛磁铁矿的工艺，结论是：炉渣中TiO2 限制在16%以下，实际生产中采用配10%—15%的普通矿冶炼含钒生铁，渣中TiO2为9%—10%，TiO2含量越高冶炼难度越大。
世界各国的研究及生产实践表明，钒钛磁铁矿是难以冶炼的铁矿石。
通过多年的努力，钒钛磁铁矿已解决高炉冶炼等多项技术难题，逐渐形成了以高炉-转炉流程为主的综合回收其中铁、钒和钛的技术路线，实现了铁、钒和钛元素的大规模化利用，形成了铁钒钛系列产品的大规模工业生产能力。
然而高炉-转炉流程最大的缺点是：为了利用钒钛磁铁矿中的铁和钒浪费了大量的高钛型炉渣，造成钛资源的严重浪费，又造成很大的污染，从而形成了巨大的环境压力，所以开发适宜钒钛磁铁矿综合回收利用的工艺流程势在必行。
本文对钒钛磁铁矿煤基直接还原工艺的炉体结构、原理、特点、现状、投资价格进行简单探讨，指出煤制气-竖炉直接还原工艺为还原钒钛磁铁矿的发展提供新的途径。
钒钛铁精矿含碳球团直接还原试验
钒 钛 铁 精 矿 含碳 球 团直 接 还 原 试 验
李俊 翰 ， 邱 克 辉 ， 杨 绍利
（ １ ．成都 理 工 大学， 成都 ６ １ ０ ０ ５ ９ ；
２ ．攀枝 花 学 院 钒 钛 资源 综合 利用 四川 省 重点 实验 室 ， 四川攀 枝花 ６ １ ７ ０ ０ ０ ）
摘要 ： 采 用 正 交 试 验 和 单 因素 试 验 考 察 还 原 温 度 、 配碳 量 （ ｎ ｃ ｎ ｏ ） 、 还 原 时 间 对 某 钒 钛 磁 铁 矿 精 矿 直 接 还
０ ． ４ ，ｔ ｈｅ ｍｅ ｔ ａ ｌ ｌ ｉ ｚ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｒ ａ ｔ ｅ ｏ ｆ ｒ ｅ ｄ ｕｃ ｅ ｄ ｐ ｅ ｌ ｌ ｅ ｔ ｓ ｃ ａ ｎ ｂｅ ｉ ｍｐｒ ｏ ｖｅ ｄ ｔ ｏ ９ １ ． ７ ７ ，ｗｉ ｔ ｈ ｐ ｈａ ｓ ｅ ｃ ｏ ｍｐ ｏｓ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏｆ ｍｅ — ｔ ａ ｌ ｌ ｉ ｃ ｉ ｒ ｏ ｎ ． Ｋｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄｓ ： ｖ ａ ｎａ ｄ ｉ ｕｍ ａ ｎ ｄ ｔ ｉ ｔ ａ ｎｉ ｕ ｍ ｉ ｒ ｏ ｎ ｃ ｏｎ ｃ ｅ ｎ ｔ ｒ ａ ｔ ｅ ｓ；ｒ ｅ ｄｕ ｃ ｔ ｉ ｏｎ；ｍ ｅ ｔ ａ ｌ ｌ ｉ ｚ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｒ ａ ｔ ｅ；ｏｒ ｔ ｈ ｏｇ ｏ ｎａ ｌ ｅ ｘ ｐｅ ｒ ｉ ｍｅ ｎｔ ｓ
２ ．Ｓ ｉ ｃ ｈ ｕ ａ ｎ Ｐｒ ｏｖ ｉ ｎｃ ｅ Ｋｅ ｙ Ｌａ ｂ ｏ ｒ ａ ｔ ｏ ｒ ｙ ｏ ｆ Ｃｏ ｍｐ ｒ ｅ ｈｅ ｎ ｓ ｉ ｖ ｅ Ｕｔ ｉ ｌ ｉ ｚ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｆ ｏ ｒ Ｖａ ｎａ ｄ ｉ ｕ ｍ ＆ Ｔｉ ｔ ａ ｎ ｉ ｕ ｍ Ｒｅ ｓ ｏｕ ｒ ｃ ｅ ｓ．
Ｐａ ｎｚ ｈ ｉ ｈ ｕａ Ｕｎｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ，Ｐａ ｎｚ ｈ ｉ ｈ ｕａ ６ １ ７ ０ ０ ０，Ｓｉ ｃ ｈ ｕ ａ ｎ，Ｃｈ ｉ ｎ ａ ）
铁精矿内配生物质直接还原的研究
第 54 卷第 4 期2023 年 4 月中南大学学报(自然科学版)Journal of Central South University (Science and Technology)V ol.54 No.4Apr. 2023铁精矿内配生物质直接还原的研究黄柱成，胡建家，李屹鑫，舒阳(中南大学 资源加工与生物工程学院，湖南 长沙，410083)摘要：采用碳中性、清洁、可再生的生物质作为还原剂，对铁精矿内配生物质直接还原及其还原行为进行研究。
研究结果表明：铁精矿内配生物质在直接还原前期快速产生CO 、H 2、C m H n 、CO 2、H 2O 等，在反应罐内形成最高可达16 kPa 的压力，有利于生物质热解后在铁精矿颗粒表面及孔隙内沉积生物质炭及其原位气化，生成H 2和CO ，并与铁氧化物还原反应构成耦合作用，显著促进了铁氧化物低温快速还原。
与传统的未反应核模型不同，新生的金属铁向气流方向迁移和聚集，形成了纤维状的金属铁晶须。
提高还原温度和延长还原时间能够加快铁晶须的迁移和生长，在还原温度为1 040 ℃和还原时间为50 min 的条件下，海绵铁金属化率高达97.21%，铁晶须的宽度达4~10 μm 。
关键词：生物质；直接还原；气流；铁晶须中图分类号：TF55；TK6 文献标志码：A 文章编号：1672-7207（2023）04-1230-10Study on direct reduction of iron concentrate by biomassHUANG Zhucheng, HU Jianjia, LI Yixin, SHU Yang(School of Minerals Processing and Bioengineering, Central South University, Changsha 410083, China)Abstract: Using carbon neutral, clean and renewable biomass as reducing agent, the direct reduction and reduction behavior of biomass in iron concentrate were studied. The results show that in the early stage of direct reduction of iron concentrate by biomass, CO, H 2, C m H n , CO 2, H 2O etc. are rapidly generated, and a pressure of up to 16 kPa is formed in the reaction tank, which is conducive to the deposition of biomass carbon on the surface and pores of iron concentrate particles after biomass pyrolysis and its in-situ gasification to generate H 2 and CO, and form a coupling effect with iron oxide reduction reaction. It significantly promoted the rapid reduction of iron oxide at low temperature. Different from the traditional unreacted core model, the new metal iron migrates and accumulates in the direction of gas flow to form fibrous metal iron whiskers. Increasing the reduction temperature and prolonging the reduction time can accelerate the migration and growth of iron whiskers. Under the condition of reduction temperature 1 040 ℃ and time 50 min, the metallization rate of sponge iron is as high as 97.21% and收稿日期： 2022 −06 −08； 修回日期： 2022 −08 −18基金项目(Foundation item)：国家自然科学基金资助项目(52174330) (Project(52174330) supported by the National Natural ScienceFoundation of China)通信作者：黄柱成，博士，教授，博士生导师，从事烧结球团、直接还原等研究；E-mail ：******************DOI: 10.11817/j.issn.1672-7207.2023.04.002引用格式： 黄柱成, 胡建家, 李屹鑫, 等. 铁精矿内配生物质直接还原的研究[J]. 中南大学学报(自然科学版), 2023, 54(4): 1230−1239.Citation: HUANG Zhucheng, HU Jianjia, LI Yixin, et al.Study on direct reduction of iron concentrate by biomass[J]. Journal of Central South University(Science and Technology), 2023, 54(4): 1230−1239.第 4 期黄柱成，等：铁精矿内配生物质直接还原的研究the particle size of iron whiskers is 4−10 μm.Key words: biomass; direct reduction; gas flow; iron whisker直接还原铁是电炉短流程炼钢中不可或缺的原料，电炉炼钢工艺相对高炉炼铁具有流程短、能耗低和污染少的优势[1−2]。
钒钛磁铁矿制备还原铁粉的碳还原过程的实验研究
《钒钛磁铁矿制备还原铁粉的碳还原过程的实验研究》钒钛磁铁矿是一种重要的金属矿石资源，其中所含的钒和钛元素对于工业生产具有重要的作用。
在钒钛磁铁矿的矿石加工中，制备还原铁粉的碳还原过程是一项关键实验研究，对于提高钒和钛元素的回收率以及减少环境污染具有重要意义。
在碳还原过程中，矿石中的氧化铁被还原成铁粉，并将钒和钛元素同时转移到铁粉中。
这一过程涉及到矿石的化学成分、还原剂的选择和还原条件等多个方面，需要深入的研究和实验探索。
对于矿石的化学成分进行全面评估是至关重要的。
钒钛磁铁矿中的氧化铁含量、钛和钒的氧化态以及其他可能存在的杂质成分都会对还原铁粉的碳还原过程产生影响。
必须通过化学分析等手段，准确地确定矿石的化学成分，为后续实验研究提供可靠的基础数据。
在选择还原剂时，需要综合考虑还原剂的还原性能、价格、可获得性以及对环境的影响等因素。
常用的还原剂包括焦炭、木炭、煤炭等，它们在碳还原过程中能够释放出足够的热量，并与矿石中的氧化铁发生还原反应，从而得到纯净的铁粉。
然而，不同的还原剂具有不同的特点，因此需要进行实验对比，选择出最适合的还原剂。
还原条件也是影响碳还原过程的关键因素之一。
温度、压力、气氛等因素都会对还原效果产生影响。
通过控制还原条件，可以实现对还原过程的精准控制，提高还原效率，增加产量，并减少杂质的夹杂。
通过实验研究，确定最佳的还原条件对于实现碳还原过程的高效、环保、经济具有重要意义。
在进行实验研究的过程中，我们可以借鉴历史上的相关研究成果，总结前人的经验教训，同时也需要在实验中不断探索和创新。
通过多次实验，调整实验条件，观察还原过程中的各种变化，分析产物的物理化学性质，逐步深入探究碳还原过程的规律和机理。
从个人的理解来看，钒钛磁铁矿制备还原铁粉的碳还原过程是一项复杂而又具有挑战性的实验研究。
通过深入的探索和实验研究，可以不断提高还原效率，实现资源的有效利用，同时也能够减少环境污染，促进绿色发展。
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第３４卷第１期重庆大学学报Ｖｏｌ．３４Ｎｏ．１２０１１年１月Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ ＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙＪａｎ．２０１１ 文章编号：１０００－５８２Ｘ（２０１１）０１－０６０－０６钒钛铁精矿内配碳球团高温快速直接还原历程刘松利１，２，白晨光１，胡 途１，吕学伟１，邱贵宝１（１．重庆大学材料科学与工程学院，重庆４０００４４；２．攀枝花学院材料工程学院，四川攀枝花６１７０００）收稿日期：２０１０－０９－０２基金项目：国家重点基础研究发展计划资助项目（２００７ＣＢ６１３５０３）作者简介：刘松利（１９７２－），男，重庆大学博士研究生，主要从事冶金资源综合利用研究。
白晨光（联系人），男，重庆大学教授，博士生导师，（Ｅ－ｍａｉｌ）ｂｇｕａｎｇ＠ｃｑｕ．ｅｄｕ．ｃｎ。
摘 要：采用高温实验炉，在１ ３５０℃，氮气保护气氛条件下对钒钛磁铁精矿内配碳球团进行了阶段还原试验，通过ＴＧ－ＤＳＣ、ＸＲＤ、ＳＥＭ等检测方法对不同时间内配碳球团还原的组织成分、显微结构等进行研究。
结果表明，钒钛铁精矿的还原历程依次为Ｆｅ２ＴｉＯ４和Ｆｅ３Ｏ４、３（Ｆｅ３Ｏ４）·Ｆｅ２ＴｉＯ４、Ｆｅ３Ｏ４·Ｆｅ２ＴｉＯ４、Ｆｅ２ＴｉＯ４和ＦｅＯ、Ｆｅ和ＦｅＴｉ２Ｏ５；在磁铁矿大量还原生成浮士体的阶段，钛铁矿与新生成的浮士体发生“钛铁晶石化”，最终还原转变为单质铁和含铁黑钛石。
关键词：直接还原历程；钒钛铁精矿；球团；矿石 中图分类号：ＴＦ５５２文献标志码：ＡＱｕｉｃｋ ａｎｄ ｄｉｒｅｃｔ ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ ｖａｎａｄｉｕｍ ａｎｄ ｔｉｔａｎｉｕｍ ｉｒｏｎｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｅ ｗｉｔｈ ｃａｒｂｏｎ－ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ ｐｅｌｌｅｔｓ ａｔ ｈｉｇｈ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅＬＩＵ Ｓｏｎｇ－ｌｉ １，２，ＢＡＩ Ｃｈｅｎ－ｇｕａｎｇ１，ＨＵ Ｔｕ１，ＬＶ Ｘｕｅ－ｗｅｉ １，ＱＩＵ Ｇｕｉ－ｂａｏ１（１．Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ ４０００４４，Ｐ．Ｒ．Ｃｈｉｎａ；２．Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｃｏｌｌｅｇｅ，Ｐａｎｚｈｉｈｕａ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｐａｎｚｈｉｈｕａ，Ｓｉｃｈｕａｎ ６１７０００，Ｐ．Ｒ．Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂｙ ｕｓｉｎｇ ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｈｉｇｈ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｆｕｒｎａｃｅ，ｓｔａｇｅ ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ ｔｅｓｔ ｏｎ ｖａｎａｄｉｕｍ ａｎｄｔｉｔａｎｉｕｍ ｉｒｏｎ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｅ ｗｉｔｈ ｃａｒｂｏｎ－ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ ｐｅｌｌｅｔｓ ｕｎｄｅｒ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ｏｆ １ ３５０℃ａｎｄ ｉｎｎｉｔｒｏｇｅｎ ａｔｍｏｓｐｈｅｒｅ ｉｓ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ，ａｎｄ ｉｔｓ ｔｉｓｓｕｅ ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ，ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｉｓ ａｌｓｏ ｓｔｕｄｉｅｄ ｂｙ ＴＧ－ＤＴＡ，ＸＲＤ，ＳＥＭ ａｎｄ ｏｔｈｅｒ ｔｅｓｔｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ．Ｔｈｅ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｎ ｑｕｉｃｋｒｅｄｕｃｔｉｏｎ ｏｆ ｖａｎａｄｉｕｍ ａｎｄ ｔｉｔａｎｉｕｍ ｉｒｏｎ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｅ ｏｆ ｃａｒｂｏｎ－ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ ｐｅｌｌｅｔｓ ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ ｉｓ Ｆｅ２ＴｉＯ４ａｎｄＦｅ３Ｏ４，３（Ｆｅ３Ｏ４）·Ｆｅ２ＴｉＯ４，Ｆｅ３Ｏ４·Ｆｅ２ＴｉＯ４，Ｆｅ２ＴｉＯ４ａｎｄ ＦｅＯ，Ｆｅ ａｎｄ ＦｅＴｉ２Ｏ５．Ｉｎ ｔｈｅ ｓｔａｇｅ ｏｆｇｅｎｅｒａｔｉｎｇ ｆｌｏａｔ ｂｙ ｍａｇｎｅｔｉｔｅ ｉｒｏｎ ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ，ｔｈｅ ｎｅｗ ｐｈａｓｅ ｏｆ Ｆｅ２ＴｉＯ４ｉｓ ｇｅｎｅｒａｔｅｄ，ａｎｄ ｆｉｎａｌｌｙ ｖａｎａｄｉｕｍａｎｄ ｔｉｔａｎｉｕｍ ｉｒｏｎ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｅ ｉｓ ｒｅｄｕｃｅｄ ｉｎｔｏ Ｆｅ ａｎｄ（Ｆｅ，Ｍｇ）Ｔｉ２Ｏ５．Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｄｉｒｅｃｔ ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ；ｖａｎａｄｉｕｍ ａｎｄ ｔｉｔａｎｉｕｍ ｉｒｏｎ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｅ；ｐｅｌｌｅｔｓ；ｏｒｅ 钒钛磁铁矿是一种铁、钒、钛等元素共生的复合矿，具有较高的综合利用价值。
现已查明，世界钒钛磁铁矿的储量达４×１０１０ｔ以上，主要集中在如前苏联的卡契卡纳尔和古谢沃戈尔、美国和中国等国家。
其中，中国的钒钛磁铁矿已探明储量为９．８３×１０９ｔ［１－３］。
采用高炉冶炼处理钒钛磁铁矿，只能回收铁和钒，钛以ＴｉＯ２形式进入高炉渣而无法回收利用。
为了实现铁、钒、钛资源高效清洁分离及综合回收利用，近年来转底炉煤基直接还原技术成为处理钒钛磁铁矿的新工艺之一，虽然该工艺已有一定的进展，但基础研究还很薄弱，进一步深入研究其铁、钛等有价金属在高温快速还原过程中的相变历程，对该工艺的完善和产业化应用具有重要的现实意义。
钒钛磁铁矿的物质组成和结构特点决定了其还原历程的复杂性。
储绍斌等［４］研究了钒钛铁精矿在４５０～８５０℃的温度范围内分别用Ｈ２和ＣＯ２／ＣＯ混合气体的还原过程，发现钛铁晶石还原后生成钛铁矿，钛铁矿在还原过程中若有剩余氧化亚铁存在生成钛铁晶石。
何其松［５］用Ｈ２－Ｈ２Ｏ、ＣＯ２－ＣＯ及Ｈ２－Ｈ２Ｏ－ＣＯ２－ＣＯ混合气体对钛磁铁矿球团进行了大量的还原过程研究，并提出了钛磁铁矿中赤铁矿和铁板钛矿两种矿物的还原途径，即Ｆｅ２Ｏ３→Ｆｅ３Ｏ４→ＦｅＯ→Ｆｅ和Ｆｅ２ＴｉＯ５→Ｆｅ２ＴｉＯ４→ＦｅＴｉＯ３→Ｔｉ３Ｏ５。
还有一些研究者［６－１３］研究了钛铁矿与Ｈ２、ＣＯ２／ＣＯ混合气体或Ｃ的还原过程，钛铁矿的还原历程为ＦｅＴｉＯ３→Ｔｉ３Ｏ５→ＴｉＯ。
以上研究主要采用气体间接还原的方法，对于钒钛铁精矿内配碳球团直接还原的还原历程目前还不清楚。
笔者通过高温阶段还原实验，采用ＸＲＤ等检测方法对还原产物进行物相分析，结合ＴＧ－ＤＳＣ综合热分析结果，得出了钒钛磁铁精矿内配碳球团在高温下快速还原的反应历程。
１ 实验材料与方案１．１ 原料本实验采用的铁矿粉为攀枝花红格钒钛铁精矿，还原剂为无烟煤，其化学成分如表１和表２所示。
制作球团所用黏结剂为分析纯聚乙烯醇（ＰＶＡ）。
表１ 钒钛铁精矿的化学成分成分ＴＦｅ ＦｅＯ Ｆｅ２Ｏ３ＳｉＯ２ＣａＯ质量分数／％５４．５２ ２４．０９ ５１．１８ １１．７０ ０．５５６成分ＭｇＯ Ａｌ２Ｏ３ＴｉＯ２Ｓ Ｐ质量分数／％０．６２ ３．１５ ２．４６ ０．５１ ２．８０表２ 煤粉的化学成分％煤的成分灰分的成分Ｃ ｖｏｌａｔｉｌｅ灰分Ｓ ＳｉＯ２Ａｌ２Ｏ３ＣａＯ ＭｇＯ８１．９５ ６．７９ １０．４１ ０．６９ ２４．９６ ４０．２３ ３．７８ ３．１２１．２ 实验方案钒钛铁精矿和煤粉经过干燥、研磨和筛分，其颗粒直径分别为ｄｏｒｅ≤８８μｍ，ｄＣｏａｌ≤２４５μｍ。
铁精矿粉和煤粉根据混合料中ｗ（Ｃ）／ｗ（Ｏ）＝１．２，进行称量后充分混匀，然后添加适量的黏结剂（有机黏结剂ＰＶＡ），利用压片成型机压制成直径为３０ｍｍ左右的球团，成型压力为１０ＭＰａ。
实验炉为竖式碳化硅炉，结构示意图如图１所示。
实验前，球团先在干燥箱（温度为１２０℃）中干燥６ｈ，确保球团中的黏结剂和水分能够完全挥发。
实验时，每次取一个球团放在吊篮中，待温度达到设定温度（１ ３５０℃）后，迅速放入在Ｎ２（３００ｍＬ／ｍｉｎ）保护下、直径为１００ｍｍ的竖式碳化硅炉内，用镍铬丝悬挂在炉顶上方的铁架上，待还原到某一时间时迅速取出埋入煤粉中进行冷却，随后进行ＸＲＤ等分析。
图１ 还原装置示意图２ 结果与讨论２．１ ＴＧ－ＤＳＣ试验结果钒钛铁精矿粉与煤粉的混合样在３０～１ ４００℃的温度范围内进行了ＴＧ－ＤＳＣ综合热分析实验，升温速率为１５℃／ｍｉｎ，实验结果如图２所示。
图２ 混合样综合热分析曲线１６第１期 刘松利，等：钒钛铁精矿内配碳球团高温快速直接还原历程 从图２中ＴＧ曲线可以看出，矿煤混合物在升温过程中主要经历４个失重阶段。
温度低于４６０℃左右时，试样失重量非常小，仅为０．４３％；温度在４９０～９００℃时，试样失重量为３．７２％，失重较慢；当温度超过９１０℃后，试样重量急剧下降，其中在９００～１ １５０℃的范围内失重最快，随后失重稍微变慢。
从对应的ＤＳＣ曲线来看，在低于９００℃的温度范围内有几个平缓的小吸热峰，试样在这一阶段经历了一个连续吸热过程。
温度超过９００℃后，ＤＳＣ曲线上出现了３个比较大的吸热峰和１个小吸热峰，其峰值分别为９３３、１ １０２、１ ２５３、１ ３６２℃，说明在这一阶段试样发生了剧烈的化学反应。
２．２ 样品的ＸＲＤ分析对钒钛铁精矿和在１ ３５０℃经过不同还原时间还原后的球团进行了Ｘ射线衍射分析，ＸＲＤ图谱如图３所示，主要物相的变化分析如表３所示。
表３ 不同还原时间下还原产物的物相结构还原时间物相０Ｆｅ３Ｏ４，Ｆｅ０．２３（Ｆｅ１．９５Ｔｉ０．４２）Ｏ４，Ｆｅ２Ｏ３－ＦｅＴｉＯ３，ＦｅＴｉＯ３３Ｆｅ３Ｏ４，ＦｅＯ，Ｆｅ０．２３（Ｆｅ１．９５Ｔｉ０．４２）Ｏ４，ＦｅＴｉＯ３５Ｆｅ，Ｆｅ３Ｏ４，ＦｅＯ，Ｆｅ０．２３（Ｆｅ１．９５Ｔｉ０．４２）Ｏ４，Ｆｅ２．７５Ｔｉ０．２５Ｏ４，ＦｅＴｉＯ３７Ｆｅ，Ｆｅ３Ｏ４，ＦｅＯ，Ｆｅ０．２３（Ｆｅ１．９５Ｔｉ０．４２）Ｏ４，Ｆｅ２．７５Ｔｉ０．２５Ｏ４，Ｆｅ５ＴｉＯ８，Ｆｅ２ＴｉＯ４，ＦｅＴｉＯ３１０Ｆｅ，Ｆｅ３Ｏ４，Ｆｅ２．７５Ｔｉ０．２５Ｏ４，Ｆｅ５ＴｉＯ８，Ｆｅ２ＴｉＯ４，ＦｅＴｉＯ３１５Ｆｅ，Ｆｅ３Ｏ４，Ｆｅ２．７５Ｔｉ０．２５Ｏ４，Ｆｅ５ＴｉＯ８，ＦｅＴｉＯ３２０Ｆｅ，ＦｅＯ，（Ｆｅ，Ｍｇ）Ｔｉ２Ｏ５，ＦｅＴｉＯ３２５Ｆｅ，（Ｆｅ，Ｍｇ）Ｔｉ２Ｏ５，ＦｅＴｉＯ３３０Ｆｅ，（Ｆｅ，Ｍｇ）Ｔｉ２Ｏ５，ＦｅＴｉＯ３－Ｆｅ，α－Ｆｅ２Ｏ３－ＦｅＴｉＯ３，β－Ｆｅ３Ｏ４，θ－ＦｅＯ，ε－Ｆｅ０．２３（Ｆｅ１．９５Ｔｉ０．４２）Ｏ４，π－Ｆｅ２．７５Ｔｉ０．２５Ｏ４ω－Ｆｅ５ＴｉＯ８，δ－ＦｅＴｉＯ３，ν－Ｆｅ２ＴｉＯ４，λ－（Ｆｅ，Ｍｇ）Ｔｉ２Ｏ５图３ 还原产物ＸＲＤ图谱２６重庆大学学报 第３４卷 由表３和图３可知，钒钛铁精矿粉的主要物相是磁铁矿（Ｆｅ３Ｏ４）和钛磁铁矿（Ｆｅ０．２３（Ｆｅ１．９５Ｔｉ０．４２）Ｏ４，Ｆｅ２Ｏ３－ＦｅＴｉＯ３），其次是钛铁矿（ＦｅＴｉＯ３）。