钒钛磁铁矿综合利用研究现状

矿技术现在尚未完全成熟，仍存在处理量低、能耗高等劣势，需进一步改进完善。并针对以上钒钛磁铁矿利用工艺
存在的弊端，提出短流程熔炼新技术，利用该技术处理钒钛磁铁矿可实现铁、钒、钛资源的高效综合利用且生产成
本大幅降低。
关键词 钒钛磁铁矿 高炉法 非高炉法 综合利用
中图分类号 TD926
文献标志码 A
文章编号 1001-1250（2019）-06-033-05
收稿日期 2019-04-02 基金项目 “十二五”国家科技支撑计划项目（编号：2015BAB15B02)。 作者简介 王 勋（1994—），男，博士研究生。
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总第 516 期
金属矿山
2019 年第 6 期
开发复杂难选铁矿，缓解我国对进口铁矿的依赖，已 成为当务之急。但现如今，我国钒钛磁铁矿资源综 合 利 用 程 度 仍 很 低 ，还 普 遍 存 在 着 资 源 浪 费 的 现 象。因此，针对目前钒钛磁铁矿资源现状，开发钒钛 磁铁矿资源高效综合利用新技术，实现资源的深度 开发与充分利用具有极其深远的意义。
预还原—电炉工艺是先将钒钛磁铁矿和煤粉按 一定配比混匀、造球，然后将含碳球团通过回转窑、 隧道窑、转底炉等设备进行预还原，得到金属化球 团，进一步利用电炉将金属化球团继续升温熔炼，通 过渣铁分离获得含钒铁水和富钛炉渣的过程。相较 于高炉法的冶炼过程，预还原—电炉流程的还原和 加热过程是分开进行的，这就使得冶炼过程的难度 降低。除此之外，预还原—电炉法还具有流程短、环 境友好、生产效率高等优点［13］。国外南非、新西兰、 俄罗斯、加拿大等国对预还原—电炉法进行过详细 研究，但利用此方法生产，当炉渣中二氧化钛含量大
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含量低、矿相复杂，且多以玻璃相存在等特点，使得 其难以得到有效回收，造成钛资源浪费［4，6-8］。国外对 高炉法处理钒钛磁铁矿资源研究较早的国家有前苏 联、南非以及瑞典等国［3，9］。早在 20 世纪 30 年代时， 前苏联的下塔吉尔钢铁公司、邱索夫钢铁厂和黑色 金属研究所等单位就对钒钛矿的高炉—转炉冶炼工 艺进行过大量研究。邱索夫钢铁厂利用高炉法冶炼 钒钛磁铁矿成功获得钒品位 0.50%~0.57%、回收率 79.4%的含钒生铁。下塔吉尔钢铁公司利用 1 242 m3 高炉处理卡契卡纳尔钒钛磁铁矿，通过提高炉料质 量 、提 高 风 温 、富 氧 鼓 气 等 措 施 ，生 产 出 Si 含 量 ≤ 0.28% 、Ti 含 量 ≤0.25% 、S 含 量 ≤0.023% 、V 含 量 ≥ 0.35%的高质量含钒生铁。但经过多年研究，国外研 究机构始终未能解决当炉渣中 TiO2含量高于 10%时， 炉渣黏度增高致使冶炼过程很难进行的问题［10］。目 前，除邱索夫钢铁厂和下塔吉尔钢铁公司能产出低 TiO2 含量（≤10%）的高炉渣外，其他国家均未有成功 利用高炉法处理钒钛磁铁矿的工厂。20 世纪 60 年 代，我国开始对攀西地区钒钛矿开发利用进行科技 攻关，成功突破了钛渣中 TiO2 含量为 20%~25%时高 炉冶炼难以进行的技术难题，并将此技术投入工业 应用，使我国在这一领域处于领先地位，但高炉渣中 的钛以 TiO2形式存在且质量分数低，造成这部分钛资 源无法得到大规模高效利用［11］。攀钢集团利用现有 工艺流程处理钒钛磁铁矿资源，从原矿到钢坯、片状 五氧化二钒和钛白产品，仅能获得铁、钒、钛元素回 收率分别为 60%、39%和 10%的指标，高炉流程中钛 资源没有得到有效回收利用，造成资源浪费 。 ［12］ 而 且，高炉法还存在工艺流程长、基建投资高、环境污 染大、产能消耗高等缺点。从资源高效绿色开发角 度来看，高炉法处理钒钛磁铁矿已经不符合现阶段 我国的基本国情，不适合作为钒钛磁铁矿综合利用 的发展方向。 2. 2 预还原—电炉法
Series No. 516 June 2019
金属矿山
METAL MINE
总第 516 期 2019 年 第 6 期
钒钛磁铁矿综合利用研究现状
王 勋 韩跃新 李艳军 高 鹏
（东北大学资源与土木工程学院，辽宁 沈阳 110819）
摘 要 钒钛磁铁矿经济利用价值极高，高效绿色开发钒钛磁铁矿资源已成为当今社会发展的必然要求。从
2 钒钛磁铁精矿的综合利用现状
国内外科研人员针对钒钛磁铁精矿开展了大量 的研究工作。现主要采用高炉法和非高炉法处理钒 钛磁铁精矿，其中非高炉法主要包括预还原—电炉 法、还原—磨选法和钠化提钒—预还原—电炉法等［5］。 2. 1 高炉法
高炉法是目前我国处理钒钛磁铁矿资源应用最 普遍、处理技术最成熟的方法。该方法首先将钒钛 磁铁矿造块，然后经高炉冶炼选择性地将矿石中的 铁、钒氧化物还原生成含钒铁水，钛则以二氧化钛的 形式进入炉渣。进而采用转炉吹炼含钒铁水得到钒 渣和半钢，钒渣经湿法工艺得到合格钒产品，半钢通 过进一步加工得到合格钢材。钛渣则由于二氧化钛
早在 20 世纪初，前苏联、芬兰、挪威、加拿大等国 就针对钒钛磁铁矿分选和冶炼开展了相关研究工作， 由此拉开了世界钒钛磁铁矿综合利用的序幕［3，5］。我 国对钒钛磁铁矿的开发利用则始于 1958 年，最初主 要针对攀西地区钒钛磁铁矿开展研究工作。目前我 国对钒钛磁铁矿资源的开发利用，主要分为矿石分 选和选矿产品再加工利用 2 个步骤，即先经选矿作业 获得钒钛磁铁精矿、钛铁精矿和硫精矿 3 种精矿产 品，再对这 3 种精矿产品分别进行后续加工利用［6］。 由分选得到的 3 种精矿产品中，钒钛磁铁精矿产品产 率最高、有价元素富集程度最大，但综合利用率最 低，钒钛磁铁精矿加工利用水平直接反映了钒钛磁 铁矿综合利用的整体水平［8］。因此介绍了钒钛磁铁 精矿的加工利用现状。
金属”，在航天、军事、汽车、医学等领域具有广泛的 应用。近年来，随着国民经济的快速发展，我国钢铁 行业发展十分迅猛，大幅增加了我国对铁矿资源的 需求。我国铁矿资源储量丰富，但优质铁矿资源匮 乏、复杂难选铁矿石利用率低，致使我国对进口铁矿 石的依赖程度逐年增大，2017 年已突破 85%，极大程 度地威胁了我国钢铁行业的安全与稳定，因此高效
Keywords Vanadium titanium magnetite，Blast operation，Non-blast operation，Comprehensive utilization
钒钛磁铁矿储量位居我国铁矿资源储量的第三 位，以铁、钒、钛元素为主，并含有钴、铬、镍、镓、钪等 多种有价元素，具有相当高的综合利用价值［1］。钒被 称为“现代工业的味精”，具有许多优异的物理和化 学性能，广泛用于航空航天、电池、医药、光学、化学 等领域［2］。钛具有良好的耐高温、耐低温、抗强酸、抗 强碱以及强度高、密度低等优质性能而被称为“太空
1 钒钛磁铁矿资源分布概况及利用概述
国外钒钛磁铁矿资源主要分布于俄罗斯、南非、 美国、加拿大、印度等地，探明储量达 400 亿 t 以上［3］。 我国钒钛磁铁矿资源丰富，已探明储量达 180 多亿 t， 主要分布在四川攀枝花、河北承德、陕西汉中等地。 其中仅攀西地区钒钛磁铁矿资源储量就高达 100 亿 t 以上，且分布相对集中，是我国最大的钒钛磁铁矿产 地。河北承德地区是我国北方钒钛磁铁矿基地，其钒 钛磁铁矿储量仅次于攀西地区，位居全国第二位［4］。 地质工作者对陕西及湖北等地的钒钛磁铁矿资源也 做过大量工作。
（School of Resources and Civil Engineering，Northeastern University，Shenyang 110819，China）
Abstract Vanadium-titanium magnetite has extremely high economic utilization value，and the efficient and green use of vanadium-titanium magnetite resources has become an inevitable requirement of today's social development. The distribu⁃ tion and comprehensive utilization status of vanadium- titanium magnetite resource was analyzed，which focuses on the re⁃ search status，advantages and disadvantages of the blast furnace method，pre-reduction-electric furnace method，reductiongrinding method，sodium calcination and pre-reduction electric furnace method to treat vanadium-titanium magnetite. Points out that the blast furnace process is has dominant position in the treatment of vanadium-titanium magnetite resource technolo⁃ gy currently. However，the blast furnace process has caused a series problems，such as high energy consumption，environ⁃ mental pollution and lower resource utilization. So it will be replaced by some non-blast furnace technology. But now the nonblast furnace technology is not fully mature，there are still disadvantages of low capacity and high energy consumption to im⁃ provement. Based on the existing beneficiation technology，the short process smelting technology is introduced as a new treat⁃ ment for the vanadium-titanium magnetite comprehensive utilization. It can realize the comprehensive utilization of vanadiumtitanium magnetite，and it can greatly reduce the production costs.