直接还原处理低品位钒钛磁铁精矿

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攀枝花直接还原钛渣的矿物学特征

攀枝花直接还原钛渣的矿物学特征王伊杰;薛亚洲;潘懋;文书明【摘要】以中国攀枝花直接还原钛渣为研究对象,采用化学分析、X线衍射分析和矿物解离度分析等对其矿物学性质进行研究.研究结果表明:直接还原钛渣中TiO2品位为46.80％,其中的矿物主要为黑钛石,质量分数为50.28％,其次为尖晶石、中长石、钛辉石、橄榄石和自然铁等.直接还原钛渣中各矿物相互之间均存在共生关系,且部分矿物颗粒共生关系复杂.Ti在各矿物中均有分布,其中绝大部分赋存在黑钛石中,分布率达到94.34％.直接还原钛渣在电炉熔分的过程中,镁等元素通过类质同象掺杂进入黑钛石晶体中,使黑钛石携带杂质元素.【期刊名称】《中南大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2019(050)003【总页数】9页(P497-505)【关键词】直接还原钛渣;人造矿物;黑钛石;矿物学特征【作者】王伊杰;薛亚洲;潘懋;文书明【作者单位】北京大学地球与空间科学学院,北京,100871;中国国土资源经济研究院,北京,101149;中国国土资源经济研究院,北京,101149;北京大学地球与空间科学学院,北京,100871;昆明理工大学省部共建复杂有色金属资源清洁利用国家重点实验室,云南昆明,650093【正文语种】中文【中图分类】TD912矿产资源是国民经济发展的重要物质基础，随着现代工业的发展，矿产资源被快速消耗。

我国经济已由高速增长阶段转向高质量发展阶段，矿业的发展方式要从规模速度型转向质量效率型，从粗放发展转向节约集约利用。

随着易采选资源的消耗，难选冶矿产资源的利用问题越来越突出。

人们可以通过精密的设备、先进的工艺及高效的药剂来提高难选冶矿石的回收和综合利用效率[1−4]，而要使矿物选冶技术得到实质性、有效性的创新，深入的矿物学研究是前提条件。

近年来，得益于科学技术的迅猛发展，很多先进的检测方法被应用于矿物学研究领域[5−9]，其中矿物解离度分析(mineral liberation analyser, MLA)是最领先的技术之一。

太和铁矿低品位矾钛磁铁矿粉矿干选工业实验研究

总第４７期９
现代矿业
２１００年９月第９期
晰型矿石的分选。
大，调整磁偏角和分隔板间距对精矿品位几乎没有
作为抛废作业，重要的是抛出合格废石，但不能造成目的矿物的明显流失，因此筒表速度不能过高，
与控制筒表料层厚度不矛盾，有效的解决手段是最合理减少台时能力。２２给矿量试验．
从表１以看出：可 ①粉矿干选机抛废效果较好，
能抛出铁品位１．５一１．６、业产率４５％２４％作
５．３～６７％的废石，选作业能提高入磨品３２％４．３干
位２７．１～３６．１个百分点；在上述筒表速度范围 ② 内，着转速的增加抛废量和抛尾品位均有下降的随趋势，回收率则呈现上升趋势，一结果表明：而这随着简表矿层厚度的下降，分选效率越来越高。因此，工业生产中应适当控制干选机筒表矿层厚度。
：
翌：
从试验结果可以看出：现场工业实验效果较 ① 理想，连续过渡型矿石，废产率在１％～１％，对抛０５但尾矿品位偏高；矿岩界限清晰型矿石，然人选对虽品位明显要低于矿岩界限清晰型矿石，干抛精矿但
ＳｒａｅｉｌＮｏ．７４９
现
代
矿
业
总第４７期９

怎样高效的从钒钛磁铁矿中提取钒钛？

怎样⾼效的从钒钛磁铁矿中提取钒钛？我国是钒钛⼤国我国是钒、钛资源⼤国，钒的储量居世界第三，钛储量居世界第⼀。

钒和钛在我国主要以伴⽣矿的形式存在于钒钛磁铁矿中，主要分布在四川攀西与河北承德地区，其中⼜以攀西钒钛磁铁矿资源最为丰富，资源量为6.18亿吨，约占全国的95%，占全球的35%。

其中，钛矿的储量占我国总量的90%以上。

钒被称为“现代⼯业的味精”，在钢铁、化⼯、航空航天等领域应⽤⼴泛。

其中85%应⽤于钢铁⼯业，在钢中加⼊钒，可以改善钢的耐磨性、强度、硬度、延展性等性能，加⼊0.1%的钒，可提⾼钢强度10%—20%，减轻结构重量15—25%，降低成本8—10%。

钛被称为“战略⾦属”，钛及其合⾦具有抗腐蚀、⾼强度、⾼温及低温强度性能好、⽆磁性、⼈体适应性好、形状记忆和超导等优异性能。

由于其轻型⾼强度的特点，在航空航天等领域得到⼴泛应⽤，近年来，应⽤逐步扩展到造船、⽯油化设备、海上平台、电⼒设备、医疗、⾼档消费品等民⽤⼯业领域。

钒钛烧结矿的物相组成主要有：钛⾚铁矿、钛磁铁矿、铁酸钙、钛榴⽯、钙钛矿、钛辉⽯、玻璃质等。

⽬前提取回收钒的处理⽅法有三种1、吹炼钒渣法：此法是在转炉或其他炉内吹炼⽣铁⽔，得到含V2O512—16%的钒渣和半钢，吹炼的要求是“脱钒保碳”。

此法是从钒钛磁铁矿中⽣产钒的主要⽅法，较从矿⽯中直接提钒更经济。

⽬前世界上钒产量的66%是使⽤这种⽅法⽣产的。

2、含钒钢渣法：此法是将含钒铁⽔直接吹炼成钢。

钒作为⼀种杂质进⼊炉渣，钢渣作为提钒的原材料。

但这种钢渣中氧化钙含量⾼达45~60%，使提钒困难。

这种⽅法不仅省去吹炼炉渣设备，节省投资，⽽且回收了吹炼钒渣时损失的⽣铁，是新⼀代的提钒⽅法。

3、钠化渣法：此法是把碳酸钠直接加⼊含钒铁⽔，使铁⽔中的钒⽣成钒酸钠，同时脱除铁⽔中的硫和磷。

该种渣可不经焙烧直接⽔浸，提取五氧化⼆钒。

所获得的半钢含硫、磷很低，可⽤⽆渣或少渣法炼钢。

⽬前提取回收钛的技术⼤致可分为三种1、是传统的酸浸流程，为了降低处理成本，使⽤废酸或低浓度酸解技术，废酸液可循环使⽤，也可以作为钢铁⼚内部循环⽔的处理剂使⽤。

某低品位钒钛磁铁矿预分选试验研究

ＣＨＥＮ，ＦＵｅ — ｈｎＤａＷｎｚａｇ．ＨＯＮＧｎ — ｉＢｉｇｘｎ（ｎｔｕｅｏｕｔｕｐｓｉｚｔｎｏｉｅａｃｕｓ，ＣｉｅｅＡｃｄｍｙｏｏｏｉａｃｅｃｓｈｎｄ１０１ＩｓｉｔｆＭｌｉｒｏｅＵｔｌａｉｆＭｎｒｌｔｐｉｏＲｅｏｒｅｈｎｓａｅｆＧｅｌｇｃｌｉｎｅ，Ｃｅｇｕ６０４，Ｃｈｎ）Ｓｉａ
Ｅｘｅｉｅａｅｅｒｈｏｒ－ｅａａｉｎｏｅｎｖｎｄｕ－ｏｔｉｎｉａｍａｎｔｔｒｐｒｍｎｔｌｒｓａｃｎｐｅｓｐｒｔｏｆａｌａａａｉｍｃｎａｎｉｇｓｍｉｅａｏｉａｈｒｃｅｉｔｓａｏｔａｌａａａｉｍ—ｉｎｕｍａｎｔｅｏｅ（ｅｓｒｃ：ｒｃｓｎｒｌｇｃｌｃａａｔｒｓｉｂｕｅｎｖｎｄｕｔａｉｍｇｅｉｒｃｔｔＴＦ２．９，Ｔｉ０３）ａｅｒｓｍｅ．Ｔｅｈｏｏｉａｏｄｔｎｆｈｒ－ｅａａｉｎｉｔｇａｅｉｔｒｅＯ４Ｏ２．１１ｒｅｕｄｃｎｌｇｃｌｎｉｏｓｏｅｐｅｓｐｒｔｅｒｔｄｐｌｅｄ — ｃｉｔｏｎｏａｔｒｎｄｂｏｄｔｎｔｓｓａｄａｐｌｔｐｏｆｔｓｓｃｎｕｔｄＡｒ — ｅａａｉｎｃｎｅｔａｅｉｏｔｉｅｔｅｍｉｅｙｃｎｉｏｅｔｎｉ－ｒｏｅｔｉｏｄｃｅｐｅｓｐｒｔｏｃｎｒｔｓｂａｎｄｗｉｉｏｏｈ

利用低品位铁矿资源的技术研究

利用低品位铁矿资源的技术研究随着我国经济的不断发展，对于铁矿石产品的需求也在逐年增加。

不过，我国的铁矿石资源整体处于中低品位状态，仅有少量高品位铁矿石资源，这对于我国钢铁生产企业来说造成了一定的压力。

因此，如何利用低品位铁矿石资源已成为我国矿业工作者需要重点研究的问题。

本文将探讨目前利用低品位铁矿石资源所应用的技术和存在的问题。

一、利用低品位铁矿资源的技术1. 磁选磁选指的是将磁性物质和非磁性物质通过磁场的作用区分开来的技术。

在低品位铁矿的处理过程中，磁选工艺得到了广泛的应用，由于铁矿石中含有一定量的磁性物质（如磁铁矿、赤铁矿等），通过针对这些磁性物质的磁选工艺，能够有效地提高铁矿石的品位和铁的回收率。

2. 浮选浮选是一种广泛应用于湿法矿石选矿的物化技术，其原理是利用不同物质在水中的亲水性和疏水性区分开来的方法。

浮选的基本流程是把矿物颗粒浸泡在药剂水溶液中，通过搅拌和掺气将颗粒吸附在气泡上，然后将气泡浮出矿浆，并与冷沉淀相分离。

浮选技术应用时可不断地往矿浆中掺入药剂，从而达到良好的分离效果。

3. 贫矿焙烧贫矿焙烧是一种普遍应用在低品位铁矿石选矿中的技术，其原理是通过加热铁矿精矿，使铁、硫化物、水等挥发掉，达到提高铁精矿品位的目的。

针对一些低品位铁矿，通过焙烧工艺，可以将其转化成更高品位的铁精矿，在提高铁矿石品位的过程中起到了至关重要的作用。

二、存在的问题1. 能耗高低品位铁矿石一般含有较高的杂质，在进行选矿过程中需要不断地进行加热、磁选、浮选等过程，而这些过程的能耗非常高，同时也会显著增加生产成本。

因此，如何降低低品位铁矿石选矿的能耗，是当前矿业工作者需要重点研究的问题。

2. 尾矿处置难题在低品位铁矿的选矿过程中，由于针对矿石进行不断的处理、磨碎等过程，会产生大量的废弃尾矿。

这些尾矿中含有大量的杂质和有害成分，如何处理这些尾矿成为当前低品位铁矿石资源开发的难题之一。

三、结语利用低品位铁矿资源是我国矿业工作者需要重点关注的问题，通过不断地磁选、浮选、焙烧等工艺的不断梳理和完善，可以提高铁矿石的品位，降低生产成本，使得我国钢铁生产能够稳步发展。

微波技术在冶金中的应用

代后期，微波加热被用于矿石的破碎、难选金矿的预处理、从低品位矿石和尾矿中回收金、从矿石中提取稀有金属和重金属、铁矿石和钒钛磁铁矿的碳热还原、工业废料的处理等等。
微波加热与传统加热不同，他不需要由表及里
0c59f8ea 工业大型微波炉 /
的热传导，而是通过微波在物料内部的能量耗散来直接加热物料。根据物料性质（电导率、磁导率、介电常数）的不同，微波可以直接而有效地在整个物料内部产生热量。微波在冶金中的应用具以下传统加热方式无法比拟的优点：
0c59f8ea 工业大型微波炉 /
1、二氧化锰的微波加热分解
在用铝热还原法从锰的氧化物生产金属锰时， Mn3O4 在 MnO2、Mn2O3、Mn3O4 和 MnO 中具有最佳的含氧量。它既能保证反应以适当的速率进行，产生足够的温度，又能保证过程的安全。含氧量过高
三、微波加热对矿石显微结构的影响
矿石中通常含有多种矿物（包括有用矿物和脉石矿物），当用传统方法加热时，矿石中各种矿物的升温速率基本相同，它们被加热的温度也大致相同，在矿物之间不会产生明显的温度差，如果在加
热过程中没有晶型转变、相变或化学变化发生，则矿物的显微结构通常不会因加热而发生明显变化。当用微波加热时，情况则大不相同，由于组成矿石的各种矿物具有不同的性质，它们在微波场中的升温速度各不相同，因而矿石中的不同矿物会被微波加热到不同的温度，由于微波能够加热大多数有用
将会导致的危险或使过程失去控制，而含氧量过低则会使反应热不足以使物料熔化，致使金属和炉渣不能很好的分离。因此，为了使过程能够顺利进行，必须对氧化物或矿石的含氧量进行调整。调整含氧量的方法之一是在 1273～1373K 的温度下通过热分解将 MnO2 转变成 Mn3O4。应用微波加热取代传

攀钢高炉冶炼钒钛磁铁矿降低铁损的生产实践

（Ｓｔｅｅｌ —ｍａｋｉｎｇＰｌａｎｔ，ＰａｎｚｈｉｈｕａＶａｎａｄｉｕｍＳｔｅｅｌＣｏ．，Ｌｔｄ．，Ｐａｎｚｈｉｈｕａ６１７０２４，Ｓｉｃｈｕａｎ）
第１期
总第２０９期
冶
金
丛
刊
Ｓｕｍ．２０９Ｎｏ．１
２０１４年２月
ＭＥＴＡＬＬＵＲＧＩＣＡＬＣＯＬＬＥＣＴＩＯＮＳ
Ｆｅｂｒｕａｒｙ２０１４
攀钢高炉冶炼钒钛磁铁矿降低铁损的生产实践
ＰＲＡＣＴＩＣＥｏＦＲＥＤＵＣＩＮＧＴＨＥＩＲｏＮＬｏＳＳＥＳＤＵＲＩＮＧＳＭＥＬＴＩＮＧ
ＶＡＮＡＤＩＵＭＡＮＤＴＩＴＡＮＩＵＭＭＡＧＮＥＴＩＣ
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ＪｉａｎｇＤａｊｕｎＤｕＳｉｈｏｎｇＳｏｎｇＪｉａｎＨｅＭｕｇｕａｎｇ
ｐｒｏｂｌｅｍｉｎｓｌａｇ，ｔｈｅｓｌａｇｉｓｓｔｉｃｋｙ，ｗｈｉｃｈｍａｋｅｓｉｔｄｉｉｃｆｕｌｔｔｏｓｅｐａｒａｔｅｉｒｏｎｆｒｏｍｓｌａｇ，ｉｒｏｎｃｏｎｔｅｎｔｏｆｏｒｅｉｓｌｏｗ，ｗｈｉｃｈｍａｋｅｓｌａｒｇｅｑｕａｎｔｉｔｉｅｓｏｆｓｌａｇ，ｉｒｏｎｔａｐｐｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｉｓｂａｃｋｗａｒｄ，ｗｈｉｃｈｍａｋｅｓｉｒｏｎｌｏｓｓａｓｈｉｇｈａｓ５％～１０％．ｍｕｃｈｈｉｇｈｅｒｔｈａｎｔｈａｔｉｎｏｒｄｉｎａｒｙＢＦ．Ｔｈｒｏｕｇｈｔａｋｉｎｇｓｕｃｈｍｅａｓｕｒｅｓａｓｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇｓｌａｇｃｏｎｔｅｎｔａｎｄｓｍｅｌｔｉｎｇｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，ｓｙｓｔｅｍａｔｉｃｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔｏｎｆｕｒｎａｃｅ—ｆｒｏｎｔｓｌａｇａｎｄｉｒｏｎｔａｐｐｉｎｇ，ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓｆｏｒｓｔｒｅｎｇｔｈｅｎｉｎｇｓｍｅｌｔｉｎｇｌｏｗｃｏｎｔｅｎｔｏｒｅｓ，ｒａｐｉｄｏｐｅｎｉｎｇａｎｄｃｌｏｓｉｎｇｄｏｗｎｆｕｒｎａｃｅｔｅｃｈｎｏｌｏ－ｇｉｅｓ，ｏｐｔｉｍｉｚｉｎｇｏｐｅｒａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｎｅｗ３ＢＦｅｔｃ．，ｔｈｅｉｒｏｎｌｏｓｓｉｓｒｅｄｕｃｅｄｒｏｆｍ５．７６％ｔｏ５．４１％ｉｎ２０１２，ａｎｄｆｕｒｔｈｅｒｄｏｗｎｔｏ４．３％ｉｎ２０１３．ａｎｄｒｅｍａｒｋａｂｌｅｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｃａｌａｎｄｅｃｏｎｏｍｉｃｂｅｎｅｉｔｆｓａｒｅａｃｈｉｅｖｅｄ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓｖａｎａｄｉｕｍａｎｄｔｉｔａｎｉｕｍｍａｇｎｅｔｉｃｏｒｅｓ；ｓｍｅｌｔｉｎｇ；ｉｒｏｎｌｏｓｓ；ｓｌａｇ；ｈｅａｔｈｒｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ；ｍａｉｎｓｔｏｒａｇｅｉｒｏｎｇｒｏｏｖｅ；ｌＯＷｃｏｎｔｅｎｔ；ｐｒｏｃｅｓｓｒｅｇｕｌａｔｉｏｎ

复杂难选铁矿石直接还原技术的应用

复杂难选铁矿石直接还原技术的应用张进（武汉科技大学资源与环境工程学院，湖北武汉，430081）摘要本文阐述了我国复杂难选铁矿开发利用现状,对近年来处理复杂难选铁矿的新工艺—直接还原技术进行了介绍和分析,指出了该工艺的特色和优点。

重点介绍了直接还原技术在我国复杂难选铁矿中的应用实践,同时指出煤基转底炉直接还原工艺较适合处理我国复杂难选铁矿,并针对目前存在的问题,提出了下一步的研究方向。

关键词难选铁矿现状直接还原应用世界铁矿资源丰富，据美国地质调查局报告，截止2005年底，世界铁矿石储量为1600亿t，储量基础为3700亿t，铁金属储量为800亿t，储量基础为1800亿t。

世界铁矿资源分布的特点是南半球国家富铁矿床多，如巴西、澳大利亚、南非等国；北半球国家贫铁矿床多，如前苏联地区、美国、加拿大、中国等国。

我国铁矿石富矿少、贫矿多，97%的铁矿石为30%以下的低品位铁矿，国内尚存大量未被开发利用的难选铁矿。

另外，铁矿石资源开发利用自进入21世纪以来，呈逐渐上升态势，2006年世界铁矿石价格比上一年上涨19%，使我国钢铁行业面临着巨大的压力[1]。

总结国内难选铁矿选矿技术进展、推进选矿技术进步，更好地利用这部分资源，对支持我国钢铁行业的发展，具有一定的现实意义。

1复杂难选铁矿石研发利用现状我国探明的铁矿资源量380～410亿t，主要特点是贫、细、杂，平均铁品位32%，比世界平均品位低11个百分点。

其中97％的铁矿石需要选矿处理，并且复杂难的红铁矿占的比例大(约占铁矿石储量的20.8％)[2]。

铁矿床成因类型多样，矿石类型复杂。

表1.1 我国铁矿石主要分布特点[2]Table 1.1 The main distribution characteristics of iron ore in our country进展，即先通过强磁一反浮选获得低杂质含量的铁精矿，然后通过普通焙烧或者与磁铁精矿混合生产球团矿可大幅度提高产品的铁品位，仍不失为优质炼铁原料。

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doi：10.3969/j.issn.1007-7545.2017.09.013直接还原处理低品位钒钛磁铁精矿白云1,2,3，陈德胜2,3，马文会1，王丽娜2,3，赵宏欣2,3，甄玉兰2,3，于宏东2,3，齐涛1,2,3（1.昆明理工大学冶金与能源工程学院，昆明650000；2.中国科学院过程工程研究所绿色过程与工程重点实验室，北京100190；3.中国科学院过程工程研究所湿法冶金与清洁生产国家工程实验室，北京100190）摘要：在1 000~1 300 ℃添加少量Na2CO3+NaCl复配添加剂，以无烟煤做还原剂等温还原低品位钒钛磁铁精矿，再通过磁选分离获得铁精粉和钒钛渣。

考察了C/Fe摩尔比、还原温度和还原时间对铁的还原、钒钛迁移富集行为以及物相转化规律的影响。

结果表明，C/Fe摩尔比和反应温度对直接还原过程中有价组分迁移富集的影响很大，当C/Fe摩尔比为1.2时，在1 200 ℃还原2 h，钒钛磁铁矿精矿的金属化率可达到92.8%，还原后钒主要富集在钛渣相中，有效实现了铁与钒/钛的分离。

关键词：低品位钒钛磁铁精矿；直接还原；金属化率；分离中图分类号：TL212.1+2 文献标志码：A 文章编号：1007-7545（2017）09-0000-00 Treatment of Low Grade Vanadium-Bearing Titanomagnetite Concentrates byDirect ReductionBAI Yun1,2,3, CHEN De-sheng2,3, MA Wen-hui1, WANG Li-na2,3, ZHAO Hong-xin2,3,ZHEN Yu-lan2,3, YU Hong-dong2,3, QI Tao1,2,3（1. Kunming University of Science and Technology, Kunming 650000, China;2. Key Laboratory of Green Process and Engineering, Institute of Process Engineering, CAS, Beijing 100190, China;3. National Engineering Laboratory for Hydrometallurgical Cleaner Production Technology, Institute of ProcessEngineering, CAS, Beijing 100190, China)Abstract：Low grade vanadium-bearing titanomagnetite concentrates were reduced isothermally with addition of a small amount of Na2CO3+NaCl at 1 000~1 300 ℃and anthracite as reductant. Iron concentrates and vanadium-bearing titanium slag were obtained by magnetic separation. The effects of C/Fe molar ratio, reduction temperature, and reduction time on metallization degree of iron, content of V/Ti in samples, and phase transformation were investigated. The results show that C/Fe molar ratio and reduction temperature have great impacts on direct reduction process. Metallization degree is 92.8% under the conditions including C/Fe molar ratio of 1.2, reduction temperature of 1 200 ℃, and reduction time of 2 h. Vanadium is enriched in titanium slag after reduction. Efficient separation between Fe and V/Ti is achieved. Key words：low grade vanadium-bearing titanomagnetite concentrates; direct reduction; metallization ratio; separation钒钛磁铁矿是钒、钛的重要来源。

除攀西以外，在我国河北、辽西、新疆等地还蕴藏有丰富的低品位钒钛磁铁矿[1-2]。

通常，总铁低于20%的铁矿被归为低品位矿。

虽然低品位矿中铁含量较低，但其中伴生的钒、钛资源量并不少。

因此，低品位钒钛磁铁矿中钒、钛资源丰富，具有很大的开发应用潜力。

目前针对低品位钒钛磁铁矿的研究基本集中在地质勘探、矿床成矿特征、地质特征、采矿方法、工艺矿物学研究等方面[3-5]，选矿方面有少量针对钒钛磁铁精矿的选别[6]、以及个别含磷低品位矿中磷的选别[7]，而对如何利用其中的钒和钛资源未见报道。

随着我国优质钒钛资源的逐年减少，以低品位钒钛磁铁矿资源为研究对象开展前瞻性基础研究，对提高钒钛资源保障量和今后此类资源的高效综合利用具有重要意义。

钒钛磁铁矿经选矿分离后得到钒钛磁铁精矿和钛精矿。

工业上采用高炉—转炉流程处理钒钛磁铁精矿回收铁和钒，仅适用于处理总铁大于55%的钒钛磁铁精矿，高炉冶炼后钛进入高炉渣（TiO2 20%~25%）不能经济利用[8]，导致资源浪费和环境污染。

近年来，非高炉路线的直接还原技术备受关注，被认为是综合利用铁、钒、钛的很有潜力的方法之一，具有工艺流程短、设备简单、能有效回收钒钛磁铁精矿中的钛资源等优点[9-10]。

但是这些研究大部分是针对攀西地区的钒钛磁铁精矿，针对低品位钒钛磁铁矿分选出的低品位钒钛磁铁精矿的直接还原工艺报道较少。

本文以辽西地区低品位钒钛磁铁矿经分选后得到的低品位钒钛磁铁精矿（TFe<50%）为原料，采用较低的还原温度（1 300 ℃以下）并添加复配添加剂进行直接还原，探明直接还原过程铁还原、钒钛迁移行为和物相转变规律，并确定直接还原工艺。

收稿日期：2017-04-05基金项目：国家自然科学基金资助项目(51374191，21506233)，中国科学院科技服务网络计划（STS计划）项目（KFJ-SW-STS-148）作者简介：白云（1989-），男，山西忻州人，硕士研究生.1 试验部分1.1 试验原料试验中使用的低品位钒钛磁铁精矿的化学组成（%）：TFe 43.81、TiO 2 22.74、V 2O 5 1.26、SiO 2 7.28、Al 2O 31.75、MgO 0.62、CaO 3.69、MnO 0.44。

粒度组成：+0.074 mm 38.02%、-0.074~+0.045 mm 17.65%、-0.045 mm 44.33%。

可以看出，该精矿总铁品位仅43.81％，不适合作为高炉炼铁原料，而钒、钛品位分别高达1.26％和22.74％。

主要由磁铁矿（Fe 3O 4）、钛磁铁矿（Fe 2TiO 4）、钛铁矿（FeTiO 3）、少量的尖晶石橄榄石固溶体和其它硅酸盐类矿物组成。

还原剂是来自内蒙古太西煤矿的无烟煤（水分1.2%、灰分8.2%、挥发分7.5%、固定碳83.1%、硫0.2%）。

1.2 试验方法按照一定的碳铁摩尔比（以下以C/Fe 表示）称取低品位钒钛磁铁精矿、还原剂和添加剂（由3%的Na 2CO 3和2%的NaCl 复配而成），混匀后装入Φ60 mm ×90 mm 的碳化硅坩埚中，加盖置于设定好温度的高温节能电炉中（发热单元为硅碳棒）进行还原。

还原试验完成后，将样品立即用水淬火以避免再氧化，用酒精冲洗后烘干，然后将样品逐渐粉碎成粉末，最后在不锈钢棒磨机中室温研磨30 min ，随后使用DTCXG-ZN50低强度磁选机在100 mT 的磁场强度下进行磁选分离。

将得到的铁精粉和钒钛渣用乙醇脱水，在氮气气氛下干燥。

1.3样品表征使用ICP-OES （Optima 5300DV ）测定溶液和固体样品的组成。

通过重铬酸钾体积法测定样品中金属铁的含量，然后计算铁的金属化率（金属铁含量与还原样品中总铁含量的比率）。

固体样品的相组成用X 射线衍射仪（PANalytical Netherlands ）进行分析。

使用MLA250矿物离解分析仪分析样品的形貌和元素分布。

2 试验结果和讨论BRATBERG 等[11]提出温度和C/Fe 摩尔比对Fe 和V 的还原行为有较大的影响。

为了避免后续高温转炉提钒等高能耗过程，本研究采用较低的温度还原铁，使大部分钒进入渣相，然后在室温下通过磁选把铁与钒、钛分离[12-13]。

因此本文重点探究了C/Fe 摩尔比、还原温度、还原时间对铁的金属化率、钒和钛的迁移行为以及还原过程中的物相转变规律的影响。

2.1 C/Fe 摩尔比的影响以无烟煤为还原剂，在还原温度1 200 ℃、还原时间2 h 的条件下研究C/Fe 摩尔比对钒钛磁铁精矿直接还原过程金属化率的影响，结果如图1所示。

金属化率/%C/Fe摩尔比图1 C/Fe 摩尔比对金属化率的影响Fig.1 Effect of C/Fe molar ratio on metallization degree由图1可以看出，在1 200 ℃温度下还原，随着C/Fe 摩尔比从0.4增加到1.4，铁的金属化率从55.1%增加到92.8%。

当还原温度和时间相同时，随着C/Fe 摩尔比的提高，配碳量高的样品中的铁能被更多地还原，但C/Fe 摩尔比增加到1.2后，金属化率基本不再继续增加。

原因是，残留的灰分和过量的煤粉熔融后堵塞了样品孔隙，阻碍了铁氧化物的还原，其次，有些煤粉不参与还原而直接燃烧，导致表面积增大，引起样品在还原结束后会略微氧化。

为了研究C/Fe 摩尔比对铁、钒、钛还原、迁移行为的影响，取不同C/Fe 摩尔比下的还原样品，用MLA 观察样品形貌，用EDS 分析元素分布。

图2是C/Fe 摩尔比0.8时样品的扫描电镜形貌和元素面分布图。

表1是不同C/Fe 摩尔比条件下1 200 ℃还原2 h 还原产物各相的化学组成。

每相分析至少5个区域，取平均值。

图2 C/Fe 摩尔比0.8时还原产物的元素面分布图Fig.2 SEM images and element distribution of reduced samples with C/Fe molar ratio of 0.8表1 不同C/Fe 摩尔比1 200 ℃还原2 h 还原产物各相的化学组成Table 1 Composition of samples reduced at 1 200 ℃ for 2 h with different C/Fe molar ratios /%C/Fe 摩尔比相区 Fe V Ti 0.8 金属铁相(M) 99.22 0.22 0.57 富钛相(A)23.63 1.22 17.26 硅酸盐相(S)7.32 0.21 6.78 1.0 金属铁相(M)98.59 0.47 0.94 富钛相(A)3.65 1.17 49.62 硅酸盐相(S)9.16 0.22 5.12 1.2 金属铁相(M)98.30 0.57 1.13 富钛相(A)1.48 1.20 51.21 硅酸盐相(S) 6.37 0.21 4.13图2a 中，亮白相（M ）主要由金属铁组成，另外含有少量的钒和钛，而钒和钛主要分布在灰色的富钛相（A ）中，（S ）相主要是硅酸盐相。