肖波

摘 要：现今，钒钛磁铁矿所产生的经济效益显著，因而，合理高效地对我国钒钛磁铁矿资源予以开发是推动当前经济发展的关键一环。近年来，随着我国多种冶炼工艺技术的发展进步，冶炼钒钛磁铁矿的电炉法受到越来越多研究者的关注和重视，对此，本文详细阐述电炉冶炼钛精矿的工艺，希望能给同行提供一定的参考。

关键词：高炉法;非高炉法;钒钛磁铁矿

中图分类号：TF741文献标识码：A文章编号：1003-5168（2020）16-0083-02

Abstract： At present， the economic benefits of vanadium titanium magnetit are significant. Therefore， the key to promote the current economic development is to develop the vanadium titanium magnetit resources reasonably and efficiently in China. In recent years， with the development and progress of various smelting technologies in China， more and more researchers pay attention to the electric furnace method for smelting vanadium titanium magnetit. In this regard， this paper describes the process of smelting titanium concentrate in electric furnace in detail， hoping to provide some reference for peers.

Keywords： blast furnace process;non blast furnace process;vanadium titanium magnetite

根据有关资料可知，钒钛磁铁矿资源的储蓄量位居我国铁矿资源储蓄量第三，以铁元素、钒元素、钛元素作为主要构成部分，同时也包含部分钴、铬、钪等元素，因而具备较高的应用价值。钒元素被称为“现代工业的味精”，具备许多优异的物理及化学性能，其能有效地抵抗高温和低温，也能防强酸和强碱腐蚀，再加上具有极低的密度，所以也常常被冠以“太空金属”的称号，被普遍地应用于我国航空、医疗、交通运输等多个产业。自21世纪以来，随着我国经济发展速度不断加快，人们使用铁矿资源的规模与日俱增。虽然我国铁矿资源的储蓄量居世界首位，但一些高品质的铁矿仍较为缺乏，且铁矿石的利用效率不高，导致对进口铁矿石资源的依赖程度逐年提升，从而在极大程度上威胁了我国钢铁产业的平稳可持续发展，因此，精准开发铁矿品类，缓解我国对进口铁矿的依赖已经迫在眉睫。但目前，我国钒钛磁铁矿资源的开发水平较低，且常常伴随着无序开发的问题。

针对我国当前钒钛磁铁矿资源的开发状况，合理应用开发钒钛磁铁矿资源的新技术，对实现资源的可持续开发及应用目标具有重要意义。与当前普遍应用的高炉工艺相比，电炉以其炉温高、炉中气氛易于掌控等特性，受到了越来越多人的关注。基于此，本文详细阐述电炉冶炼钛精矿的工艺。

1 预还原-电炉法

该工艺是指先人为地把钒钛磁铁矿资源与煤粉根据一定比例拌和在一起，然后造球，接着再把包含碳的球团通过回转窑、隧道窑、转底炉等进行预还原，从而获取一定数量的金属化球团;然后，使用电炉将这些金属化球团持续性地熔炼，利用渣铁分离的方法再次获取含有钒铁水及富钛的过程。与高炉法的冶炼过程相比，在电炉冶炼过程中，创造性地将还原环节与加热环节予以分离，如此一来，就能大幅度降低冶炼过程的難度系数。此外，预还原-电炉法还具备流程简单、绿色环保、生产效率水平高等优势，所以，全世界许多国家已经有诸多研究人员对该方法进行了探究[1]。需要注意的是，采取该电炉法进行生产时，如果炉渣内的二氧化钛数量超过30%，那么依然会存在执行难度较高的问题。目前，将该项工艺运用于工业生产的地区也只有南非及新西兰，但其采用该项技术的目的主要在于循环利用铁元素以及钒元素，所获取的钛渣（二氧化钛含量大约为30%）仍未得到高效利用。

2 钠化提钒-预还原-电炉法

该工艺的基本流程为：操作人员把部分钠盐和钒钛磁铁精矿予以混合造球，然后在800 ℃的条件下进行氧化、钠化焙烧，从而让钒和钠盐一同溶于水中的钒酸钠，通过水浸使钒元素和铁、钛元素分离，残球经回转窑还原、电炉熔分后得到铁水及钛渣，从而使铁、钒、钛得到回收利用。

根据有关资料可知，我国科研人员对攀西区域内的钒钛磁铁精矿钠化提钒工艺进行了相关测验，结果表明：采用该项技术工艺可以将钒元素的回收率提升至80%[2]。也有部分学者以朝阳地区某钒钛磁铁矿为原料进行钠化提钒-预还原-电炉法试验，探讨了钠盐用量、焙烧时间、焙烧温度对钒浸出率的影响。结果表明，在NaCO3用量为4%～10%、焙烧时间为0.5～2 h、焙烧温度为700～850 ℃的条件下，焙烧时间对钒元素浸出率的影响最为显著，焙烧温度次之，而钠盐的使用量对钒元素浸出率的影响最小，而且在一定条件下，增加焙烧时长和提高焙烧温度有助于提升钒元素的浸出率。

综上所述，钠化提钒—预还原—电炉法的优势为，钒回收率较高，通常在90%以上，电炉熔分期间获取的高钛炉渣二氧化钛含量远高于高炉渣中二氧化钛的含量，如此一来，就能利用氯化法制作合格的钛白粉产品，同时还能避免高炉流程中出现铁水“粘罐”的问题。但是，该工艺需要用到大量的钠化剂，残留的钠盐还会导致在还原过程中出现球团膨胀、粉化的问题，而且钠化焙烧之后，球团浸出提钒浸出时间长、能量耗损大，浸出液钒浓度较低，直接用于沉钒会生成很多沉钒废水，污染生态环境。

3 转底炉-电炉熔分工艺

该工艺是指操作人员把炉料安置于环形转底炉炉底上，保证炉料均匀分布，然后在炉内将炉料加热，直接还原的炉温可达1 300 ℃，通过旋转一圈的炉料会经过专门的螺旋排料装置排至炉外，出料温度通常可达1 000 ℃。炉料在炉内停留的时间可以按照实际条件予以调整，通常直接还原时间为15～25 min。所以还原温度较高、时间短、炉料不动炉盘动是其主要特点。同时，对钒钛磁铁矿而言，转底炉直接还原能够有效解决其难还原、低温还原膨胀的难题。转底炉-电炉钒钛磁铁矿的冶炼工艺流程为：第一，混合造球，即将钒钛磁铁精矿粉与煤粉混合后，利用粘结剂制作球团，球团的质量要求是入炉压块含粉率低于3%，生球300 mm落下频次要超过25次;第二，在转底炉中进行直接还原，利用布料系统将成品球团均匀地布置在转底炉炉底，然后在1 300～1400 ℃的温度条件下进行15～25 min的还原反应，从而得到金属化率为70%～85%的直接还原铁，最后通过排料设备排至电炉外;第三，热直接还原铁输送，从转底炉出来的热直接还原铁通过封闭的或用惰性气体保温的容器传输，或者直接进入电炉内进行熔炼;第四，开展电炉熔分工作，对热直接还原铁进行电炉熔分后可得到含钒铁水以及钛渣[3]。

4 回转窑-电炉熔分工艺

回转窑-电炉熔分工艺已经在南非及新西兰等地获得了较长时间的应用，所以该工艺技术较为成熟，是当前钒钛磁铁矿冶炼的典型工艺。在采用回转窑炼铁技术的过程中，可以选用海砂铁矿作为主要原材料，以次烟煤为燃料和还原剂，原燃料按既定比重混合，通过层层炉预热焙烧之后，再逐步转入回转窑，在回转窑内还原成海绵铁，再通过电炉将铁水及炉渣熔分后，把铁水送至炼钢工厂提钒炼钢。该工艺采取采用原矿直接预还原、电炉熔分工艺生产含钒铁水和钛渣，所以其产生的含钒铁水与含钛炉渣成分的不同是由于使用原料品位的不同导致的，与冶炼工艺无关。依照有关资料可知，某新西兰企业所生产出的铁水含钒0.42%，含钛炉渣内二氧化钛含量为33%;某南非企业所产出的铁水含钒1.22%，含钛炉渣内二氧化钛的含量是32%。在研究中，某新西蘭公司产出含钒铁水时是采用铁水包吹氧冶炼方法产出钒渣，而某南非公司则采取震动罐冶炼的方式产出钒渣，这些生成的钒渣被当作提取V2O5的主要原料。但是，这两个公司所产出的含钛炉渣都被简单地丢弃或者作为铺路材料，并未得到合理利用。

5 结语

钒钛磁铁矿作为一种比较有代表性的多金属共伴生矿产资源，能产生巨大的经济效益。一直以来，我国都拥有含量较为丰富的钒钛磁铁矿资源。为了科学高效地达成钒钛磁铁矿资源合理应用的目标，依据实际选取合理、适宜的工艺路线极为重要。

参考文献：

[1]张向国，贾利军，王冰.钒钛磁铁矿冶炼工艺比较分析[J].山东冶金，2019（1）：45-48.

[2]薛逊，邓君，汤天宇.基于转底炉直接还原的钒钛磁铁矿综合利用技术研究[J].中国钢铁，2014（2）：32-34.

[3]刘功国.基于转底炉直接还原工艺的钒钛磁铁矿综合利用试验研究[J].钢铁研究，2012（2）：4-7.