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钛铁矿转底炉固相直接还原工艺制备高钛
渣
作者:刘开琪王寿增顾静
来源:《新材料产业》2012年第5期
文/刘开琪王寿增顾静
中国钢研科技集团有限公司
作为生产钛白粉和海绵钛的优质原料,高钛渣﹝二氧化钛(TiO2)>74%﹞生产技术的发展
对我国钛白粉和海绵钛制造业持续健康发展、国际市场竞争力提升起到了关键作用。由于国内
供应紧张,且从2007年起,中国海关对高钛渣的矿产资源实行了零关税,因此国内自主研究高
钛渣工艺及制备具有十分重要的意义。
一、钛铁矿资源的利用现状
我国钛铁矿资源分布广泛,遍布国内29个省市,但主要集中在四川攀枝花、西昌,河北承
德,云南,陕西汉中等地。目前,由于国内铁矿石严重短缺,很多钛铁矿仅用作炼铁的原料,
这样做最大的弊端是导致钛铁矿中的含钛资源不能有效地加以回收利用。为此,国家曾多次组
织过钛铁矿直接还原的相关科技攻关,以期实现铁、钛甚至一些含钒矿中钒资源的综合回收。
多年的研究证明,铁、钛有效分离是钛铁矿综合利用中的瓶颈技术。
钛铁矿资源的利用,目前主要有3个工艺路线,一是高炉流程,二是矿热炉流程,三是直
接还原流程。高炉流程以攀枝花钢铁(集团)公司(简称“攀钢”)为例,攀钢的“高炉-转炉”
流程,能够回收铁90%、钒80%、钛0。如果回收1t铁,高炉渣中TiO2(占钒钛磁铁矿原矿中
56%的钛)没有利用,会造成原矿中一半多的钛资源流失。如果用选铁后的钛铁矿尾矿生产钛白
粉,每生产1t钛白粉,钛精矿中就有70%的铁流失,又造成了铁资源的大量浪费。矿热炉流程
则采用钛矿配煤(焦)直接冶炼的工艺,用于冶炼TiO2含量大于85%的氯化法高钛渣,但是
该工艺冶炼时间长,产能相对较低,单位产品的能耗大、成本偏高。直接还原流程中,取得突
破性进展并已打通回收钛铁矿全流程的工艺为转底炉固相直接还原技术,该工艺是目前最为先
进的高钛渣生产工艺,优势在于占地小、自动化程度高、产能大、能耗较低。
钛铁矿主要分为2类:一是岩矿,如南非矿和攀枝花矿;另一种是海砂矿,如新西兰矿、
菲律宾矿、印尼矿。由于不少钛铁矿中均含有钒,工业化生产高钛渣时,通常采用以2种工
艺。一是先提钒,采用钠化焙烧、水浸生产流程。如芬兰采用细精矿造球-竖炉钠化焙烧工艺;
南非主要是岩石型矿,他们采用多膛炉和回转炉钠化焙烧-水浸提钒。先提钒工艺的钒回收率高,
但钛没有得到回收;另外,处理后的矿石由于含钠量高,经焙烧和水浸后难以再处理,因此很
难用于钢铁冶炼,只能暂时废弃堆存。二是后提钒,火法冶炼熔分流程,这一流程是铁矿石被
直接还原、熔分,或采用高炉冶炼。这2种方法都能获得含钒的铁液,然后再吹氧得到高品位
的钒渣,但在冶炼过程中形成的含钛炉渣,由于TiO2的含量太低,不具备商业价值只能暂时
废弃。如攀钢采用高炉-转炉流程,就是典型的火法冶炼工艺,矿物中的铁得到了充分的利用,
在炼钢前进行吹氧得到钒渣,使钒也得到较好的回收和利用,但在高炉冶炼中产生的含钛炉渣
含有20%~30%的TiO2,目前尚无经济的工艺加以利用。
为了回收钛铁矿中的钛,国内外做过大量的试验研究工作。以我国为例,20世纪60-80年
代,我国曾组织全国的科技力量进行攻关,先后采用了“造球→回转窑预还原→电炉深还原”、
“造球→回转窑预还原→电炉熔化”、“造球→竖炉气体还原→电炉熔分”、“精矿+钠盐造球
→竖炉气体还原→选矿分离”等工艺,另外,还尝试了流化床、隧道窑、焦炉、斜坡炉等各种
还原装置进行生产。但上述工艺流程经过了不同程度、不同规模的试验后,至今仍没有产业化,
主要原因是得到的高钛渣技术经济指标不如高炉工艺的,因此都被迫放弃了。
目前,国内的高钛渣主要采用矿热炉工艺进行冶炼,该工艺能耗高,污染比较严重。如在
云南一些地市,很多6300kVA以下的小型矿热炉用于冶炼高钛渣,对环境的破坏很大。攀钢
引进乌克兰技术,建造了12500kVA的大型冶炼炉,环境得到了较大改善,但是该工艺也还
是存在着能耗高、产能较低的问题。
钛铁矿可以通过转底炉(又称“环形炉”)固相直接还原工艺生产高钛渣,但由于装备技
术滞后,该工艺近些年才成功用于规模化生产。转底炉固相直接还原工艺最初设计的目的是用
于处理钢铁厂生产过程中产生的各种含铁尘泥。实践证明,转底炉固相直接还原工艺的环保功
能和价值甚至超过了金属回收本身,与高钛渣的其他生产工艺相比,
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