武漢科思瑞迪科技有限公司

釩鈦磁鐵礦是一種鐵、釩、鈦等多種有價元素共生的復(fù)合礦。我國釩鈦磁鐵礦資源主要分布在四川的攀枝花—西昌地區(qū)和河北的承德地區(qū)。圍繞釩鈦磁鐵礦資源的綜合利用，我國的冶金工作者開展了諸多的研究和實踐工作。針對釩鈦磁鐵礦的處理工藝，按照冶煉方式的不同，可分為兩類：高爐冶煉工藝和非高爐冶煉工藝。

1 高爐冶煉工藝

目前，采用高爐冶煉工藝處理釩鈦磁鐵礦的主要有中國的攀鋼和承鋼、俄羅斯的丘索夫鋼鐵公司和下塔吉爾鋼鐵公司，基本工藝流程如圖1所示。

高爐冶煉工藝具有技術(shù)成熟可靠、生產(chǎn)效率高、且能夠?qū)崿F(xiàn)釩鈦磁鐵礦的規(guī)模化利用等諸多優(yōu)點。由于高爐冶煉工藝需要合適的爐渣粘度以確保爐內(nèi)透氣性和爐渣流動性，入爐原料中通常要配入30%左右的普通鐵礦，所形成的高爐渣中TiO2的含量通常不超過20~25%，這種高鈦型高爐渣的提鈦工藝技術(shù)難度較大，目前尚無有效的利用技術(shù)；因此，高爐冶煉工藝只利用了釩鈦磁鐵礦中的鐵和釩資源，而高爐冶煉工藝，釩鈦磁鐵礦中的釩被還原進入鐵水，然后在提釩轉(zhuǎn)爐中進行吹氧提釩獲得釩渣，最終獲得的釩渣中釩的綜合收得率通常不高于60%，亦有相當(dāng)數(shù)量的釩未被有效回收。

此外，高爐冶煉工藝的系統(tǒng)及裝備配置復(fù)雜、工序能耗高、污染物排放量大，在踐行綠色發(fā)展、推進生態(tài)文明建設(shè)的時代背景下，高爐冶煉工藝面臨較大的環(huán)保和資源壓力

        2 非高爐冶煉工藝

目前，采用非高爐冶煉工藝處理釩鈦磁鐵礦的成熟技術(shù)，主要是回轉(zhuǎn)窯直接還原-電爐熔分工藝。我國在非高爐冶煉工藝處理釩鈦磁鐵礦方面，進行了大量的研究和實踐工作，并取得了一定的進展和突破。

2.1 回轉(zhuǎn)窯直接還原-電爐熔分工藝

目前，采用回轉(zhuǎn)窯直接還原-電爐熔分工藝處理釩鈦磁鐵礦的主要有新西蘭鋼鐵公司和南非海威爾德鋼釩公司，基本工藝流程如圖2所示。

回轉(zhuǎn)窯直接還原-電爐熔分工藝具有技術(shù)成熟、污染物排放量少、系統(tǒng)及裝備配置簡單、可實現(xiàn)100%釩鈦磁鐵礦入爐等優(yōu)點；此外，回轉(zhuǎn)窯預(yù)熱預(yù)還原工藝可直接采用粉礦入爐，回轉(zhuǎn)窯處理后的物料可直接熱裝進入電爐，從而實現(xiàn)物料高溫物理顯熱的有效回收利用。通過回轉(zhuǎn)窯直接還原后得到的直接還原鐵，在電爐中進行深度還原和熔分，獲得含釩鐵水和熔分鈦渣；含釩鐵水在鐵水包中進行吹氧提釩，從而獲得釩渣，最終獲得的釩渣中釩的綜合收得率通常為70~80%。由于經(jīng)回轉(zhuǎn)窯處理后的物料既含有直接還原鐵，也含有過剩的還原劑，在電爐熔分過程中，還原劑中的灰分進入渣相，從而稀釋了熔分鈦渣中TiO2的含量，因此，本工藝的熔分鈦渣中TiO2含量在30~35%，目前亦未得到有效利用。

此外，采用回轉(zhuǎn)窯作為直接還原設(shè)備，回轉(zhuǎn)窯爐內(nèi)物料通過高溫火焰和煙氣進行加熱，爐內(nèi)氧化性氣氛和還原性氣氛無法有效隔離，爐內(nèi)物料依靠窯體的轉(zhuǎn)動而實現(xiàn)遷移；由于該工藝的先天不足，導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定、能源消耗過高；另外，由于窯體內(nèi)部易于發(fā)生結(jié)圈故障，設(shè)備作業(yè)率通常偏低。

采用回轉(zhuǎn)窯作為直接還原設(shè)備，單臺套設(shè)備的最大產(chǎn)能規(guī)模一般不超過20萬噸/年，因此，當(dāng)物料處理量較大時，需要配備多條回轉(zhuǎn)窯生產(chǎn)線；此外，由于回轉(zhuǎn)窯排出物料中鐵的金屬化率通常不超過80%，導(dǎo)致電爐冶煉工序承擔(dān)熔分功能的同時還承擔(dān)較重的還原任務(wù)，因此電爐冶煉的電能消耗較高。

2.2 轉(zhuǎn)底爐直接還原-電爐熔分工藝

我國的龍蟒集團和攀鋼進行了轉(zhuǎn)底爐直接還原-電爐熔分工藝處理釩鈦磁鐵礦的工業(yè)試驗研究工作，積累了一定的實踐經(jīng)驗?；竟に嚵鞒倘鐖D3所示。

轉(zhuǎn)底爐直接還原工藝可以100%采用釩鈦磁鐵礦，具有系統(tǒng)及裝備配置簡單、污染物排放量較少等優(yōu)點；轉(zhuǎn)底爐排出的物料通過熱裝進入電爐，可以有效回收高溫物料的物理顯熱。在電爐熔分工序，通過深度還原和熔分，分別得到含釩鐵水和熔分鈦渣，含釩鐵水進一步吹氧提釩，從而獲得釩渣，最終獲得的釩渣中釩的綜合收得率通常為不低于75%。由于轉(zhuǎn)底爐采用內(nèi)配碳球團作為入爐原料，還原劑中的灰分殘留在直接還原鐵內(nèi)，經(jīng)電爐熔分后進入渣相，對熔分鈦渣中TiO2的含量具有一定的稀釋效應(yīng)。

轉(zhuǎn)底爐內(nèi)物料通過高溫火焰輻射和對流的方式對物料進行加熱，由于轉(zhuǎn)底爐旋轉(zhuǎn)一周的時間通常為20~30min，為了確保鐵氧化物的還原率，爐膛溫度通常高達1300~1350℃，導(dǎo)致爐底易于發(fā)生板結(jié)，影響設(shè)備作業(yè)率；而直接還原鐵的金屬化率較低，通常不超過75%，這也使得電爐冶煉工序承擔(dān)熔分功能的同時還承擔(dān)較重的還原任務(wù)，因此電爐冶煉的電能消耗較高。

另外，由于轉(zhuǎn)底爐的運轉(zhuǎn)需要龐大的驅(qū)動機構(gòu)，單臺套設(shè)備的最大產(chǎn)能規(guī)模一般不超過30萬噸/年，因此，采用轉(zhuǎn)底爐作為直接還原設(shè)備時，規(guī)?；a(chǎn)能力的提升將會受到制約。

2.3 COSRED直接還原-電爐熔分工藝

武漢科思瑞迪科技有限公司的發(fā)明專利（2016年獲國家授權(quán)）：COSRED直接還原-電爐熔分工藝，基本工藝流程如圖4所示。

COSRED直接還原-電爐熔分工藝與前述工藝最大的不同在于：前述工藝均需將釩鈦磁鐵礦中的釩還原進入鐵水，然后通過吹氧提釩獲得釩渣；而COSRED直接還原-電爐熔分工藝，則是在電爐熔分后直接獲得釩渣，省去了釩氧化物的還原和再氧化環(huán)節(jié)。

COSRED直接還原工藝可以采用100%的釩鈦磁鐵礦作為入爐原料，由于還原爐內(nèi)的還原氣氛和氧化氣氛完全隔離，因此，直接還原鐵的金屬化率能夠穩(wěn)定的達到90%以上，電爐的功能主要是對入爐的直接還原鐵進行熔分，無需承擔(dān)額外的還原任務(wù)，電爐的熔煉電耗較低；當(dāng)采用直接還原鐵熱裝進入電爐時，可進一步降低電耗；電爐熔分后直接獲得高純鐵水和釩鈦熔分渣，釩鈦渣進一步用于提釩和提鈦操作，從而實現(xiàn)釩鈦磁鐵礦中鐵、釩、鈦綜合回收利用的效果。由于本工藝直接還原工序采用外配還原劑，直接還原鐵的成分不受還原劑中的灰分的影響，因此，電爐熔分鈦渣中TiO2的品位也不會受此干擾。不同的釩鈦磁鐵礦進行COSRED直接還原-電爐熔分的工業(yè)試驗的生產(chǎn)實踐表明，本工藝的鐵、釩、鈦的綜合收得率均能達到95%以上。

此外，COSRED直接還原工藝可實現(xiàn)100萬噸及以上的規(guī)模化生產(chǎn)能力，從而為采用非高爐冶煉工藝進行規(guī)?；幚礅C鈦磁鐵礦提供了一種可行的解決方案。

3 工藝比較
 

對上述幾種處理釩鈦磁鐵礦的工藝方法進行歸納比較，見表1。

4 結(jié)語

采用非高爐冶煉工藝處理釩鈦磁鐵礦，具有工藝流程短、冶煉操作簡單、能源消耗和環(huán)境污染少等技術(shù)優(yōu)勢，是處理釩鈦磁鐵礦的理想工藝路線。COSRED直接還原工藝通過模塊化組合可以實現(xiàn)100萬噸及以上的規(guī)?；a(chǎn)能力，為采用非高爐冶煉工藝進行規(guī)?；幚礅C鈦磁鐵礦提供了一種解決方案。實踐證明， COSRED直接還原-電爐熔分工藝處理釩鈦磁鐵礦的技術(shù)可行、運行可靠、優(yōu)勢突出，并且能夠?qū)崿F(xiàn)極高的鐵、釩和鈦的綜合回收率，是釩鈦磁鐵礦綜合利用的最佳工藝技術(shù)，具有巨大的推廣價值和市場前景。

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