3.1 钒钛磁铁矿矿物特征及其还原特点
3.1.1 钒钛磁铁矿的矿物特征
钒钛磁铁矿还原过程表现的种种特点都是由它的矿物组成及结构特征和精矿处理过程（如钠化-氧化）所导致的变化而引起的。
钒钛磁铁矿的主要金属矿物为钛磁铁矿和钛铁矿，其次为磁铁矿、褐铁矿、针铁矿、次生黄铁矿；硫化物以磁黄铁矿为主，另有钴镍黄铁矿、硫钴矿、硫镍钻矿、紫硫铁镍矿、黄铜矿、黄铁矿和墨铜矿等。脉石矿物以钛普通辉石和斜长石为主，另有钛闪石、橄榄石、绿泥石、蛇纹石、伊丁石、透闪石、榍石、绢云母、绿帘石、葡萄石、黑云母、拓榴子石、方解石和磷灰石等。某单位对太和铁精矿的矿相组成鉴定结果为：钛磁铁矿占92%，钛铁矿占3%，硫化物占1.5%，脉石占3.5%。
化学光谱分析表明，攀西地区钒钛磁铁矿中含有各类化学元素30多种，有益元素10多种，若按矿物含量进行排序，依次为Fe、Ti、S、V、Mn、Cu、Co、Ni、Cr、Sc、Ga、Nb、Ta、Pt；若以矿物经济价值排列，则排序为Ti、Sc、Fe、V、Co、Ni。
钛磁铁矿是由磁铁矿（Fe3O4）、钛铁晶石（2FeO·TiO2）、铝镁尖晶石（MgO·Al2O3）、钛铁矿（FeO·TiO2）所组成的复合体。钛铁晶石是磁铁矿固溶体分解的连晶，交织成网格状，片宽仅0.0002～0.0006毫米。镁铝尖晶石呈粒状及片晶状与磁铁矿晶体密切共生，其粒度一般为0.002～0.030毫米，片晶宽度一般为0.002～0.008毫米。钛铁矿多为片状、板格状，粒晶多为0.01毫米，片晶一般宽0.030～0.0015毫米。
由于精矿磨矿粒度要求-200目（相当于0.074毫米）占80%，故上述与磁铁矿共生的各种矿物无法机械分离，在铁富集时，钛也富集了，这就是钒钛磁铁矿不能通过选矿将铁与钛分离的根本原因。
3.1.2 钒钛磁铁矿的还原特点
（1）含Ti的铁氧化较难还原
钛磁铁矿矿物中的铁处于还原难易程度不同的状态中，与磁铁矿相比，钛铁晶石、钛铁矿等含Ti的铁氧化物较难还原的。根据Ti与Fe的结合的形式不同，含Ti的铁氧化物还原的难易程度又有很大差异，这部分铁占全铁的比率对球团还原的金属化率影响较大。
攀枝花红格矿区钒钛铁精矿的化学成分组成如表3-1所示。
表3-1钒钛铁精矿化学分析结果（%）
Fe
下：
TiO 2占的比例为：2TiO n =10.98÷79.87= 0.137mol （TiO 2的分子量为79.87）。根据峨眉综合所对红格矿的物相鉴定，红格矿中钛主要以钛铁矿（FeO·TiO 2）为主，则FeO 中的铁量为0.137 mol ，与钛结合的铁量占总铁量比率为0.137÷1.06=12.92%；如果钛主要以钛铁晶石（2FeO·TiO 2）为主，则FeO 中的铁量为2×0.137=0.274 mol ，与钛结合的铁量占总铁量比率为2×12.92%=25.84%，是难还原的，而有74%左右的铁是容易还原的。
根据某研究所的研究数据，攀枝花矿区和太和矿区铁精矿中钛磁铁矿矿物组成为：全铁n Fe =1.0199mol ，钛铁晶石（2FeO·TiO 2）中铁22TiO FeO n ?=0.3294mol ，钛铁矿（FeO·TiO 2）中铁2TiO FeO n ?=0.0105mol ，因此，与TiO 2结合的铁占全铁的百分数为：（0.3294+0.0105）÷1.0199=33.32%。也就是说，铁精矿中大约有33%的铁是和钛结合的，且较难还原，容易还原的铁只占66%左右。
由此可知，红格钒钛铁精矿比攀枝花矿区和太和矿区的钒钛铁精矿容易还原。
（2）钛磁铁矿、钛铁晶石、钛铁矿中固溶有MgO 以及Mg 2+离子取代部分Fe 2+离子，更增加了铁氧化物的还原难度。
随着Fe 2+的还原，如果有足够的MgO 取代（置换）钛铁矿或钛铁晶石中的FeO ，则这些被置换出来的FeO 就成为容易还原的了。
以红格钒钛铁精矿为例来探究MgO 分布的数量特征，与Al 2O 3结合的MgO 数量可通过一下计算所得：Al 2O 3含量为2.59%，相当于2.59÷102（102为Al 2O 3分子量）=0.02539（mol ），与其结合的MgO 相当于0.02539×（24.31+16）=1.023%，占总MgO 量：1.023÷2.32=44.12%，因此有55.88%的MgO 是与钛磁铁矿、钛铁晶石和钛铁矿结合的（与FeO 共溶的）。
以上的分析说明，红格矿铁精矿中，在空间上的特点是Fe 3O 4—Fe 2TiO 4—MgO ·Al 2O 3—FeO ·TiO 2密切共生的复合矿物。在化学结构的特点是铁分别赋存在较易还原的Fe 3O 4及较难还原的2FeO ·TiO 2及FeO ·TiO 2中，而且MgO 取代了部分FeO ，大大加剧了还原的困难。在铁精矿还原过程中，这些特点都将表现在还原条件（温度和还原气氛）对所能达到的金属化率的影响上。
（3）钒钛磁铁矿的还原反应及其特点
通过岩相观察可以研究钒钛磁铁矿精矿还原相变的过程，找出其还原的历程。当前，关于钒钛磁铁矿的还原历程已经有很多研究，并取得了可喜的成果。
据长沙矿冶研究院对兰尖铁精矿进行的反复多次氧化—还原实验研究，发现其还原性能并无改善，说明钒钛磁铁矿的难还原性主要取决于其化学特点，而非物理状态。
我们在研究发现，氧化球团中的钛铁晶石和钛铁矿全部被破坏（FeO 仅剩有0.05%左右），而还原球团及非磁性部分中的TiO 2是以MgO ·2TiO 2形态存在。
据北京钢铁研究总院研究，钠化的生球团（没有氧化）在1100℃氢气还原时，钛铁晶石、钛铁矿、尖晶石均已消失，产生了新的渣相，主要成分是Ti 3O 5。峨嵋综合利用研究所通过对比
钠化和不钠化的氧化球团也得出相似的结果，钠化的氧化球团除了磁铁矿转化为赤铁矿外，尖晶石也不见了，这对研究钠盐的作用很有启发。
对于不同温度非用回转窑煤粉还原的球团岩相鉴定表明，还原过程中钛铁矿要发生钛铁晶石化，而钛铁晶石继续还原将生成较难还原的含铁黑钛石（Fe,Mg）Ti2O5。我们在实验室研究用气体（H2+CO）还原的球团也观察到同样的相变化。对于钠化的球团还原后的球团与不钠化的球团显著差别在于磁铁矿消失得早，不出现钛铁晶石与钛铁矿，但还原到最后仍有黑钛石出现。
根据上述试验事实和岩相观察结果，结合热力学的计算，得出钛磁铁矿的还原历程如表3-2。
表3-2 钛磁铁矿的还原历程
钒钛磁铁矿的还原反应的特点主要有以下几点：
1) 钛磁铁矿矿物在还原过程中，亚铁存在不同的状态：FeO(浮士体)、2FeO·TiO2、FeO·TiO2，并有MgO固溶于钛铁晶石和钛铁矿中。就红格矿而言，由于以钛铁矿为主，其中FeO中的铁约占全铁的87.08%。
2) 在还原过程中，在有磁铁矿存在的条件下，FeO·TiO2会与一部分FeO生成2FeO·TiO2。这是一个动力学现象，而它正反映了钒钛磁铁矿中钛磁铁矿矿物成分与结构的特点。由于Fe3O4还原速度快：
Fe3O4+ CO →3FeO + 2CO2(式3-1) 生成的FeO的一部分继续还原：
FeO + CO →Fe + CO2(式3-2) 而生成的金属铁又是尚存的Fe3O4的还原剂：
Fe3O4 + Fe →4FeO (式3-3) 反应(2)消耗的FeO远不及反应（1），（2）产生的FeO量，在此情况下FeO与FeO·TiO2反应：
FeO + FeO·TiO2→2FeO·TiO2(式3-4) 矿物颗粒中FeO·TiO2与Fe3O4紧密共生，为钛铁矿的钛铁晶石化提供了空间上的有利条件。
3) 钒钛磁铁矿中的钛铁晶石实际上总溶有MgO 。溶镁的钛铁晶石（(Fe,Mg)2TiO 4）在还原过程中，由于FeO 的不断减少，MgO 相对含量不断提高，逐渐转变为富镁的钛铁晶石。
4) 富镁的钛铁晶石中FeO 继续被还原，就逐渐变成含镁的钛铁矿。也就是说，在FeO 过剩时，钛铁矿转变成钛铁晶石，而在TiO 2过剩时，钛铁晶石转变成钛铁矿。
5) 含镁的钛铁矿中FeO 继续被还原，就逐渐转变成黑钛石，其化学式为（Fe,Mg ）Ti 2O 5。 MgO 在FeO 中的固溶体与TiO 2结合就生成了富镁钛铁晶石或含镁钛铁矿（由nFeO+MgO 与TiO 2比例而定），而FeO 在MgO 中的固溶体与TiO 2结合，则生成含铁的黑钛石。
上述反应历程反映了钒钛磁铁矿矿物的化学成分与结构的特点，说明即使将球团氧化，把钛铁矿和钛铁晶石全部破坏，但在下一步还原过程中，仍然要重新生成钛铁矿及钛铁晶石（其中固溶有MgO ）的结果仍然是难还原的矿物，故其还原性在没有添加剂的情况下不会得到改善，这就是前述矿业研究院实验结果的实质。
3.1.3 各种含铁矿物还原时允许的最大CO 2/CO 值
引起铁矿石还原难易程度差异的原因有两个方面，一方面是由矿石的物理状态（致密性、多孔等）造成的，另一方面则是由矿物的化学组成特点而造成的还原难易程度的差异。前者可以用预处理的方法，如用氧化焙烧来改善原料的还原性能，后者则需要用不同的添加剂来改善还原性能。
往往判断矿物的还原难易程度的标志为还原温度，但这种判断只有单变体系，如用固体碳还原有固定组成的矿物体系才是正确的，而钒钛磁铁矿是由多种复杂的矿物组成的，还原过程的相变也是非常复杂的体系，因此是双变体系，除了制定温度外，还要指定还原的气氛，即气相组成，才能确定体系的状态。在这种情况下，铁氧化物还原难易应以一定温度下所允许的最大CO 2/CO 值来判断。
由于“自由的”FeO 、含镁的钛铁晶石、含镁的钛铁矿及含铁的黑钛石总亚铁的还原难度依次增大，所以钒钛磁铁矿球团还原金属化率的阶段性，必然反映为要求还原气体还原能力的突变性。球团金属化率与还原气体成分的关系可计算如下：
（1）球团全属化率在0~64.38%之间时为“自由的”氧化亚铁的还原反应：
FeO ＋CO=Fe ＋CO 2 ΔG 1θ
= －4650＋5.0T （式3-5） 093.1T
3.1016CO CO lg 2-= （2）球团金属化率在6
4.33%~83.31%之间时为含镁的黑钛石还原为含镁的钛铁矿的反应。在作这个反应的热力学计算时，须作如下假定：把(Fe,Mg)O 看成是MgO 在FeO 中的理想固溶体。这个固溶体与TiO 结合成钛铁晶石和钛铁矿时自由能的变化与纯FeO 和TiO 2结合成相应化合物时相同。这样假定条件下的热力学计算当然是近似的，但根据以下两点，这种近似是接近实际的：①FeO 和MgO 都是NaCl 型立方晶体。前者点阵常数4.299?。后者4.213 ?，而且FeO-MgO 确实是形成无限互溶的固溶体；②2FeO ·TiO 与2MgO ·TiO 2、FeO ·TiO 2与MgO ·TiO 2
由各个氧化物生成相应的化合物时，它们的生成自由能数值是很接近的（在实验误差范围内）。
这样，我们可以把含镁的钛铁晶石还原为含镁的钛铁矿的反应看成（在作热力学计算时，而不是指反应历程）是：
①含镁的钛铁矿分解为（FeO-MgO ）固溶体;
②（FeO ，MgO ）固溶体分解出其中部分的FeO ；
③分解出FeO 被CO 所还原；
④较贫铁而富镁铁的（FeO ，MgO ）与TiO 2结合生成含镁的钛铁矿。上述各步骤的自由能变化可表示如下：
（FeO ，MgO ）2·TiO 2 =（FeO ，MgO ）2＋TiO 2 ΔG a θ
= 8100－1.4T
（FeO ，MgO ）2 = （FeO-2MgO ）2＋FeO ΔG FeO θ=－RTlnN FeO （FeO-2MgO ）＋TiO 2 = （FeO-MgO ）2·TiO 2 ΔG b θ= -8000＋2.9T ＋) FeO ＋CO = Fe ＋CO 2 ΔG 1θ
= －4650＋5.0T （FeO ，MgO ）2·TiO 2＋CO = （FeO-MgO ）2·TiO 2＋Fe ＋CO 2 （式3-5）
ΔG 2θ = ΔG a θ＋ΔG FeO θ＋ΔG b θ＋ΔG a θ
= －4500＋6.5T －RTlnN FeO
故而
FeO 2lgN 420.1T
2.994CO CO lg +-= 其中，N FeO 为镁的钛铁晶石中FeO 的分子分数，变化范围为0.94~0.88。
（3）球团金属化率变化在83.31%~92.82%范围内时，是含镁的钛铁矿还原为含铁的黑钛石的反应。按照前述同样的假定及计算方法，反应的自由能变化可表示如下：
2（FeO-2MgO ）TiO 2＋CO =（FeO-4MgO ）·2TiO 2＋Fe ＋CO 2 （式3-6）
ΔG 3
θ = 3350＋2.1T －RTlnN ‘FeO 其中，N ‘FeO 为含镁的钛铁晶矿中FeO 的分子分数，变化范围为0.88~0.75。
（4）球团金属化率超过92.82%时为含铁的黑钛石的还原反应。可以表示如下：
y 1[yFe ，(1－y) Mg]O ·y 2TiO 2＋CO = y
y 1-（MgO ·2TiO 2）＋Fe ＋2TiO 2＋CO 2 （式3-7） 这个反应可分为如下各反应：
y 1[yFe ，(1－y) Mg]O ·y 2TiO 2 = y 1[yFe ，(1－y) Mg]O ＋y
2TiO 2 y 1[yFe ，(1－y) Mg]O = FeO ＋y
y 1-MgO
FeO ＋CO = Fe ＋CO 2
＋) y y 1-MgO ＋(y y 1-)·2TiO 2 = y
y 1-（MgO ·2TiO 2） y 1[yFe ，(1－y) Mg]O ·y 2TiO 2＋CO = y
y 1-（MgO ·2TiO 2）＋Fe ＋2TiO 2＋CO 2 ΔG 4θ = y 1(－ΔG MgO ·2TiO 2θ)－y 1RTlny ＋ΔG 1θ＋y
y 1-ΔG MgO ·2TiO 2θ = －
y 1RTlny ＋ΔG 1θ－ΔG MgO ·2TiO 2θ 其中，ΔG MgO ·2TiO 2θ = －6600＋0.15T ，
ΔG 1θ = －4650＋5.0T
故而
ΔG 4θ = 1950＋4.85T －
y 1RTlny 式中，y= N ‘‘FeO ，N ‘‘FeO 为含铁的黑钛石中FeO 的分子分数，变化范围为0.75~0
lgy y
1066.1T 2.426CO CO lg 2+--= 现在可以根据上述计算公式[）（FeO N T ,f CO
CO lg 2=]来作钒钛磁铁矿球团的还原特性图，即球团金属化率与所要求的还原气体中CO 2/CO 值的关系表，如表3-3所示。
表3-3 球团金属化率与所要求的平衡CO 2/CO 值
将表3-3的数据作成图3-1及图3-2。
图3-1 1200℃时球团金属化率与平衡CO2/CO值的关系图3-2 球团中各铁矿物还原所
要求的CO2/CO和能达到的金属率图3-1清楚地表现出钒钛磁铁矿球团中各含铁矿物还原的阶段性，即球团金属化率的阶段性与所要求的还原气体的CO2/CO值之间的关系。由图可知，达到64%的金属化率是轻而易举的，但欲超过的64%金属化率时，则要求气体的质量（以CO2/CO值表示）有一个飞跃。而且每当一个含铁矿物还原完了，另一个含铁矿物开始还原时，都要求气体的质量有一个飞跃。对于含镁钛铁晶石、含镁钛铁矿及含铁的黑钛石的还原过程，其相应的CO2/CO是渐变的,反映出这三个含铁矿物中的含铁量有渐变的性质，而金属化率越高，渐变线段的斜率越大，表明在金属化率高的情况下，每提高的1%的金属化率所要求还原气体的质量（以CO2/CO表示）提高更多。图3-2表明在不同温度下,各含铁矿还原的顺序及每个含铁矿物开始还原和还原结束所要求的CO2/CO 值。
复习思考题：
1. 钒钛磁铁矿的主要矿物组成有哪些？
2. 简述钒钛磁铁矿的还原特点。
3. 简述钒钛磁铁矿球团中各铁矿物还原所要求的CO2/CO、能达到的金属率、温度之间的关系。参考文献：
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[4] 东北工学院钒钛磁铁矿综合提取研究小组. 钒钛磁铁矿球团还原过程的物理化学特点与
0.2米3竖炉试验[J]. 东北大学学报(自然科学版). 1977(4): 1~21.
3.2 钒、铬氧化物的还原
3.2.1 钒氧化物的还原
在钛磁铁矿精矿中，钒和铬都是以三价离子的氧化物状态取代了磁铁矿中三价铁离子以（Fe,V,Cr）2O3·FeO为主要存在形式，固溶于磁铁矿中。在用碳还原过程中，随着铁氧化物的还原，钒和铬氧化物也将被逐级还原。可以进行热力学计算，计算所需的有关基础热力学数据见表3-4。
表3-4 钒氧化物还原计算用基础热力学数据
1
V2O3+C=2VO+CO （1）
ΔG01=239100-163.22T
2)生成VC
V2O3+5C=2VC+3CO （2）
ΔG02=665500-475.68T
3）生成V2C
V2O3+4C=V2C+3CO （3）
ΔG O3=713300-490.49T
4)生成金属钒
V2O3+3C=2V+3CO （4）
ΔG04= 859700- 494.84T
通过上述热力学数据，可计算出上述各式的标准开始反应温度：
T O1=1464.89K=1192℃
T O2= 1399.04K=1126℃
T O3= 1454.26K=1181℃
T04=1737.32K=1464℃
在还原温度为1350℃(1623K)的条件下，可以计算出上述反应的标准生成自由能：
ΔG01=1.085（J/mol）
ΔG02= 0.86（J/mol）
ΔG03= 0.89（J/mol）
ΔG04= 1.07（J/mol）
从上述热力学计算结果可以得出钒氧化物还原难易程度（从易到难）：
VC>V 2C>VO>V
因此，可以认为在直接还原温度条件下，首先生成碳化钒，再生成V 2C ，而金属钒和VO 是难以生成的，这样就为下一步处理金属化球团提供了重要参考：钒在金属化球团中有一部分可能以碳化钒形式存在，而不是金属钒，采用熔化分离工艺可实现钒、钛与铁的分离。
3.3.2 铬氧化物的还原
用同样的方法可以计算出铬氧化物的还原，计算所需的有关基础热力学数据见表3-5。
表3-5 铬氧化物还原计算用基础热力学数据
从表3-5的数据分析说明，几种碳化铬的生成自由能均为负值，不用计算就可以判断在还原条件下生成碳化铬比金属铬要容易得多，金属铬是不会生成的。
铬90%赋存在钛磁铁矿中，三价铬离子置换了三价铁离子，呈类质同象存在。因此在选出铁精矿的同时，铬也与钒钛铁同时回收，特别是铬与钒在冶炼过程中走向是一致的，一起进入铁水中，在吹炼钒渣的同时，大部分铬也进入钒渣，因此在用钒渣生产五氧化二钒的同时，也可以得到三氧化二铬产品。
在生产铬铁的还原过程中，铬是从Cr 2O 3中还原出来的。Cr 2O 3的碳热还原按下式进行：
（Cr 2O 3）+3C=2[Cr]+CO
T G T 95.124187650-=?ο
01773=?οG
生成碳化铬的反应式为：（Cr 2O 3）+13/3C=2/3[Cr 3C 2]+3CO
T G T 27.122174450-=?ο
01703=?οG
铬铁矿石中铬氧化物以尖晶石形式存在时，还原反应式为：
（MgO·Cr 2O 3）+3C=2[Cr]+（MgO ）+3CO
T G T 300.124192650-=?ο
01823=?οG
在大多数情况下，铬铁矿石中的主要成分是FeO·Cr 2O 3，还原反应下式进行：
3（FeO·Cr 2O 3）+3C=3[Fe]+（Cr 2O 3）+3CO
T G T 15.99117300-=?ο
01353=?οG
当有铁存在时，对纯三氧化二铬的还原有利，因为形成合金可以降低铬的活度.
2[Fe]+（Cr 2O 3）+3C=2[Cr-Fe]+3CO
由于含钒铬生铁水中的FeO 含量高，在还原炉中同时还原氧化铬和氧化铁是比较容易的，但是，Cr 2O 3对炉渣起稠化作用，还需要采取一些特别的措施。
参考资料:
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[6]张玉柱编著，高炉炼铁，冶金实用技术丛书，冶金工业出版社，北京，1995，P122-126
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3.3 钛氧化物的还原
3.3.1 非高炉冶炼钛精矿
钒钛磁铁矿中的钛主要以氧化物(TiO 2)的形式存在于钛铁晶石(2Fe O ·TiO 2)和钛铁矿(Fe O ·TiO 2)中。钒钛磁铁矿经选矿得到含钛高的铁精矿和钛铁精矿。
钛提取冶金的主要产品有钛白、海绵钛、钛铁合金、金属钛粉。作为商品进入市场的还有人造金红石、四氯化钛和钛渣。由于天然金红石的储量和产量有限，因此世界各国在工业生产中，主要采用钛铁精矿作为生产钛化合物和金属钛的原料。可以用火法或湿法处理等多种方法除去钛铁矿中的铁，得到各种不同形态的富钛物料（简称富钛料），其中金红石型TiO 2质量分数达90%以上的富钛料称之为人造金红石。
目前国外生产钛渣大多采用大型密闭电炉冶炼技术或半密闭电炉技术等非高炉冶炼法处理钛精矿，这主要是利用钛精矿氧化铁含量高的特点，采用电炉技术，高温还原技术，将氧化铁还原成熔融铁，得到TiO 2被富集了的钛渣。用非高炉冶炼法处理钛精矿的原则流程如图3-3。
图3-3 用非高炉冶炼法处理钛精矿的原则流程
首先要将钛铁精矿进行还原熔炼。还原熔炼的任务是：在电炉内，用碳使钛铁矿选择性还原出铁，经造渣熔炼后，得到TiO2被富集了的钛渣，同时获得副产品含磷低的生铁。经过熔炼所得到的钛渣，其中TiO2的质量分数为85%~95%，配碳进行氯化，得到粗四氯化钛，用化学法和精馏法净化除去VOCl3，SiCl4、AlCl3、FeCl3等杂质，得到纯净的可供生产金属钛或钛白的精TiCl4。用金属镁（或钠）还原精四氯化钛，得到以金属钛为主，且含有相当数量的MgCl2（或NaCl）和过剩还原剂镁的还原产物，还原产物经真空蒸馏除去MgCl2和镁，即得到海绵钛坨，经破碎、分选、检验、合批、包装后，即为商品海绵钛。钠还原所得的产物则破碎、含酸水洗溶去NaCl，低价钛氯化物等，而得到海绵钛块。
在流程图中示出了用硫酸法分解钛铁矿或钛渣生产所谓“硫酸法钛白”以及纯TiCl4经氧化生产所谓“氯化氧化法钛白”的流程走向。图中同时也标出了从钛渣经磁选除铁，氧化焙烧生产人造金红石的原则走向。
3.3.2 钒钛铁精矿的直接还原
各种钛铁矿精矿中主要伴生FeO和Fe2O3。由于钛和铁对氧的亲和力不同，它们的氧化物生成自由焓有较大的差异，因此经过选择性还原熔炼，可以分别获得生铁和钛渣。由于富钛渣
的熔点高（大于1723K ），且黏度大，所以含钛量高的铁矿不宜在高炉中冶炼，可在电弧炉中还原熔炼。
用碳还原钛铁矿时，随着温度和配碳量的不同，整个体系的反应比较复杂，可能发生的反应较多。固体C 还原FeTiO 3，随温度和配碳量的不同，可能有如下的反应。
CO TiO Fe C FeTiO ++=+23， T G 1611909000-=? （1）
CO O Ti Fe C FeTiO ++=+533414343， T G 1682090000 = （2） CO O Ti Fe C FeTiO ++=+3233
13232， T G 1712130000-= （3） CO TiO Fe C FeTiO ++=+2
121213， T G 1772526000-=? （4） 3252FeTiO +C=FeTi O +Fe+CO , O G =185000-155T ? (5)
CO TiC Fe C FeTiO ++=+4
141413， T G 1271825000-=? （6） CO Ti Fe C FeTiO ++=+3
131313， T G 1733046000-=? （7） 钛铁矿中的三价铁氧化物可看作是游离32O Fe ，其被还原的反应为
CO Fe C O Fe +=+3
23132， T G 1761640000+= （8） 按上面给出的各反应的标准自由能变化与温度的关系，计算出在不同温度下的标准自由能变化值（△G O ）将其绘制成的△G O ～T ，如图3-4所示。
电炉还原熔炼钛铁矿的最高温度约达2000K ，由图3-4可见，在这样高的温度下，式（1）
~（8）反应的△G O 均是负值，从热力学上说明这些反应均可进行，并随便着温度的升高，反应趋势均可增大。但以上各反应的开始温度（即△G O =0时的相应温度）是不相同的，在同一温度下各反应进行的趋势大小也不一样，其反应顺序为：（8）>(1)>(5)>(2)>(3)>(4)>(6)>(7)。在低温（<1500K ）的固相还原中，主要是矿中铁氧化物的还原，TiO 2的还原量很少，即主要按式（8）、
（1）、（5）进行还原反应生成金属铁和TiO 2或FeTi 2O 5；在中温（1500~1800K ）液相还原中，除了铁氧化物被还原外，还有相当数量的TiO 2被还原，即主要按式（2）、（3）、（4）进行还原反应生成金属铁和低价钛氧化物；在高温（1800~2000K ）下按式（6）和（7）进行反应生成TiC 和金属Ti （溶于铁中）的量增加。
虽然反应（1）至（4）在高温下能够进行，但对1摩尔FeTiO 3而言，所消耗的还原剂碳量
不同，其化学计量配碳量按反应（1）至（4）的顺序为1︰311︰2
1
1︰2，若是控制一定配碳量，比如对1摩尔C 而言，可还原FeTiO 2的摩尔数按顺序则为1:43:32:2
1；因此，控制一定配碳量及在一定温度的条件下，反应主要按（1）式进行生成Fe 和TiO 2，而反应（2）至（4）只能是部分进行；在足够高的温度及过量还原剂存在的条件下,TiO 2也能进行被还原为钛的低价氧化物及碳化物；在给定的温度压力下，当几个反应都可以进行时，配碳量就会影响到反应的最后结果，当控制配碳量时，反应即具有选择性。
当温度高于FeTiO 2的熔点1743K 时，还原反应在液相中进行。固体碳熔态钛铁矿可有如下反应：
CO O Ti Fe C TiO FeO TiO FeO ++=+??2][3
132)(32322，T G 9.1321210000-=?（9） CO Fe TiO FeO C TiO FeO ++?=+?22)(2， T G 2.1571740000-=?（10）
CO O Ti Fe C TiO FeO ++=+?95210
165)(65， T G 8.1571770000-=?（11） CO O Ti Fe C TiO FeO O Ti ++=+?3223
132][3232， T G 1.1421560000-=?（12） 因为钛铁矿（FeO·TiO 2）和Ti 2O 3都是三方晶系的刚玉型结构，还原过程不需要重建晶格而
另外耗能，所以从热力学参数上看反应最易进行。还原232[FeO TiO ]Ti O g
中FeO 则由于需要重建新晶格而比较困难。因此，由于晶格相似性因素的影响，FeO·TiO 2还原的顺序如下
2][32TiO FeO O Ti ?→32][2O Ti TiO FeO ?→TiO O Ti →32
2TiO FeO ?
22225923[]FeO TiO TiO TiO Ti O Ti O TiO ?→→→→
对上述反应的实验研究证明，在还原钛铁矿中铁氧化物的理论配碳量为120%下，从1000℃开始的固相还原阶段便在还原产物中发现有Ti 2O 3型固溶体-纤维钛石（塔基石，Tagirovite ）。而且在液相还原时更是优先生成Ti 2O 3且反应激烈。在理论配碳量下，温度高于1100℃时还原产物主要是FeO·2TiO 2而未见有Ti 2O 3，考虑到每个Fe·2TiO 2分子能溶解达10个分子的TiO 2，故钛铁矿的固体碳还原过程在1100℃以上（尚处于固相）时，可表示为下列反应式：
在高温熔炼过程中，Ti 3O 5和Ti 2O 3都能溶解FeO 和FeTiO 3，并且它们与TiO 2和TiO 能形成固溶体。由于这个缘故，使炉渣冷凝后形成成分复杂的化合物。其中主要是在Ti 3O 5晶格基础上所生成的黑钛石。其组成为：
m{(Mg,Fe,Ti)O·2TiO 2}·n{(Al,Fe,Ti)2O 3·TiO 2}
在黑钛石组成中，钛以各种形态存在。除黑钛石、低价钛氧化物和FeTiO 3在Ti 2O 3中形成的固溶体外，还有若干钛的碳、氮和氧等化合物的固溶体[即Ti （C ，N ，O ）]。它们在约1600K 以上，有过量的碳存在就能产生。低价钛氧化物尤其是钛-氧-氮-碳固溶体的存在，会使炉渣的熔点升高，粘度增大。因而，电炉熔炼钛铁矿是否生成32O Ti 和TiO 主要决定于配碳量。
参考资料:
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[11]汪镜亮.钛渣生产的发展．钛工业进展，2002，（1）：7.
3.4 锰、氧化物的还原
3.4.1锰氧化物分解的特点
锰的熔点为1244℃，熔化热为14.630kJ/mol ；锰的沸点为2150℃，蒸发热为2.3×105J/mol ，液体的蒸气压在1750℃时达到10kPa 。
锰与铁在液体状态时能相互无限溶解，但Mn 和Fe 不生成化合物。
锰有四种氧化物，其含氧量（重量）为：MnO 含氧22.5%、Mn 3O 4含氧27.97%、Mn 2O 3含氧30.41%、MnO 2含氧36.81%。
氧化亚锰相的结构与氧化亚铁相类似，也是缺位式固溶体，氧在此固溶体中的最低含量是23.09%，最高含量（950℃）是25.5%。MnO 在1778℃熔化，熔化热为59kJ/mol 。
锰氧化物分解反应仍然是按照巴依科夫的逐级转化原则进行的，在Mn-O 体系中，锰的氧化分解反应如下：
4MnO 2=2Mn 2O 3+O 2 ，mol kJ H /151298=?ο
6Mn 2O 3=4Mn 3O 4+O 2，mol kJ H /210298=?ο
2Mn 3O 4=6MnO+O 2，mol kJ H /478298=?ο
2MnO 2=2Mn+O 2，mol kJ H /778298=?ο
锰氧化物还原顺序与铁相似，由高价还原到低价，各阶段中氧的损失是: Mn MnO O Mn O Mn nO %
50%5.1643%5.832%252M →→→→ 其反应自由能与温度的关系如图3-5。
图3-5 Mn-O 及Fe-O 系统反应等压位变化与温度的关系
注：1cal=4.1840J
图3-5表明，锰的高级氧化物不如低级氧化物稳定，MnO 2和Mn 2O 3加热过程中极易分解，它们的分解压力与温度的关系用下式表示[1]
14.57052)lg(:O Mn 232+-
=T P o 52.54543)lg(:MnO 22+-=T
P o 由上式可计算出MnO 2在733K 时分解压为21kPa ，在823K 时分解压为100kPa ；Mn 2O 3在1213K 时分解压为21kPa ，在1373K 时分解压为100kPa 。因此，它们都可以用热分解的办法转变为氧化程度低的氧化锰。
MnO 是各级氧化锰中最稳定的氧化物，其分解压力比FeO 小得多，从图3-5可看出，曲线1和曲线6的相对位置，说明锰比铁对氧的亲和力大得多。MnO 与FeO 生成自由能（△G o ）与温度（T ）的关系列于表3-6。
表3-6 MnO 与FeO 生成自由能（△G o ）与温度（T ）的关系
表3-6的数据表明，MnO 比FeO 稳定得多。
按热力学计算分析[2]，MnO 不能用CO 间接还原出锰。MnO 的直接还原反应用下式表示：
MnO+CO=Mn+CO 2 -121503 kJ/kmol
CO 2+C 焦=2CO-165686 kJ/kmol
MnO+C 焦=Mn+CO-287190 kJ/kmol
氧化物还原的难易，取决于元素同氧亲和力的大小，即取决于氧化物分解压力的大小。根据各种氧化物分解压力或其生成自由能的大小来选择适当的还原剂。
3.4.2 硅氧化物的还原
锰和硅一样，以高硅生铁和硅铁的各种合金形式在炼钢过程中作脱氧剂和合金剂使用，是炼钢生产中不可缺少的金属附加料，吨钢平均消耗硅铁月7千克（含硅50%的硅铁）。
根据氧化物标准生成自由能随温度变化的理查德图见图3-6，Si 比Mn 更难还原，SiO 2只能成液态才能和赤热焦炭进行还原，在高炉冶炼过程中Si 的还原程序取决于温度和炉渣碱度，当CaO/SiO 2较低,渣中自由SiO 2较多，Si 容易还原，反之则难还原，根据研究，Si 的还原情况如下：
SiO 2+C=SiO 气+CO-Q
SiO+C=Si+CO-Q
硅氧化物的还原次序是先生成碳化硅和一氧化硅，这两种中间产物相互反应或同炉料反应
生成Si 。
碳化硅生成反应： SiO 2+3C=SiC+2CO
图3-6 氧化物的吉布斯自由能图
()K T T T T G T 16867.77lg 3.1148200πο-?-=?
()K T T T T G T 16865.72lg 73.2147200φο-?-=?
1537℃时，△G=0
不完全还原反应：SiO 2+C=SiO+CO （Si 损失）
()K T T T T G T 170085.103lg 54.6165000πο-?+=?
()K T T T T G T 170005.111lg 45.6178000φο-?+=?
1727℃时，0=?οT G （CO+SiO 为0.1MPa ）
SiO 2和SiC 的反应：SiO 2+2SiC=3Si+2CO
()K T T T T G T 170076.94lg 3.2190200πο-?+=?
()K T T T T G T 17008.126lg 46.5228400φο-?+=?
1827℃时，0=?οT G
SiO 的还原反应：2SiO+2C=2Si+2CO
根据自由反应焓方程式计算出的（P=0.1MPa ）各反应的开始温度为：
()K T T T T G T 17009.40lg 9.127400φο+?--=?
SiO 2+C→Si 1650℃
SiO 2+C+Fe→FeSi90 1627℃
SiO 2+C+Fe→FeSi75 1587℃
SiO 2+C+Fe→FeSi45 1540℃
SiO+C+Fe→FeSi33 1430℃
SiO 2+C→SiC 1537℃
SiO 2+SiC→Si 1827℃
冶炼硅铁时的各反应的标准生成自由能同温度的关系如图3-7。
图3-7 炼制硅铁时各反应的标准生成自由能ο
T G ?同温度的关系
参考资料:
[1]史俊等.高炉锰铁冶炼. 新余：新余钢铁厂,1979
[2]吴宦善.高炉铁合金冶炼.南昌：江西科学技术出版社,1993
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[7]杨绍利，盛继孚.钛铁矿熔炼钛渣与生铁技术，北京：冶金工业出版社，北京，2006
3.5 钒钛磁铁矿钠化球团还原特点
3.5.1 钒钛磁铁矿钠化球团
芒硝为一种分布很广泛的硫酸盐矿物，是硫酸盐类矿物经加工精制而成的结晶体，化学式为Na 2SO 4?10H 2O （硫酸钠与水分子结合形成的结晶），单斜晶系，晶体短柱状，集合体呈致密块状或皮壳状等，无色透明，有时带浅黄或绿色。造球精矿中添加芒硝对改变还原过程中的固相变化，促进铁的难还原氧化物的还原方面起到了积极作用，从而可以提高球团金属化率。有人认为在钠盐的参加下分解后的Na 2O 可以置换镁铝尖晶石中的MgO ，而MgO 又可置换钛铁矿和钛铁晶石中的FeO ，生成镁黑钛石MgO ?2TiO 2，并以此使难还原的钛铁矿和钛铁晶石中的Fe 2+转变成容易还原的Fe 2+，使在还原过程中不出现钛铁晶石和钛铁矿，这样就促进了还原过程。首先将芒硝放入烘箱内(105～110℃)烘干，再磨至～200目达4％，装入磨口玻璃瓶中备用，
使用前再放入烘箱内(105～110℃)干燥半小时。一般按铁精矿:芒硝=100:4.5～6(重量比)配比,即可以满足分离铁与提取钒的要求。
钒钛磁铁矿在进行还原流程处理时,为了分离和综合提取其中的铁、钒、钛、铬等有益组分,需要加入芒硝(Na2SO4)作为添加剂。向钒钛磁铁精矿中加入一定量的硫酸钠和粘结剂，经混匀、润磨、造球、干燥及预热处理就得到钒钛磁铁矿钠化球团。
钒钛磁铁精矿钠化球团制备所用的铁精矿原料为钒钛磁铁矿铁精矿，由于其粒度较粗，及磁铁矿本身较差的亲水性，导致铁精矿的成球性较差。粒度较细，又有合适的粒度组成，能在生球中的颗粒排列紧密，形成的毛细管直径较小，产生的较大的毛细力，使生球强度较高。
钒钛磁铁精矿钠化球团的造球物料中还会添加适量的膨润土作为添加剂。膨润土属于含水的铝硅酸盐，理论化学式为Al2(Si4O10)(OH)2，其吸水性很强，吸水后体积大大膨胀，具有很高的分散性，比表面积很大，亲水性很强，在水中泡胀最多能吸收600%～700%的水分，具有很强的胶体性质。配入少量膨润土于钒钛磁铁精矿钠化球团的造球精矿中，不仅可以显著改善成球性和生球强度，还可提高造球干燥时的爆裂温度，加速生球的干燥速度，缩短干燥时间。但膨润土含SiO2高达60%以上，故不能添加过多，否则会降低球团矿品味，增加高炉冶炼的渣量。配加的膨润土应细末。粒度要求小于200目达99%以上。
钒钛磁铁矿钠化球团的具体制备过程为：
（1）配料
芒硝大多是成块的含水芒硝，首先要将其放入烘箱内(105～110℃)烘干，再磨至～200目达4％，使用前须再放入烘箱内(105～110℃)干燥半小时。将膨润土磨细，粒度要求小于200目达99%以上，使用前亦放入烘箱内(105～110℃)干燥半小时。
在精矿中配加芒硝和膨润土，采用人工配料及预混合，再在碾矿机上碾磨。如果精矿预先润湿，则造球前1～3天精矿加水润湿，配料前须测定水分。
一般按铁精矿:芒硝=100:4.5～6(重量比)配比,即可以满足分离铁与提取钒的要求。膨润土配入量一般为0.6%~1.0%。
（2）造球
造球是钒钛磁铁矿钠化球团生产中的重要工序。从造球机排出的生球一般股约经过5次转运才能进入焙烧设备。为了减少生球在运转过程中的破碎，除了在设计中尽量减少转运次数、降低胶带运输机速度(一般为0.4~0.6米／秒)，以减小生球的落差和冲击外，还要求生球具有一定的落下强度。同时当生球进入焙烧设备后还要承受料柱的压力和抵抗高温气流快速加热的作用，故要求干球具有较大的强度。此外还要求生球的粒度合适。
会理县秀水河矿业有限公司 秀水河矿山钒钛磁铁矿 选铁探索试验 攀钢集团研究院有限公司 二0一三年二月
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院 长：文孝廉 主管院长：汪传松 室 主 任：王 勇 项目负责：吴雪红 试验人员：王建平王勇祝勇涛 李凤菊景 兰 杨利斌 化验人员：张晓华张文玲宋巧玲 王凤琴刘 馨 镜鉴人员：陈碧尹秀琼 报告编写：吴雪红 报告审查：王洪彬王勇
目 录 1前言 (1) 2试验样品的制备 (3) 3原矿性质研究 (4) 3.1原矿化学多元素分析 (4) 3.2原矿全粒级筛析 (4) 3.3原矿镜鉴 (5) 3.4原矿相对可磨度测定 (10) 3.5原矿性质小结 (11) 4试验方案的确定和试验设备 (12) 4.1试验方案 (12) 4.2试验设备 (12) 5选矿试验 (15) 5.1一段磨选试验 (15) 5.2两段阶磨阶选流程试验 (19) 5.3三段阶磨阶选流程试验 (30) 5.4选矿试验小结 (33) 6产品检测 (35) 7技术经济简评 (37) 7.1各品级选矿成本估算 (37) 7.2各品级铁精矿销售价格估算 (38) 7.3各品级铁精矿选矿利润 (39) 8推荐流程 (39) 9结论 (41)
1前言 秀水河矿山矿石为钒钛磁铁矿，以下将其简称秀水河矿。我院受会理县秀水河矿业有限公司（以下简称甲方）委托，对该矿进行选铁探索试验，并于2012年12月18日签订了技术服务合同。 合同要求：通过选矿探索试验，确定该矿52%-53%、53%-54%、54%-55%和55%以上四个品级铁精矿的选矿工艺流程，并按照每年处理原矿100万吨原矿进行技术经济简评，提供一种经济合理开发该矿的选矿工艺流程及设备参数，为下一步选厂工艺技术改造提供技术依据。 本次试验主要对甲方采取的秀水河矿进行工艺矿物学研究和选矿试验研究。经取样化验，该样品原矿TFe品位26.48%、TiO2品位8.56%。 工艺矿物学研究表明该矿可回收利用的矿物主要为钛磁铁矿，但该钛磁铁矿的客晶矿物镁铝尖晶石片晶发育较好，会影响其铁精矿的品质。 根据合同并结合该矿石的性质特点以及国内钒钛磁铁矿选矿技术发展水平，本次选矿工艺研究主要进行了阶段磨选试验。试验内容按合同要求进行且全面完成，试验获得的各品级铁精矿指标见表1-1。 表1-1各品级铁精矿生产指标 铁精矿品级试验流程 产率 （%） TFe品位 （%） TFe回收率 （%） 52%-53% 两段磨选 35.22 52.56 69.91 53%-54% 两段磨选 32.80 53.36 66.10 54%-55% 两段磨选 30.92 54.35 63.46 55%以上三段磨选 29.97 55.61 62.94
3.1 钒钛磁铁矿矿物特征及其还原特点 3.1.1 钒钛磁铁矿的矿物特征 钒钛磁铁矿还原过程表现的种种特点都是由它的矿物组成及结构特征和精矿处理过程（如钠化-氧化）所导致的变化而引起的。 钒钛磁铁矿的主要金属矿物为钛磁铁矿和钛铁矿，其次为磁铁矿、褐铁矿、针铁矿、次生黄铁矿；硫化物以磁黄铁矿为主，另有钴镍黄铁矿、硫钴矿、硫镍钻矿、紫硫铁镍矿、黄铜矿、黄铁矿和墨铜矿等。脉石矿物以钛普通辉石和斜长石为主，另有钛闪石、橄榄石、绿泥石、蛇纹石、伊丁石、透闪石、榍石、绢云母、绿帘石、葡萄石、黑云母、拓榴子石、方解石和磷灰石等。某单位对太和铁精矿的矿相组成鉴定结果为：钛磁铁矿占92%，钛铁矿占3%，硫化物占1.5%，脉石占3.5%。 化学光谱分析表明，攀西地区钒钛磁铁矿中含有各类化学元素30多种，有益元素10多种，若按矿物含量进行排序，依次为Fe、Ti、S、V、Mn、Cu、Co、Ni、Cr、Sc、Ga、Nb、Ta、Pt；若以矿物经济价值排列，则排序为Ti、Sc、Fe、V、Co、Ni。 钛磁铁矿是由磁铁矿（Fe3O4）、钛铁晶石（2FeO·TiO2）、铝镁尖晶石（MgO·Al2O3）、钛铁矿（FeO·TiO2）所组成的复合体。钛铁晶石是磁铁矿固溶体分解的连晶，交织成网格状，片宽仅0.0002～0.0006毫米。镁铝尖晶石呈粒状及片晶状与磁铁矿晶体密切共生，其粒度一般为0.002～0.030毫米，片晶宽度一般为0.002～0.008毫米。钛铁矿多为片状、板格状，粒晶多为0.01毫米，片晶一般宽0.030～0.0015毫米。 由于精矿磨矿粒度要求-200目（相当于0.074毫米）占80%，故上述与磁铁矿共生的各种矿物无法机械分离，在铁富集时，钛也富集了，这就是钒钛磁铁矿不能通过选矿将铁与钛分离的根本原因。 3.1.2 钒钛磁铁矿的还原特点 （1）含Ti的铁氧化较难还原 钛磁铁矿矿物中的铁处于还原难易程度不同的状态中，与磁铁矿相比，钛铁晶石、钛铁矿等含Ti的铁氧化物较难还原的。根据Ti与Fe的结合的形式不同，含Ti的铁氧化物还原的难易程度又有很大差异，这部分铁占全铁的比率对球团还原的金属化率影响较大。 攀枝花红格矿区钒钛铁精矿的化学成分组成如表3-1所示。 表3-1钒钛铁精矿化学分析结果（%） Fe 下：
磁铁矿矿石选矿流程中的浮选工艺 辛杰莫娃 摘要采用浮选工艺对磁选过程中产出的磁铁矿精矿进行精选,能达到降低磁铁矿精矿中的S iO2和S的含量,以生产出能适用于高炉熔炼和直接还原铁所需的磁铁矿精矿。采用浮选工艺后就能在较早的磨矿阶段,获得所需质量的最终精矿,因而就能达到减少磨矿物料的数量和降低电能消耗。 关键词磁选-浮选联合流程分选磁铁矿矿石节能提高生产能力 处理细粒浸染状磁铁矿矿石的一些选矿厂,是俄罗斯铁精矿的主要生产企业。如在美国的明尼苏达州和密执安州、加拿大安大略省的许多大型采矿公司都在开采铁燧岩矿石,它们是矿物成分接近细粒浸染的磁铁矿石英岩矿石。俄罗斯和这些国家处理这些矿石的很多大型采选公司,多数都是在20世纪60~80年代建成的。 磁铁石英岩和铁燧岩矿石中大约含有30%~ 35%的铁。俄罗斯国内的一些采选公司生产的精矿的铁品位基本上都在65%~66%之间,少数达到了68 0%~68 5%。 目前世界黑色金属产量中,大约97%都是进入高炉熔炼成铸铁。对于高炉熔炼过程来说,对铁矿石原料的基本要求之一,就是在尽可能降低硫、磷、锌、砷和其它杂质以及合适的造渣组分含量的条件下,达到很高的含铁量。 此外,运输较富的精矿和球团矿,也会节省运输费用。 提高精矿铁品位基本上都是通过降低精矿中的SiO2含量而实现的。铁矿石原料中的SiO2含量降低1%,就能使焦炭的消耗量大约减少3%,并能提高高炉的生产能力。力求达到更合理地利用燃料-动力资源和不断提高的对金属质量的要求,这些都决定了需要开发非高炉冶金法,以及扩大适于炉外炼铁的矿物原料基地。 在俄罗斯的一些采选公司中,分选磁铁石英岩的原则工艺流程包括三到四段破碎和三段磨矿。分选过程是通过在每段磨矿以后进行湿式磁选以获取最终尾矿,在
合同编号:2014- 号 攀枝花市人民政府 攀枝花矿业有限公司 XXX万吨钒钛磁铁矿开采及加工项目 投资框架协议 二〇一四年七月 XXX万吨钒钛磁铁矿开采及加工项目 投资框架协议 甲方:攀枝花市人民政府(以下简称甲方 法定代表人: 乙方:攀枝花矿业有限公司(以下简称乙方 法定代表人: 双方根据《中华人民共和国合同法》、《中华人民共和国民法通则》以及我国的相关法律和政策,本着诚实守信、平等自愿、互利共赢原则,就乙方投资建设钒钛磁铁矿开采及加工项目有关事宜达成如下框架协议。 第一条、项目概况 1、项目名称:XXX万吨钒钛磁铁矿开采及加工项目 2、项目选址:采矿厂位于铁矿核准矿区北西两侧。选矿厂初步设定选矿厂,采取对原选矿厂整体收购或参股扩能技改方式完成建厂。 3、项目投资、规模
预计投资亿元人民币,资金全部自筹(指已标明核准的一号矿区。 项目设计规模为万吨/年钒钛磁铁矿开采和万吨/ 年铁精矿、万吨/年钛精矿的洗选能力。 第二条、项目建设周期 项目获得核准后,计划用两年时间完成整体工程建设并投入试运行。 第三条、项目用地 项目核准矿区面积平方公里,由于该项目不涉及另建选矿区,项目用地位于矿区范围内,可按临时用地进行管理,用地面积亩。 第四条、甲方权利及义务 1、甲方有权监督乙方安全生产,依法经营,照章纳税。 2、甲方负责做好项目建设与运营过程中相关部门及周边环境的协调工作,协助乙方处理地企矛盾纠纷,协助办理项目的相关手续。 3、甲方相关部门协助乙方做好项目立项申报工作,并提供所需的技术帮助。 第五条、乙方权利及义务 1、乙方必须在甲方所在地工商行政机关注册公司,取得法人营业执照和税务登记等相关证照。 2、乙方依法自主建设、自主经营、自负盈亏,必须自觉规范经营行为、服从主管部门的管理,按时上报企业财务报表及相关资料。 3、乙方有权拒绝甲方任何部门乱摊派、乱罚款、乱收 费。
河北承德大庙钒钛磁铁矿矿床 位于河北省承德市北30Km，是我国北方最大的含钒钛铁矿-磁铁矿矿床。 矿区地质概况 地层和构造: 矿区位于内蒙地轴东端，处在受东西向宣化—承德—北票深断裂控制的基性—超基性岩带内。区内广泛分布前震旦纪变质岩系，主要有角闪斜长片麻岩、角闪片麻岩、黑云母斜长片麻岩、混合花岗岩等，其上局部被侏罗—白垩纪沉积岩和火山岩及第四纪沉积物覆盖(图2,1)。 图2-1 河北大庙区域基性超基性岩体分布图 1(粗面岩;2(砾岩;3(火山岩;4(煤系;5(花岗闪长岩;6(老花岗岩;7(苏长岩—辉长岩;8(斜长岩;9(超 基性岩; 10(变质岩;11(矿床或矿点;12(岩层产状;13(断层;14(深大断层 15(地质界线岩浆岩: 区内以辉长岩和斜长岩分布最广，亦有大面积中生代花岗岩出露(图2-2)。
辉长岩、斜长岩与成矿关系密切，侵入于前震旦纪地层中。斜长岩出露在矿区西南部，包括绿泥石化斜长岩，矿染绿泥石化斜长岩，呈NNE向产出。岩石呈白色到灰白色，主要矿物成分为斜长石(80%)，副矿物有磷灰石、磁铁矿、钛铁矿等。中至粗粒结构，块状构造。辉长岩出露在矿区东部，近SN向分布。岩石主要由辉石和斜长石组成，还有星点状分布的磁铁矿及绿泥石化现象。 矿床特征: 矿体主要产在斜长岩和矿染辉长岩中以及两类岩石的接触带上，受NNE向构造裂隙控制，共有40余个。主要矿体长达数百米，最大宽度>100m，最大延深可到750m。在地表，单个矿体不相连，在深部往往几个矿体连成一个较大的矿体，与围岩界线清楚，呈脉状，倾角陡，向下延深几百米逐渐尖灭。此类矿体有较大工业意义。产于辉长岩中的矿体主要由浸染状矿石组成，与围岩界线不清，产状与岩体原生条带构造一致。有用矿物浸染密度在矿体内有变化，由底部向上为稠密浸染状矿石—稀疏浸染矿石—矿染围岩。此类矿体为贫矿，工业意义次要(图2-3)。
第３４卷第１期重庆大学学报 Ｖｏｌ．３４Ｎｏ．１ ２０１１年１月 Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ ＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙＪａｎ．２０１１ 文章编号：１０００－５８２Ｘ（２０１１）０１－０６０－ ０６钒钛铁精矿内配碳球团高温快速直接还原历程 刘松利１，２ ，白晨光１，胡 途１，吕学伟１，邱贵宝１ （１．重庆大学材料科学与工程学院，重庆４０００４４；２．攀枝花学院材料工程学院，四川攀枝花６１７０００ ）收稿日期：２０１０－０９－ ０２基金项目：国家重点基础研究发展计划资助项目（２００７ＣＢ６１３５０３ ）作者简介：刘松利（１９７２－） ，男，重庆大学博士研究生，主要从事冶金资源综合利用研究。白晨光（联系人），男，重庆大学教授，博士生导师，（Ｅ－ｍａｉｌ）ｂｇｕａｎｇ＠ｃｑ ｕ．ｅｄｕ．ｃｎ。摘 要：采用高温实验炉，在１ ３５０℃，氮气保护气氛条件下对钒钛磁铁精矿内配碳球团进行了阶段还原试验，通过ＴＧ－ＤＳＣ、ＸＲＤ、ＳＥＭ等检测方法对不同时间内配碳球团还原的组织成分、显微结构等进行研究。结果表明，钒钛铁精矿的还原历程依次为Ｆｅ２ＴｉＯ４和Ｆｅ３Ｏ４、３（Ｆｅ３Ｏ４）·Ｆｅ２ＴｉＯ４、Ｆｅ３Ｏ４·Ｆｅ２ＴｉＯ４、Ｆｅ２ＴｉＯ４和ＦｅＯ、Ｆｅ和ＦｅＴｉ２Ｏ５； 在磁铁矿大量还原生成浮士体的阶段，钛铁矿与新生成的浮士体发生“钛铁晶石化”，最终还原转变为单质铁和含铁黑钛石。 关键词：直接还原历程；钒钛铁精矿；球团；矿石 中图分类号： ＴＦ５５２文献标志码：Ａ Ｑｕｉｃｋ ａｎｄ ｄｉｒｅｃｔ ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ ｐ ｒｏｃｅｓｓ ｏｆ ｖａｎａｄｉｕｍ ａｎｄ ｔｉｔａｎｉｕｍ ｉｒｏｎｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｅ ｗｉｔｈ ｃａｒｂｏｎ－ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ ｐｅｌｌｅｔｓ ａｔ ｈｉｇｈ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅＬＩＵ Ｓｏｎｇ－ｌｉ １，２，ＢＡＩ Ｃｈｅｎ－ｇｕａｎｇ１， ＨＵ Ｔｕ１，ＬＶ Ｘｕｅ－ｗｅｉ １，ＱＩＵ Ｇｕｉ－ｂａｏ１ （１．Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ ４０００４４，Ｐ．Ｒ．Ｃｈｉｎａ；２．Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｃｏｌｌｅｇｅ，Ｐａｎｚｈｉｈｕａ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｐａｎｚｈｉｈｕａ，Ｓｉｃｈｕａｎ ６１７０００，Ｐ．Ｒ．Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂｙ ｕｓｉｎｇ ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｈｉｇｈ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｆｕｒｎａｃｅ，ｓｔａｇｅ ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ ｔｅｓｔ ｏｎ ｖａｎａｄｉｕｍ ａｎｄｔｉｔａｎｉｕｍ ｉｒｏｎ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｅ ｗｉｔｈ ｃａｒｂｏｎ－ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ ｐｅｌｌｅｔｓ ｕｎｄｅｒ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ｏｆ １ ３５０℃ａｎｄ ｉｎｎｉｔｒｏｇｅｎ ａｔｍｏｓｐｈｅｒｅ ｉｓ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ，ａｎｄ ｉｔｓ ｔｉｓｓｕｅ ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ，ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｉｓ ａｌｓｏ ｓｔｕｄｉｅｄ ｂｙ ＴＧ－ＤＴＡ，ＸＲＤ，ＳＥＭ ａｎｄ ｏｔｈｅｒ ｔｅｓｔｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ．Ｔｈｅ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｎ ｑｕｉｃｋｒｅｄｕｃｔｉｏｎ ｏｆ ｖａｎａｄｉｕｍ ａｎｄ ｔｉｔａｎｉｕｍ ｉｒｏｎ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｅ ｏｆ ｃａｒｂｏｎ－ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ ｐｅｌｌｅｔｓ ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ ｉｓ Ｆｅ２ＴｉＯ４ａｎｄＦｅ３Ｏ４，３（Ｆｅ３Ｏ４）·Ｆｅ２ＴｉＯ４，Ｆｅ３Ｏ４·Ｆｅ２ＴｉＯ４，Ｆｅ２ＴｉＯ４ａｎｄ ＦｅＯ，Ｆｅ ａｎｄ ＦｅＴｉ２Ｏ５．Ｉｎ ｔｈｅ ｓｔａｇｅ ｏｆｇｅｎｅｒａｔｉｎｇ ｆｌｏａｔ ｂｙ ｍａｇｎｅｔｉｔｅ ｉｒｏｎ ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ，ｔｈｅ ｎｅｗ ｐｈａｓｅ ｏｆ Ｆｅ２ＴｉＯ４ｉｓ ｇｅｎｅｒａｔｅｄ，ａｎｄ ｆｉｎａｌｌｙ ｖａｎａｄｉｕｍａｎｄ ｔｉｔａｎｉｕｍ ｉｒｏｎ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｅ ｉｓ ｒｅｄｕｃｅｄ ｉｎｔｏ Ｆｅ ａｎｄ（Ｆｅ，Ｍｇ）Ｔｉ２Ｏ５．Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｄｉｒｅｃｔ ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ；ｖａｎａｄｉｕｍ ａｎｄ ｔｉｔａｎｉｕｍ ｉｒｏｎ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｅ；ｐｅｌｌｅｔｓ；ｏｒｅ 钒钛磁铁矿是一种铁、 钒、钛等元素共生的复合矿， 具有较高的综合利用价值。现已查明，世界钒钛磁铁矿的储量达４×１０１０ ｔ以上，主要集中在如前苏联的卡契卡纳尔和古谢沃戈尔、美国和中国等国家。其 中，中国的钒钛磁铁矿已探明储量为９．８３×１０９ｔ［ １－３］。采用高炉冶炼处理钒钛磁铁矿，只能回收铁和钒，钛以ＴｉＯ２形式进入高炉渣而无法回收利用。为了实现 铁、钒、钛资源高效清洁分离及综合回收利用，近年来 转底炉煤基直接还原技术成为处理钒钛磁铁矿的新 工艺之一， 虽然该工艺已有一定的进展，但基础研究还很薄弱，进一步深入研究其铁、钛等有价金属在高温快速还原过程中的相变历程，对该工艺的完善和产业化应用具有重要的现实意义。 钒钛磁铁矿的物质组成和结构特点决定了其还
四川攀枝花钒钛磁铁矿矿床浅析 ——020131 林少伟一、区域地质简介 区内最古老的地层为上震旦系，分两层，下部是蛇绿岩石化大理岩；上部是透辉石和透辉石大理岩互层。上三叠纪地层在本地区最发育，分布在矿区北部和西北部，其底部是紫红色砂砾岩；上部为灰绿色砂岩与黑色砂页岩互层，含煤。老第三系紫红色砂砾岩呈水平或近水平，不整合覆盖于老底层之上。（如图1-1） 图1-1 攀西地区位于峨眉山大火成岩省的内带，是世界上最大的V-Ti 磁铁矿矿集区, 其中多处为大型-超大型V-Ti 磁铁矿床(Zhou, 2005; 宋谢炎等, 2005; 张招崇等, 2007; 胡瑞忠等, 2010)。沿南北向的磨盘山——元谋断裂和攀枝花断裂带发育一系列含Fe-Ti-V 矿的层状基性-超基性岩体，从北向南依次为太和岩体、白马岩体、新街岩体、红格岩体和攀枝花岩体。 攀枝花层状辉长岩体走向北东，倾向北西，倾角50°~ 60°，长19 km，宽2 km，厚2000～3000m, 出露面积约30 km2。下部主要含矿带厚70～500 m，平均210 m，其中矿体累计厚度为20～230 m，平均130 m，沿倾向延伸850 m 未见变薄(李德惠等, 1982; 王正允, 1982; 宋谢炎等, 1994)。后期由于受南北向反扭性平移断裂破坏，自北东向南西可将矿床划分为朱家包包、兰家火山、尖山、刀马坎、公山等赋矿地段(图1-2)。岩体上盘因断层影响只见三叠纪地层与之呈断层接触。下盘围岩争议较大，多认为靠近岩体底部的大理岩是岩体底板围岩，并认定属于上震旦统灯影灰岩(图1-2)。 攀枝花岩体自下而上可分为底部边缘带、下部含矿带、中部岩相带、上部含矿带和顶部岩相带等5个岩相带，可划分出五个旋回；上部岩相带则以磷灰石含量的突然增高为标志，韵律层理减弱(王正允, 1982; 宋谢炎等, 1994)。攀枝花岩体中部岩相带火成韵律构造发育，富含斜长石的辉长岩和富含单斜辉石、橄榄石和钛铁氧化物(包括磁铁矿和少量钛铁矿)的暗色辉长岩交替出现(李德惠等, 1982; 王正允, 1982)。原生火成韵律构造与岩体产状一致。岩石中硅酸盐矿物
钒钛磁铁矿选矿方法浅析 1引言 钒钛磁铁矿在中国分布广泛，储量丰富,储量和开采量居 全国铁矿的第三位。地质勘测表明，仅攀枝花-西昌地区的钒钛磁铁矿储量就达100亿t ,占全国铁矿探明储量的20%;钒资源
储量为1 578.8万「占全国钒资源储量的62%，占世界钒储量的11.6%;钛资源储量为8.7亿t ,占全国钛资源储量的90.5%，占世界钛储量的35.2%。此外还伴生有90万t钻、70 万t镍、25万t 钪、18万t镓以及大量的铜、硫等资源。 钒钛磁铁矿的开发利用经历了以高炉冶炼钒钛磁铁矿、雾化提钒和钛精矿选矿为代表的三个重要阶段，逐步实现了铁、钒和钛元素的规模化利用。随着提取冶金技术进步以及开发利用技术的不断完善，综合利用矿石中的钻、镍、铜、钪、镓和硫等有价元素也正在成为可能。 2钒钛磁铁矿的性质 钒钛磁铁矿矿床主要产在基性、超基性侵入岩中，矿石以 富含铁、钛为特征。矿床生成方式分为晚期岩浆分异型矿床及晚期岩浆贯入型矿床；含矿岩石组合类型有辉长岩型-辉石岩-橄榄岩型等。矿石中主要金属矿物组分为钛磁铁矿、钛铁矿、硫化矿物三种，而主要工业矿物中均富含多种有用组分：钛磁铁矿主要有Fe、Ti、Vi、Cr、Co、Ni、G a，钛铁矿主要有Ti、Fe、Sc ，硫化矿物主要有S、C o、Vi、Cu及铂族等。矿石中有用组分的分布特征如下。 (1)铁。主要含在钛磁铁矿中，其分配值及分配率随矿石品级增高而增加，一般为高品位矿93%左右，中品位矿78%?88%,低品位矿67%?75%, Fe表外矿51%?63%。此外，钛铁矿及脉石矿物也含有较多的铁，钛铁矿中分配率随矿石品级
钒钛磁铁矿基本情况 我国钒钛磁铁矿床分布广泛，储量丰富，储量和开采量居全国铁矿的第三位，已探明储量98.3亿吨，远景储量达300亿吨以上，主要分布在四川攀枝花地区、河北承德地区、陕西汉中地区、湖北郧阳、襄阳地区、广东兴宁及山西代县等地区。其中，攀枝花地区是我国钒钛磁铁矿的主要成矿带，也是世界上同类矿床的重要产区之一，南北长约300km，已探明大型、特大型矿床7处，中型矿床6处。钒矿资源较多，总保有储量V2O5 2596万吨，居世界第3位。 钒矿主要产于岩浆岩型钒钛磁铁矿床之中，作为伴生矿产出。钒矿作为独立矿床主要为寒武纪的黑色页岩型钒矿。钒矿分布较广，在19个省(区)有探明储量，四川钒储量居全国之首，占总储量的49%；湖南、安徽、广西、湖北、甘肃等省(区)次之。钒钛磁铁矿主要分布于四川攀枝花-西昌地区及河北承德地区，黑色页岩型钒矿主要分布于湘、鄂、皖、赣一带。钒矿成矿时代主要为古生代，其他地质时代也有少量钒矿产出。 钛矿主要为钒钛磁铁矿中的钛矿、金红石矿和钛铁矿砂矿等。钒钛磁铁矿中的钛主要产于四川攀枝花地区。金红石矿主要产于湖北、河南、山西等省。钛铁矿砂矿主要产于海南、云南、广东、广西等省(区)。钛铁矿的TiO2保有储量为3.57亿吨，居世界首位。钛矿矿床类型主要为岩浆型钒钛磁铁矿，其次为砂矿。从成
矿时代来看，原生钛矿主要形成于古生代，砂钛矿则于新生代形成。 含钒钛磁铁矿岩体分为基性岩（辉长岩）型和基性-超基性岩（辉长岩－辉石岩－辉岩）型两大类，前者有攀枝花、白马、太和等矿床，后者有红格、新街等矿床。总的来说，两种类型的地质特征基本相同，前者相当于后者的基性岩相带部分的特征，后者除铁、钛、钒外，伴生的铬、钴、镍和铂族组分含量较高，因而综合利用价值更大。钒钛磁铁矿不仅是铁的重要来源，而且伴生的钒、钛、铬、钴、镍、铂族和钪等多种组份，具有很高的综合利用价值。 钒钛磁铁矿一般技术路线为磁选-重选-浮选、浮选-磁选-重选、磁选-浮选-重选-浮选、浮选-弱磁-强磁-重选等相结合的选矿工艺。 例如：磁选-重选-浮选工艺，首先采用弱磁选，获得钒铁精矿，磁选尾矿经重选或者重选和强磁结合得钛精矿，重选尾矿再浮选除硫磷分别获得钴硫精矿和磷精矿。 浮选-磁选-重选工艺，首先优先浮选除S，获得钴硫精矿，再浮选除P，获得磷精矿，使钴、硫、磷最大限度富集在相应的精矿产品中，除杂效果也比较彻底，使浮选尾矿经磁选富集的钒钛磁铁精矿、磁选尾矿经重选富集的钛精矿的硫磷将至最低。 钒钛磁铁矿工业品位一般为：TFe≥20%，V2O5≥0.1—0.5%;TiO2≥12%,
我国铁矿石资源供给形势 随着我国经济持续高速的发展，钢铁工业迅速发展。国内各钢铁企业对矿石的需求量增长迅猛，国内的矿山生产已远远满足不了需求，不得不依靠国外的优质铁矿石资源。据统计，1985年我国进口铁矿石突破1000万t，2002年突破1亿t，2004年突破2亿t，2005 年1～7月份累计进口铁矿石已达2亿t。 国内的铁矿石资源中易选的磁铁矿资源日益减少，充分利用国内的资源，提高钢铁企业矿石的自给率，缓解进口铁矿石的压力，维持优质的铁矿原料供给，必须以科技的进步来推动贫铁矿资源的高效开发与利用。我国铁矿矿床类型多，贮存条件复杂，矿石类型多，硫、磷、二氧化硅等有害组分含量高，多组分共生铁矿石占了很大比重，而且有用组分嵌布粒度细，因此采选难度大、效率低、产品质量差。 几十年来，广大选矿工作者针对我国铁矿资源“贫、细、杂”的特点开展了大量的研究工作，解决了诸多技术难题，使我国铁矿选矿技术得到长足进步和发展，总体水平有很大提高。尤其是近年来，研制并成功应用了新的高效分选设备、新的高效浮选药剂以及新的分选工艺。从而使选矿工艺指标取得了突破性进展。 铁矿选矿技术及选矿设备简介 （一）矿石破碎 我国选矿厂一般采用粗破、中破和细破三段破碎流程破碎铁矿石。粗破多用1.2m或1.5m旋回式破碎机，中破使用2.1m或2.2m标准型圆锥式破碎机，细破采用2.1m或2.2m 短头型圆锥式破碎机。通过粗破的矿石，其块度不大于1m，然后经过中、细破碎，筛分成矿石粒度小于12mm的最终产品送磨矿槽。 （二）磨矿工艺 我国铁矿磨矿工艺，大多数采用两段磨矿流程，中小型选矿厂多采用一段磨矿流程。由于采用细筛再磨新工艺，近年来一些选矿厂已由两段磨矿改为三段磨矿。采用的磨矿设备一般比较小，最大球磨机3.6m×6m，最大棒磨机3.2m×4.5m，最大自磨机5.5m×1.8m，砾磨机2.7m×3.6m。磨矿后的分级基本上使用的是螺旋分级机。为了提高效率，部分选矿厂用水力旋流器取代二次螺旋分级机。 （三）选别技术 1.磁铁矿选矿主要用来选别低品位的“鞍山式”磁铁矿。由于矿石磁性强、好磨好选，国内磁选厂均采用阶段磨矿和多阶段磨矿流程，对于粗粒嵌布的磁铁矿采用前者（一段磨矿），细粒、微细粒嵌布的磁铁矿采用后者（二段或三段磨矿）（图3. 2.23）。我国自己研制的系列化的永磁化，使磁选机实现了永磁化。70年代以后，由于在全国磁铁矿选矿厂推广了细筛再磨新技术，使精矿品位由62%提高到了66%左右，实现了冶金工业部提出精矿品位达到65%的要求。 2.弱磁性铁矿选矿主要用来选别赤铁矿、褐铁矿、镜铁矿、菱铁矿、假象赤铁矿或混合矿，也就是所谓的“红矿”。这类矿石品位低、嵌布粒度细、矿物组成复杂，选别困难。80年代后，选矿技术方面对焙烧磁选、湿式强磁选、弱磁性浮选和重选等工艺流程、装备和新品种药剂的研究不断改进，使精矿品位、金属回收率不断提高。如鞍钢齐大山选矿厂采用弱磁—强磁—浮选的新工艺流程，获得令人鼓舞的成就。 3.多金属共（伴）生矿选矿这类矿石成分复杂、类型多样，因此采用的方法、设备和流程也各不相同，如白云鄂博铁矿采用反浮选—多梯度磁选、絮凝浮选、弱磁－反浮选－强磁选、弱磁－正浮选、焙烧磁选等不同的工艺流程，以提高铁的回收率，并综合回收稀
浅谈超贫钒钛磁铁矿资源的开发现状及未来发展 摘要：钒钛磁铁矿资源的开发利用为相应产业提供了不可替代的物质基础，选矿及综合开发利用技术进步较快为该资源开发利用提供了成熟的工艺和技术。进一步研究开发目标是实施节能新工艺和全面综合开发利用建立现代矿业生态工业园示范区。本文主要根据成矿类型、分布特点、资源条件、采选技术条件、开采方式、选矿一般工艺流程和矿产品的销售成本，分析了开发利用超贫磁铁矿活动中存在的主要问题，提出了相应的对策措施和建议。 关键词：超贫钒钛磁铁矿资源；开发现状；综合利用；发展趋势 1钒钛磁铁矿理论概述分析 含钒钛磁铁矿岩体分为基性岩（辉长岩）型和基性-超基性岩（辉长岩－辉石岩－辉岩）型两大类，前者有攀枝花、白马、太和HYPERLINK”http：//https://www.doczj.com/doc/1f12469439.html,/view/36919.htm”等矿床，后者有红格、新街HYPERLINK”http：//https://www.doczj.com/doc/1f12469439.html,/view/1106895.htm”等矿床。总的来说，两种类型的地质特征基本相同，前者相当于后者的基性岩相带部分的特征，后者除铁、钛、钒外，伴生的铬、钴、镍和铂族组分含量较高，因而综合利用价值更大。钒钛磁铁矿不仅是铁的重要来源，而且伴生的钒、钛、铬、钴、镍、铂族和钪等多种组份，具有很高的综合利用价值。在这样的背景下，我国铁矿资源的开发利用出现了一种新的类型——超贫钒钛磁铁矿，主要分布在我国河北承德、赤峰宁城、辽宁北票等地区，超贫钒钛磁铁矿规模巨大，为含磁铁矿的基性、超基性岩浆岩侵入体，承德地区共出露大小超贫钒钛磁铁矿成矿岩体、岩株磁性异常区近180个，为岩体型矿化，矿体厚大。 2钛矿的生产及市场情况分析 我国的钛矿采选非常分散，据不完全统计，有80多家经营钛矿的采选厂，每年只生产约7×105t～8×105t钛精矿。现在造成钛矿分散经营的原因，一是体制问题，另一个原因是没有发现大型钛砂矿床，不便于集中开采。这种钛矿分散经营状况，对钛和钛白生产的大型化是不利的。 目前国内市场对钛矿的需求量约5×105t（以矿中TiO2计），因为国内天然金红石生产量很少，全部用钛铁矿约需1×106t。国内年产钛铁矿精矿约为8×105t，在钛白生产大幅度增产的情况下，已发生过供不应求的局面，从澳大利亚进口天然金红石和钛铁矿，也从越南和朝鲜进口钛铁矿。 3钒钛磁铁矿综合回收现状分析 3.1现行流程只实现了铁、钒和钛的回收，其它有益元素如：镓、钪和锌等未实现回收，造成了资源的浪费。经分析高炉烟筒灰中含有锌，含量已达到回收利用的价值，有些企业未对该废资源进行回收，采用外卖方式消耗掉；经检
关于承德地区超贫钒钛磁铁矿的剖析及铁矿石价格的预测 一、超贫磁铁矿的定义 超贫磁铁矿尚无严格的定义，一般是指全铁品位低于现行规范需选铁矿石边界品位要求，矿石量规模较大，在当前技术经济条件下可以开发利用的含铁岩石的统称。河北省颁布的《超贫磁铁矿勘查技术规程(暂行》，将边界品位低于2O%的铁矿石统称为超贫磁铁矿，而内蒙古自治区建议的超贫磁铁矿工业指标，含铁矿石边界品位(mFe)为6% 。 二、超贫磁铁矿的界定 依据中国现行铁矿规范, 需选铁矿石分为两个亚类: 一类是矿石品位TFe > 50% , 因矿石含多种有用组分和有害杂质, 需要分离以后方可用于工业的一般富矿; 另一类是矿石品位TFe 50%～20% ,需通过选矿工艺使其人为富集成为富矿后才能利用的贫矿。超贫磁铁矿则属于矿石品位TFe < 20% ,需通过选矿工艺使其人为富集成为富矿后才能利用的贫矿, 属于需选矿石亚类中的一种。 三、河北省超贫磁铁矿资源状况 1.矿床成因类型 河北省目前已发现和正在开发利用的超贫磁铁矿, 有3种主要成
因类型。 （1）超基性岩型超贫磁铁矿。主要分布在承德市、张家口市、秦皇岛市, 其矿体产于深成的基性- 超基性杂岩体中, 受河北省北部尚义- 赤城-平泉; 丰宁- 隆化; 上黄旗- 乌龙沟; 密云- 喜蜂口; 滦县- 青龙深大断裂或次级断裂构造的控制。基性- 超基性杂岩体一般分布在深大断裂构造的两侧或其次级断裂构造带中。该类基性- 超基性杂岩体中的超基性岩相, 当其所含的铁元素TFe接近20% , 并含有一定量的m Fe物质, 在当前经济技术条件下可以为工业利用的即为超基性岩型超贫磁铁矿。该类型超贫磁铁矿是河北省超贫磁铁矿的主要成因类型, 其矿石自然类型主要为辉石岩型、角闪岩型、辉石角闪岩型、角闪辉石岩型、透辉岩型, 矿物成分主要为辉石、角闪石、橄榄石(少量) 等暗色矿物, 其次为斜长石、磁铁矿、磷灰石等。其化学成分: SiO2 30%～42%、CaO 10%～23%、MgO 8% ～12%、V2O5 0112% ～0114%、TiO2 019%～213%、S 01017%～1115%、P 0104%～1115%、TFe 12% ～18%、m Fe 5% ～10%。该类型矿床成矿母岩规模一般较大, 矿床规模亦较大。其所含的V, Ti, P等元素可综合利用。 (2) 基性岩型超贫磁铁矿。主要分布在承德市承德县、滦平县一带的基性杂岩体中, 在石家庄市元氏- 赞皇一带亦有零星分布,其成矿母岩为辉长岩和苏长岩, 主要矿物为基性斜长石, 次要矿物为普通辉石、紫苏辉石、角闪石, 副矿物为磁铁矿、钛铁矿、金红石和刚玉等。在该类岩石中, 岩浆分异作用较好的成为传统的钒钛磁铁矿矿床, 典型的有承德市大庙钒钛磁铁矿矿床、承德县黑山钒钛磁铁矿矿床和
钒钛资源分类及储量 成都工业学院材料工程学院邹建新 攀枝花学院材料工程学院彭富昌 根据国家《钒钛资源综合利用和产业发展“十二五”规划》、《攀枝花钒钛矿资源潜力评价报告》等资料显示，我国钒资源主要赋存于钒钛磁铁矿和含钒石煤中。其中钒钛磁铁矿中钒资源占总储量的53%，集中分布在四川攀西和河北承德地区；其中含钒石煤中钒资源占总储量的47%，主要分布在陕西、湖南、湖北、安徽、浙江、江西、贵州等地。我国钛资源主要赋存于钒钛磁铁矿、钛铁矿和金红石矿中。其中钒钛磁铁矿中钛资源占总储量的95%；钛铁矿中钛资源占总储量的近5%，主要分布在云南、海南、广东、广西等地；金红石矿储量较少，主要分布在湖北、河南、山西等地。 攀枝花钒钛磁铁矿除含铁外，还共生钛，伴生钒、铬、钴、钪、镓等元素，均达到相应元素的特大型矿山储量。其中： 钛的潜在资源量为19.8亿吨(以TiO2计，下同)，探明资源储量约7.22亿吨，保有资源储量4.39亿吨，占全国储量的93%，为全球的32%，居世界第一位； 钒的潜在资源量为4463.8万吨(以V2O5计，下同)，探明储量4290万吨，保有储量1020万吨，占全国储量的63%，居世界第三位； 伴生的铬、钴、钪、镓等元素，是国家重要的战略资源，均属海量。其中：铬(Cr2O3)保有储量为696万吨；钴(Co)保有储量为152万吨；钪保有储量为23万吨；镓(Ga)保有储量为21万吨，仅攀枝花、红格、白马三矿区伴生在表内矿中的镓储量就相当于55个大型镓矿床的储量。 参考文献： 1. 邹建新，彭富昌.钒钛概论[M]，北京：冶金工业出版社，2019 2. 邹建新，崔旭梅，彭富昌.钒钛化合物及热力学[M]，北京：冶金工业出版社，2019 3. 邹建新，周兰花，彭富昌.钒钛功能材料[M]，北京：冶金工业出版社，2019
铁矿石 铁是世界上发现最早，利用最广，用量也是最多的一种金属，其消耗量约占金属总消耗量的95%左右。铁矿石主要用于钢铁工业，冶炼含碳量不同的生铁（含碳量一般在2%以上）和钢（含碳量一般在2%以下）。生铁通常按用途不同分为炼钢生铁、铸造生铁、合金生铁。钢按组成元素不同分为碳素钢、合金钢。合金钢是在碳素钢的基础上，为改善或获得某些性能而有意加入适量的一种或多种元素的钢，加入钢中的元素种类很多，主要有铬、锰、钒、钛、镍、钼、硅。此外，铁矿石还用于作合成氨的催化剂（纯磁铁矿），天然矿物颜料（赤铁矿、镜铁矿、褐铁矿)、饲料添加剂（磁铁矿、赤铁矿、褐铁矿）和名贵药石（磁石）等，但用量很少。钢铁制品广泛用于国民经济各部门和人民生活各个方面，是社会生产和公众生活所必需的基本材料。 铁矿石分类： 1.磁铁矿 磁铁矿（Magnetite）是一种氧化铁的矿石，主要成份为Fe3O4，是Fe2O3和FeO 的复合物。FeO 31.03%，Fe2O3 68.97%或含Fe 72.2%，O 27.6%，等轴晶系。单晶体常呈八面体，较少呈菱形十二面体。在菱形十二面体面上，长对角线方向常现条纹。集合体多呈致密块状和粒状。颜色为铁黑色、条痕为黑色，半金属光泽，不透明。硬度5.5～6.5,比重4.9～5.2, 无解理，脉石主要是石英及硅酸盐。具有强磁性。还原性差，一般含有害杂质硫和磷较高。在选矿（Beneficiation）时可利用磁选法，处理非常方便；但是由于其结构细密，故被还原性较差。经过长期风化作用后即变成赤铁矿。磁铁矿中常有相当数量的Ti4+以类质同象代替Fe3+，还伴随有Mg2+和V3+等相应地代替Fe2+和Fe3+，因而形成一些矿物亚种，即： (1)钛磁铁矿 Fe2+(2+x)Fe3+(2-2x)TixO4(0＜x＜1＝，含TiO212%～16%。常温下，钛从其中分离 成板状和柱状的钛铁矿及布纹状的钛铁晶石。 (2)钒磁铁矿 FeV2O4或Fe2+(Fe3+V)O4，含V2O5有时高达68.41%～72.04%。 (3)钒钛磁铁矿为成分更为复杂的上述两种矿物的固溶体产物。 (4)铬磁铁矿含Cr2O3可达百分之几。 (5)镁磁铁矿含MgO可达6.01%。 磁铁矿是岩浆成因铁矿床、接触交代-热液铁矿床、沉积变质铁矿床，以及一系列与火山作用有关的铁矿床中铁矿石的主要矿物。此外，也常见于砂矿床中。在自然纯磁铁矿矿石很少遇到，常常由于地表氧化作用使部分磁铁矿氧化转变为半假象赤铁矿和假象赤铁矿。所谓假象赤铁矿就是磁铁矿（Fe3O4）氧化成赤铁矿（Fe2O3），但仍能保持其原来的晶形，所以叫做假象赤铁矿。 2.赤铁矿 赤铁矿（Hematite）赤铁矿为无水氧化铁矿石，其化学式为Fe2O3，理论含铁量为70%。这种矿石在自然界中经常形成巨大的矿床，从埋藏和开采量来说，它都是工业生产的主要矿石。由其本身结构状况的不同又可分成很多类别，如赤色赤铁矿（Red hematite）、镜铁矿（Specularhematite）、云母铁矿（Micaceous hematite）、粘土质赤铁（Red Ocher）等。赤铁矿含铁量一般为50%～60%，含有害杂质硫和磷比较少，还原较磁铁矿好，因此，赤铁矿是一种比较优良的炼铁原料。赤铁矿有原生的，也有野生的，再生的赤铁矿的磁铁矿经过氧化以后失去磁性，但仍保存着磁铁矿的结晶形状的假象赤铁矿，在假象赤铁矿中经常含有一些残余的磁铁矿。有时赤铁矿中也含有一些赤铁矿的风化产物，如褐铁矿（2Fe2O3·3H2O）。赤铁矿具有半金属光泽，结晶者硬度为 5.5～6，土状赤铁矿硬度很低，无解理，相对密度4.9～5.3，仅有弱磁性，脉石为硅酸盐。自然界中Fe2O3的同质多象变种已知有两种，即α-Fe2O3和γ-Fe2O3。前者在自然条件下稳定，称为赤铁矿；后者在自然条件下不如α-Fe2O3稳定，处于亚稳定状态，称之为磁赤铁矿。赤铁矿：Fe 69.94%，O 30.06%，常含类质同象混入物Ti、Al、Mn、Fe2+、Ca、Mg及少量Ga和Co。三方晶系，完好晶体少见。结晶赤铁矿为钢灰色，隐晶质；土状赤铁矿呈红色。条痕为樱桃红色或鲜猪肝色。金属至半金属光泽。有时光泽暗
第一章铁矿石常用的选矿方法 第一节磁铁矿选矿流程 磁铁矿石主要包括单一磁铁矿矿石、钒钛磁铁矿 矿石、含磁铁矿混合矿石和含磁铁矿多金属共生矿石， 磁铁矿属强磁性产物，在磁铁矿选矿中普遍采用以弱 磁选工艺为主的选别流程： 1、单一弱磁选流程：选别作业采用单一弱磁选工艺，适合于矿物组成简单的易 选单一磁铁 矿矿石；可进一步划分为两类：连续磨矿-弱磁选流程、阶段磨矿-阶段选别流程。 1)连续磨矿-弱磁选流程：适用于嵌布粒度较粗或含铁品位较高的矿石。根据 铁矿无的嵌布 粒度，可采用一段磨矿或两段连续磨矿，磨矿产品达到选别要求后进行弱磁选。 2)阶段磨矿-阶段选别流程：适用于嵌布粒度较细的低品位矿石。在一段磨矿 石进行磁选粗 选，抛弃部分合格尾矿，磁选粗精矿在给入二段磨矿（再磨）进行再磨再选。如果能再粗磨条件下，经过选别丢弃大量尾矿，对于减少后续磨矿和分选作业负荷、降低成本是有利的。 2、弱磁选-反浮选流程：主要针对的是某些铁矿石精矿石品位难以提高、铁精 矿中SiO2等 杂质组成偏高的问题，工艺方法包括磁选-阳离子反浮选流程和磁选-阴离子反浮选流程两种。
3、弱磁选-精选流程：这种流程方法是对某些铁矿石精矿品位难以提高、铁精 矿石中SiO2 等杂质组分偏高的问题开发出来的。 4、弱磁-强磁-浮选联合流程：主要用于处理多金属共生铁矿石和混合铁矿石， 分为三类： 1)弱磁选-浮选流程：主要用于处理伴生硫化物的磁铁矿矿石。根据矿石性质 进一步分为先 磁后浮和先浮后磁两种。 2)弱磁-强磁流程：主要用于处理磁性率较低的混合矿石。特点是采用弱磁选 首先分离弱磁 性的磁铁矿,弱磁选尾矿再采用强磁选回收赤铁矿等弱磁性矿物。 3)弱磁-强磁-浮选流程：主要用于处理多金属共生铁矿石。 第二节赤铁矿选矿流程 赤铁矿化学成分为Fe2O3、晶体属三方晶系的氧化物 矿物。与等轴晶系的磁赤铁矿成同质多象。晶体常呈板状； 集合体通常呈片状、鳞片状、肾状、鲕状、块状或土状等。 呈红褐、钢灰至铁黑等色，条痕均为樱红色。 1、焙烧磁选流程：当矿物组成比较复杂而其他选矿方法难以获得良好的选别指 标时，往往 采用磁化焙烧宣发；对于粉矿常用强磁选、重选、浮选等方法及其联合流程进行选别。 2、赤铁矿浮选流程：
第一章总论 1.1概述 1.1.1项目名称、建设单位 项目名称：年处理60万吨钒钛磁铁矿工程项目 建设单位：朝阳金工钒钛科技有限公司 法人代表：孙志国 建设地址：喀左县公营子镇冶金铸造工业园区 企业介绍：该公司是按照现代企业制度，由朝阳金河创业投资有限公司、喀左鑫晟矿业有限公司、上唐矿业投资有限公司、喀左县晟奥钒钛科技有限公司和自然人丛培军合资组建，公司注册资金3000万元，注册地址位于喀左县公营子冶金铸造工业园区。 朝阳金工钒钛科技有限公司成立于2012年11月，公司致力于中国冶金行业发展，先后于中国冶金研究院、北京钢院、东北大学、承钢、攀钢、北京神雾集团建立了产学研合作关系；围绕共伴生难选复合矿综合利用技术，深度开采技术，合理利用低品位矿，钒钛资源综合利用和尾矿资源合理回收利用，发展新一代电炉熔分提钛和转炉提钒等可循环流程工艺技术开发与应用开展研发工作，目前，开发项目己进入中试阶段，研发产品经专家评定和各项实验结果证明，采用快速立式还原炉加电炉熔分新型创新还原生产工艺，可使喀左区域资源量富集，可进入规模化生产阶段。 1.1.2项目建设的必要性 钒是一种重要钢铁合金元素，可显著提高钢的硬度、强度、耐磨性、延展性、改善钢的切削性能，在钢中添加万分之几就对钢的强度有明显的提高，因此在国民经济中得到广泛应用。钒常用于低碳钢或高碳钢、HSLA 钢、高合金钢、工具钢和铸铁生产中，这些合金被用于喷气机和火箭等的超耐热材料，溅射靶，真空管蒸镀，V3Ga合金系超导材料，原子能工业的
快中子反应堆的包套材料，空压机，起落架，汽车等。 钒的氧化物也是化学工业中不可缺少的催化剂，用于生产硫酸及石油产品的裂化过程的催化剂。在硫酸生产过程中，钒可防止二氧化硫的排放，去除天然气中的硫化物和石油燃烧所生成的氮氧化物。 钛作为一种重要钢铁合金元素，也在国民经济中得到广泛应用。钛及其合金具有重量轻、强度大、耐热性强、耐腐蚀等许多优特性，钛及其合金不仅在航空、宇宙航行工业中有着十分重要的应用，而且已经开始在化工、石油、轻工、冶金、发电等许多工业部门中广泛应用。 辽宁朝阳地区具有大量的低品位钒钛磁铁矿，矿中含铁、钛、钒为主并伴生有少量其他可综合利用组分的矿物。如何将朝阳地区的贫矿资源就地转化，进而达到提升当地超低品位矿产资源附加值最大化的终极目标，是目前急需解决的问题。 辽西超贫钒钛磁铁矿资源，具有原矿品位低、矿物结构复杂、难以简单选别富集等诸多先天性的不足。但通过深入研究发现，该矿也具有自身的鲜明特点，采取一定的选冶手段，可以使Ti、V、Fe加和品位达到一定的富集度，再通过针对性强的工艺开发，能找到适合的清洁生产的工艺手段，达到较短流程、相互分离、低度排放、环境友好、高附加值产出的工艺路线效果，从而有望形成围绕辽西超贫钒钛磁铁矿的资源供应、产业拓展(Ti、V、Fe)、合理延伸这样的产业格局，并且这样的产业与东北及华北地区现有大宗产业能很好地兼容互补，能够产生很好的经济及社会效益。为此，朝阳金工钒钛科技有限公司决定建设年处理60万吨钒钛磁铁矿工程项目。 本项目的建设及运行将为唤醒辽西沉睡的超贫钒钛磁铁矿做出突破性贡献，将该类资源的开发及综合利用引向可持续的资源化、高效化道路。针对辽西钒钛磁铁矿的特点，开发了具有鲜明特点的清洁新工艺，走循环经济及生态经济道路，切入Ti、V、Fe综合利用产业经济，除攀西及承德
铁矿石基础知识 v 1 铁矿石的分类及特性 v 2 配料计算 v 3 铁矿石经济性评价 v 1.1 矿石和脉石 v 地壳中的铁贮量比较丰富，按元素总量计占4.2%，仅次于氧、硅及铝居第四位。但在自然界中铁不能纯金属状态存在，绝大多数形成氧化物、硫化物或碳酸盐等化合物。不同的岩石含铁品位可以差别很大。凡在当前技术条件下，从中经济地提取出金属铁的岩石称为铁矿石。这样，铁矿石中除了含Fe的有用矿物外，还含有其他化合物，统称为脉石。常见的脉石有SiO2、Al2O3、CaO及MgO等。v 1.2 天然铁矿石的分类及特征 v 天然铁矿石按其主要矿物分为磁铁矿、赤铁矿、褐铁矿和菱铁矿等几种，主要矿物组成及特征见表1-1。 v 赤铁矿又称红矿，其主要含铁矿物为Fe2O3，其中铁占70%，氧占30%，常温下无磁性。但Fe2O3有两种晶形，一为α- Fe2O3 ，一为γ- Fe2O3 ，在一定温度下，当α- Fe2O3转变为γ- Fe2O3时，便具有了磁性。 v 色泽为赤褐色到暗红色， v 由于其硫、磷含量低，还原性较磁铁矿好，是优良原料。 v 赤铁矿的熔融温度为：1580~ 1640℃。 磁铁矿主要含铁矿物为Fe3O4，具有磁性。其化学组成可视为Fe2O3·FeO，其中FeO=30%，Fe2O3·=69%；TFe=72.4%，O=27.6%。磁铁矿颜色为灰色或黑色，由于其结晶结构致密，所以还原性比其它铁矿差。磁铁矿的熔融温度为：1500~1580℃。这种矿物与TiO2和V2O5共生，叫钒钛磁铁矿；只与TiO2共生的叫钛磁铁矿，其它常见混入元素还有Ni、Cr、Co等。在自然界中纯磁铁矿很少见，常常由于地表氧化作用使部分磁铁矿氧化转变为半假象赤铁矿和假象赤铁矿。所谓假象就是Fe3O4虽然氧化成Fe2O3·，但它仍保留原来磁铁矿的外形。v 在自然界中纯磁铁矿很少见，常常由于地表氧化作用使部分磁铁矿氧化转变为半假象赤铁矿和假象赤铁矿。所谓假象就是Fe3O4虽然氧化成Fe2O3·，但它仍保留原来磁铁矿的外形。它们一般可用TFe/FeO的比值来区分： v TFe/FeO=2.33 为纯磁铁矿石 v TFe/FeO<3.5 为磁铁矿石 v TFe/FeO=3.5~7.0 为半假象赤铁矿石 v TFe/FeO>7.0 为假象赤铁矿石 v 式中，TFe－矿石中的总含铁量（%），又称全铁；FeO－矿石中的FeO含量（%）。 v 褐铁矿通常指含水氧化铁的总称。 v 如3Fe2O3·4H2O称为水针铁矿；2Fe2O3·3H2O才称褐铁矿。这类矿石一般含铁较低，但经过焙烧去除结晶水后，含铁量显著上升。颜色为浅褐色、深褐色或黑色，硫、磷、砷等有害杂质一般多。