下载文档原格式
还原-锈蚀法生产人造金红石—中国钒钛之都的生产、市场与产业的知识元素原创彭富昌邹建新等还原锈蚀法是一种选择性除铁的方法，首先将钛铁矿中铁的氧化物经固相还原为金属铁，然后用电解质水溶液将还原钛铁矿中的铁“锈蚀”并分离出去，使TiO2富集成人造金红石。
这种方法是澳大利亚研究成功的，在2006年，澳大利亚西方钛公司已建成了年产能力达79万吨锈蚀法人造金红石的工厂。
锈蚀法生产人造金红石包括氧化焙烧、还原、锈蚀、酸浸、过滤和干燥等主要工序。
锈蚀法生产人造金红石工艺流程如图4.3.2所示。
（1）氧化焙烧。
澳大利亚在研究和工业化初期，还原之前进行预氧化焙烧处理，所用原料是半风化的钛铁矿（TiO2含量为54～55%，Fe3+/Fe2+=0.6～1.2）。
预氧化焙烧的目的是为了减少在固相还原过程中矿物的烧结。
钛铁矿预氧化生成高铁板钛矿和金红石：4FeTiO3+O2===2Fe2TiO5+2TiO2但是后期的工业化生产中，已取消了预氧化工序。
氧化焙烧是在回转窑中进行，以燃油为燃料，窑中最高温度为1030℃。
在空气中进行氧化焙烧，先把钛铁矿中的Fe2+氧化为Fe3+，氧化是不完全的，一般仍含有3%~7%的FeO将氧化矿冷却至600℃左右，即进入还原窑。
图4.3.2 锈蚀法生产人造金红石工艺流程示意图（2）还原。
钛铁矿的还原是在回转窑中进行，采用煤作还原剂和燃料，澳大利亚利用本地廉价的次烟煤，物料经氧化后，钛铁矿中的铁得到活化，可提高还原速率和还原率，并可防烧结。
还原温度控制在1180~1200℃，由于温度＞1030℃时，固体碳即生成CO，CO在第一阶段将Fe3+还原为Fe2+，第二阶段将Fe2+还原为Fe，并伴随有部分TiO2被还原。
要防止空气进入而引起金属铁被氧化。
还原可使93％~95％的铁还原为金属铁。
当温度超过1200℃时，则会发生矿物的严重烧结而使回转窑结圈。
窑内温度是通过调节加煤速度和通风速度而控制的。
其反应式如下：Fe2O3·TiO2+3C=2Fe+TiO2+3COFe2O3·TiO2+2CO=FeO·TiO2+Fe+2CO2FeO·TiO2+CO=Fe+TiO2+CO2为了减少锰杂质对还原过程的干扰，澳大利亚在还原过程中加入一定量的硫作催化剂，使矿中的MnO优先生成硫化物，减少锰对钛铁矿还原的影响，而所生成锰的硫化物，可在其后的酸浸过程中溶解而除去，从而可提高产品的TiO2品位。
科技成果培育实施方案为持续推进全面深化改革，深入实施创新驱动发展战略，促进科技成果转化为现实生产力，推动县域经济高质量发展，争创全国县域经济百强县，加快建设社会主义现代化**，根据《促进科技成果转化法》等有关法律法规和省、市关于科技成果转化的工作要求，结合**实际，特制定本实施方案。
一、主要目标聚焦页岩气、钒钛、氢能、玻纤、建筑新材料、装备制造、食品医药“七大产业”集群发展，充分发挥市场配置资源的决定性作用，围绕科技成果转化的关键问题和薄弱环节加强系统部署，优化科技成果转化环境，健全科技成果转化体系，激发创新创业主体积极性和创造性，打通科技成果转化通道，增强产学研用协同科技成果转化能力，促进科技成果资本化、产业化，打造**经济发展新引擎。
二、重点任务（一）丰富科技成果源头供给以市场为导向，有针对性地强化重点领域技术攻关，有效破解卡脖子技术难题，加快高质量重大科技成果产出，将**资源优势转化为产业胜势，打造科技成果转化策源地。
1．激活增量，构建高能级创新联合体。
聚焦页岩气勘探开发和就地转化综合利用，抢抓**综合利用化工园区获批省级化工园区和**承办中国（**）页岩气发展峰会战略机遇，组建区域性乃至具有国内外影响力的页岩气研究院。
高效整合钒钛产业优势科研力量，开展钒钛产业延链强链共性技术和关键核心技术研究，组建高水平钒钛产业技术研究院。
2022年，完成两个研究院基本构建、初步试运行。
到2025年，力争建成组织架构健全、管理体制完善、运行机制灵活、创新资源集聚、科技成果产出高效的创新联合体，抢占创新制高点，凸显**在页岩气、钒钛资源综合利用和产业深度研发领域的影响力和引领作用。
牵头单位：县委组织部责任单位：县发展改革局、县经济和信息化局、县自然资源规划局、县教育体育局、县投资促进服务中心，**经开区2．盘活存量，释放创新平台载体效能。
强化市场导向，紧盯企业需求，着力建强县域省级科技企业孵化器、企业技术中心、工程技术研究中心、院士专家工作站等创新平台，逐步提档升级，带动创新能力和创新水平迈上新台阶。
镁热还原法生产海绵钛的基本原理---乘钒钛文化之风创钒钛产业之都原创邹建新王能为教授等镁还原法生产海绵钛是目前唯一工业化的生产方法。
在高温下用金属Mg或Na还原TiCl4，得到金属钛，呈海绵状，纯度为98.5%~99.7%，工业上叫作海绵钛。
用镁还原法生产金属钛是在密闭的钢制反应器中进行。
将纯金属镁放入反应器中并充满惰性气体,加热使镁熔化(650℃)，在高温下，以一定的流速放入TiCl4 与熔融的镁反应。
镁热还原过程为间歇作业，在惰性气体氩或氦的保护下进行，还原温度为800℃～900℃，在还原过程中间歇排出生成物MgCl2。
还原所得产物中夹有MgCl2和金属镁,可用真空蒸馏法除去并回收。
真空蒸馏温度为950℃～1000℃。
生产海绵钛的原料：液态TiCl4、金属Mg，典型化学成分如表4.8.1和表4.8.2所示。
生产海绵钛的产品：海绵钛（金属钛）、MgCl2。
海绵钛产品的国家标准如表4.8.3所示，海绵钛外观如图4.8.1所示。
生产海绵钛的工艺：克劳尔法（镁热还原法）、亨特法（钠还原法，已淘汰）。
生产海绵钛的设备：倒“U”型或“I”型还原–蒸馏炉，还原罐如图4.8.2所示。
表4.8.1 四氯化钛原料典型化学成分 指标 TiCl 4 Si Fe V 比色度含量 > 99.9%< 0.004%< 0.0007%< 0.0007%5mg K 2Cr 2O 7/L表4.8.2 金属Mg 原料典型化学成分，% 元素 Mg 总杂质 Mn Fe Si Al Cu Cl - K Na 含量99.90.080.05 0.04 0.01 0.02 0.01 0.05 0.005 0.01表4.8.3 国内海绵钛产品标准（GB/T2524-2010）图 4.8.1 含Mg 和MgCl 2杂质的粗海绵钛图 4.8.2 还原反应罐Mg 还原TiCl 4的主反应：TiCl 4（g ）+2Mg(l)─→2MgCl 2(l)+Ti(s) ΔG=-462200+136T (987~1200K)ΔG 01000 = -312.66 kJ/mol常压下，TiCl 4为液态，熔点-23℃，沸点123℃；Mg 的熔点649℃，沸点1107℃。
钒钛铁矿的直接还原工艺我国富有钒钛磁铁矿，特别是四川攀西地区的储量达到100亿吨以上。
目前钒钛磁铁矿的利用途径主要是传统的“高炉—转炉”流程回收铁和钒，而钛则由于进入高炉渣，目前尚无合理手段回收利用，从而造成钛资源的浪费。
采用直接还原技术冶炼钒钛磁铁矿，是实现铁、钒、钛资源综合利用的一个重要研究方向。
近年来，攀钢集团公司对钒钛矿直接还原工艺开展了研究，取得了重要进展。
与普通矿不同，钒钛磁铁矿直接还原具有自己的特点，一是矿相结构复杂，含铁物相还原难度按Fe2O3、Fe2TiO5、Fe3O4、FeO、Fe2TiO4、FeTiO3、FeTi2O5顺序递增，且固溶MgO增加了还原的复杂程度和难度。
二是贮存于2FeO·TiO2、FeO·TiO2和FeO·2TiO2中的铁较难还原，约占全铁含量的1/3以上，因而钒钛磁铁矿直接还原需要更高的还原温度、更好的还原气质量和更长的还原时间。
三是还原过程中出现的膨胀和粉化现象比普通矿更严重。
攀钢的研究工作表明：采用回转窑、竖炉、流化床、焦炉式等设备进行直接还原钒钛磁铁矿，均存在着不同程度的工艺与设备难题，如回转窑结圈、竖炉结瘤等。
相比之下，转底炉的工艺特性和设备特点能够很好地满足钒钛矿直接还原的要求，是钒钛矿直接还原及资源综合利用的较好选择。
由于转底炉直接还原具有高温、快速的工艺特点和炉底与炉料相对静止不动的设备特点，能够缓解还原过程球团膨胀粉化的严重程度，降低球团强度的要求，从而获得更好的可操作性，使其能够满足钒钛磁铁矿直接还原要求，实现铁、钒、钛资源综合回收利用。
攀钢现已建设年处理钒钛矿10万吨的直接还原转底炉试验生产线，以加快钒钛矿直接还原及钒钛资源综合利用的产业化进程。
转底炉是直接还原的关键设备，同时需要解决燃烧供热、传热和还原的问题。
关键在高温还原二区，为了获得适宜的气氛组成、避免球团表面再氧化，二次空气的控制必须精确。
另外，布料装置的设计采用振动给料，通过数学模型控制，确保扇形料面均匀。
1朝阳市钒钛磁铁矿简介朝阳市矿产资源比较丰富，钒钛磁铁矿以贫矿为主，储量巨大，其资源开发和产业发展为朝阳县全力打造有色冶金产业奠定了扎实的基础，钒钛是重要的战略资源，广泛应用于钢铁、有色和化工等行业，大部分作为合金元素和添加剂使用，可再生能力弱。
钒钛产业“十二五”规划提出“到2015 年，钒钛产业结构调整取得明显成效，在布局调整、提高资源利用率、增加经济效益、减少环境污染等建设可持续发展钒钛产业体系方面取得明显进展”的总目标，提出钒钛磁铁矿中钒资源综合利用率达到50%以上、钛资源回收率达到20%以上、主要共伴生金属实现规模化回收利用，同时对钛铁矿、高钛渣、海绵钛、含钒石煤等提出了具体的综合利用指标要求。
2我国钒钛磁铁矿的性质及应用我国钒钛磁铁矿床分布广泛，储量丰富，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，攀枝花地区是我国钒钛磁铁矿的主要成矿带。
这两个地区矿体性质是岩浆矿床超基性岩体。
辽宁朝阳是在2008 年发现钒钛磁铁矿后，2011 年进一步查清了当地钒钛磁铁矿的矿藏与性质，发现 6 处钒钛磁铁矿(见下图)远景储量在200 亿吨以上，风化矿床残坡积矿体。
图 1 现有勘探出钒钛磁铁矿地点3钒钛磁铁矿的开发与利用选矿：攀枝花与承德通过多年实验与改造选矿基本采用磁选、重选及浮选联合工艺。
世界上消耗的钒主要是从钒钛磁铁矿生产出来的。
从钒钛磁铁矿提取五氧化二钒主要有两种工艺流程：(1)先提钒工艺流程，即直接用钒钛磁铁精矿配加钠盐进行氧化钠化焙烧，提取五氧化二钒；提钒后的铁精矿进一步铁、钛分离，该工艺可回收钒钛磁铁精矿中80%左右的钒，铁和钛也能得到充分回收；不足之处是物料处理量大，大规模化生产困难。
(2)髙炉工艺流程，即通过高炉炼铁，使钒随同铁进入铁水，之后再吹炼成钒渣，从钒渣中提取五氧化二钒。
该工艺优点是以炼铁为主，附带回收钒渣，五氧化二钒生产成本较低；不足之处是经过高炉还原——转炉提钒——钒渣钠化提钒处理后，钒总收率较低，仅有45%〜47%；钛在髙炉冶炼过程中进入高炉渣，含二氧化钛20%~22%的高炉渣暂未得到合理利用。
钒钛资源综合利用和产业 发展“十二五”规划 前 言
钒和钛是重要的战略资源主要用于钢铁、有色及化工的原材料生产。钒90%用于钢铁生产可以提高钢材的强度、硬 度和耐磨性是发展新型微合金化钢材必不可少的元素之一。钛有强烈的钝化倾向具有优异的抗腐蚀特性。含钒和钛的材料广泛应用于建筑、汽车、铁路、医疗、国防军工、航空航天等行业。加强钒钛资源综合开发利用促进钒钛产业可持续发展对我国工业发展和国防建设具有重要意义。 钒钛资源综合利用和产业发展“十二五”规划》是我国钒钛资源高效配置、产业布局调整、技术升级改造的重要指南,也是钒钛产业基地建设的重要依据。规划期到2015年。 一、规划基础和背景 (一)发展基础 “十一五”期间在国民经济快速增长带动下我国钒钛资源综合利用及产业集约型发展取得了明显成效。资源保障、产品质量、冶炼深加工、技术及装备等方面显著提升，为进一步转变发展方式、推动产业升级奠定了坚实基础。 资源储量分布进一步探明。截至2010年底，探明钒资源储量（以五氧化二钒计，下同〕4290万吨，比2005年增加1990万吨，占世界总储量的21%；探明钛资源储量（以二氧化钛计，下同〕7.22亿吨，比2005年增加2.32亿吨，占世界总储量的37%。 我国钒资源主要赋存于钒钛磁铁矿和含钒石煤中。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。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。钒钛磁铁矿中钛资源占总储量的95%。钛铁矿中钛资源约占总储量的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。 产业基地雏形初步形成。长期以来，国家对钒钛资源综合利用和产业发展给予了大力支持。依托资源优势，初步建成了以攀钢、承钢为主的四川攀西、河北承德地区钒钛资源综合利用产业基地，形成了攀钢钒钛、河北承钢、山东东佳、河南佰利联、遵义钛厂、宝鸡钛业、宝钢特钢等一批钒钛产品深加工骨干企业。 综合利用取得新突破。“十一五”期间，钒钛企业技术创新能力不断增强，依靠自主研发，创新了超细粒级钛铁矿回收技术、钙法焙烧制取氧化钒清洁生产技术、复合磁选-高效浮选分离钒钛磁铁矿新工艺、氯化法钛白生产工艺等多项关键技术，推动了我国钒钛资源综合利用和产业升级。 产品基本满足国内需求。2010年，我囯钒制品（以五氧化 二钒计，下同）产量6.5万吨、表观消费量4.99万吨，比2005年分别增加3.6万吨和3.34万吨；钛白粉产量147.2万吨、表观消费量147.2万吨，比2005年分别增加77.2万吨和69.9万吨；海绵钛产量5.78万吨、表观消费量5.76万吨，比2005年分别增加4.83万吨和4.72万吨，钛及钛合金材料产量3.83万吨、表观消费量3.69万吨比2005年分别增加2.82万吨和2.36万吨钒钛产品基本满足国内市场需求。 (二)主要问题 我国钒钛产业发展虽然取得了长足进步，但在资源保障、综合利用、产品档次和技术装备水平等方面，问题依然突出。 资源开发粗放，利用水平不高。资源开采仍存在一矿多釆、 大矿小开、采富弃贫等现象。钒钛磁铁矿中钒资源综合利用率仅47%、钛资源回收率不足14%，甚至还有将宝贵的钒钛铁精矿作为铁精矿用于钢铁生产的现象。石煤提钒、钛铁矿提钛水平较低，共伴生稀有金属未实现规模化回收。 深度加工不足，未形成集聚优势。攀西、承德及滇中等钒钛资源优势地区钛精矿产量占全国的95%，但深加工产品钛白粉、海绵钛的产量仅占全国的17%和3%。国内上海、山东、陕西、贵州、河南等钒钛资源深加工地资源保障程度低，难以形成规模经济，布局分散，物流成本高，产业链短。 产品档次较低，创新能力不强。钒钛产品多属中低档次，附加值较低。钒功能材料、高档金红石型和专用钛白粉、大飞机用钛及钛合金等高端产品的研发和生产尚处于起步阶段，多数企业自主创新基础薄弱，至今没有引领全球钒钛产业的龙头企业。 工艺装备落后，环境污染严重。产业还在大量使用敞口式高钛渣电炉、硫酸法钛白粉生产线和半流程海绵钛生产线，装备水平低，生产工艺落后，资源、能源消耗高，污染物排放不达标。 (三)发展形势 从国际看，世界其他国家钒钛产品生产消费量基本保持稳 定，我国钒钛生产大幅提高，对国际市场的影响力不断上升。2010年，我国钒制品、钛白粉、海绵钛、钛及钛合金材料产量占全球产量的比重分别由2005年的27%、15%、9%、11%提高到45%、28%、37%、33%，钒制品、硫酸法钛白粉、海绵钛、钛及钛合金材料的产量已居世界首位。同时，国际竟争曰趋激烈，西方发达国家一方面利用技术优势，集中发展高附加值产品，在氯化法钛白粉、钛及钛合金冶炼、钒基合金、钒功能材料等尖端技术方面对我国实行封锁；另一方面通过直接出口或在我国合资、独资建厂，扩大在我国钒钛产品市场的份额。 从国内看“十二五”期间，随着我国经济结构转型，传统产业升级加快，战略性新兴产业、国防军工、航空航天、海洋工程发展迅速，对钒基合金、钒功能材料、高档钛白粉、大飞机和海洋工程用钛及钛合金等关键品种的需求量将大幅增长，对企业的研发能力和品种质量要求越来越高。同时，随着建设资源节约型、环境友好型社会战略的推进，迫切要求钒钛产业加快转变方式实现产业升级。 二、指导方针和目标 (一) 指导思想 以邓小平理论和“三个代表”重要思想为指导，深入贯彻落实科学发展观，以加快转变钒钛产业发展方式为主线，立足国内市场，坚持控制开发总量，以优化资源配置、调整产业布局、增强技术创新、淘汰落后为重点，推动产业结构调整与升级，提高钒钛资源综合利用水平，走出一条科技含量高、资源消耗低、环境污染小的新型钒钛产业发展道路，实现我国由钒钛资源大国向强国的转变。 (二)基本原则 坚持总量控制与结构调整相结合。立足国内市场，控制资源开发总量，依法合规建设产能，严禁以开发钒钛资源为名，扩大钢铁产能。推动企业联合重组、淘汰落后产能、延长产业链提高资源的综合利用率。 坚持市场引导与宏观调控相结合。充分发挥市场配置资源的基础性作用，加强规划、产业政策标准的引导，依法整合矿山资源，支持符合先进生产力条件的市场主体发展。 坚持技术创新与产业升级相结合。培育企业原始创新、集成创新和引进吸收再创新能力，推进产、学、研、用协同合作。着力突破关键技术瓶颈，加速创新成果转化，提高资源利用和技术装备水平，提升产品档次和质量，满足高端领域市场需求，促进产业升级。 坚持合理开发与资源生态保护相结合。钒钛资源开发要与主要共伴生稀有金属产业化、规模化回收同步，切实做好资源封闭保护和战略储备。注重节能降耗、循环经济和清洁生产，加大污染治理、矿区生态修复，实现产业与社会、环境的和谐发展。 坚持国内开发与“走出去”相结合。充分利用国际、国内两个市场、两种资源，在合理开发利用国内资源的同时，支持企业通过各种形式开发利用海外资源，形成参与国际产业竟争的新格局。 (三发展目标 ) 到2015年，钒钛产业结构调整取得明显成效，在布局调整、提高资源利用率、增加经济效益、减少环境污染等建设可持续发展钒钛产业体系方面取得明显进展。 产业布局形成集聚效应。结合国土资源部《矿产资源节约与综合利用“十二五”规划》矿产资源综合利用示范基地建设，积极推进四川攀西、河北承德等产业基地的深加工产业发展，基地内钛白粉、海绵钛和钛材产量占全国消费需求的50%以上，培育1--2个集资源开发、冶炼、深加工于一体的具有国际竞争力的企业集团。 钒钛生产平稳增长。结合市场需求和国内外资源供给能力，到2015年，全国形成钒制品9.5万吨、钛白粉210万吨、海绵钛15万吨、钛材6万吨生产总量。产业基地形成钒制品9万吨、钛白粉104万吨、海绵钛8.5万吨、钛材4.5万吨生产能力。 资源利用水平显著提高。钒钛磁铁矿中钒资源综合利用率达到50%以上，钛资源回收率达到20%以上，铬、钴、镍等主要共伴生稀有金属实现规模化回收利用。钛铁矿钛资源回收率达到70%以上，高钛渣冶炼钛回收率达到93%以上，海绵钛生产钛回收率达到89%上，含钒石煤钒资源利用率达到80%以上。 自主创新实现新的突破。通过自主研发、引进、消化、吸收和再创新，提高技术装备水平，力争在“直接还原-电炉熔分”工艺、氧化钒清洁生产、高钛渣冶炼、氯化法钛白粉生产、海绵钛生产、含钒石煤资源开发利用等关键生产工艺和技术装备上取得新突破，在高端产品研发、生产和应用上有重大进展。 高档产品比例大幅提升。钒铝合金、大飞机和海洋工程用钛及钛合金等产品实现自主化关键品种自给率达到90%以上，氯化法钛白粉产量占钛白粉总产量的比例达到15%以上，产品结构明显优化。 节能减排取得明显成效。减少废物产生量和排放量，提高废物回收利用率。到2015年，企业环保设施配套完善，污染物100%达标排放；能效水平大幅提高，万元产值能耗比2010年下降20%。 三、重点任务 (一)严格控制提钒钢总量 严格执行钢铁产业宏观调控政策，在不新增加钢铁产能的前提下，依托产业基地内具有资源和技术优势的企业，统筹规划发展周边提钒钢铁企业。提钒炼钢产能保持在2800万吨规模，其
