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钛渣的冶炼原理1．钛渣冶炼的原理及工艺流程电炉熔炼钛渣的实质是钛铁矿与固体还原剂无烟煤(或石油焦或叫焦炭)等混合加入电炉中进行还原熔炼，矿中铁的氧化物被选择性地还原为金属铁，钛的氧化物被富集在炉渣中，经渣铁分离后，获得钛渣和副产品金属铁。
钛精矿的主要组成是TiO2和FeO，其余为SiO2、CaO、MgO、Al2O3和V2O5 等，钛渣冶炼就是在高温强还原性条件下，使铁氧化物与碳组分反应，在熔融状态下形成钛渣和金属铁，由于比重和熔点差异实现钛渣与金属铁的有效分离。
期间可能发生的化学反应如下：Fe2O3+C=2FeO+CO （1）FeO+C=Fe+CO （2）以钛精矿为原料，敞口电炉冶炼钛渣的工艺流程如图1所示。
钛渣图1、工艺流程图2. 电炉冶炼的主要特征钛渣是一种高熔点的炉渣，钛渣熔体具有强的腐蚀性、高导电性和其粘度在接近熔点温度时而剧增的特性，而且这些性能在熔炼过程中随其组成的变化而发生剧烈的变化。
2.1钛渣的高电导率和熔炼钛渣的开弧熔炼特征2.1.1钛渣的高电导率钛铁矿在熔化状态具有较大的电导率，在1500℃时为2.0～2.5ks/m,在1800℃为5.5～6.0ks/m，随着还原熔炼钛铁矿过程的进行，熔体组成发生变化，FeO含量减少，而TiO2和低价钛氧化物的含量增加，因此其电导率迅速上升，如加拿大索雷尔钛渣在1750℃电导率为15～20ks/m，而一般的炉渣在1750℃电导率为100s/m，可见钛渣的电导率比普通冶金炉渣的电导率高数十倍甚至几百倍，比普通离子型电解质（如Nacl液体在900℃时的电导率约为400s/m）的电导率都高很多，且温度变化对钛渣电导率影响不大,这些都说明钛渣具有电子型导电体的特征。
2.1.2熔炼钛渣电炉的开弧熔炼特征钛渣的高电导率决定了熔炼钛渣电炉的开弧熔炼特征，即熔炼钛渣的热量来源主要依靠电极末端至熔池表面间的电弧热，这就是所谓的“开弧冶炼”,而在高电阻炉渣的情况下，电极埋入炉渣,熔炼过程的热量来源主要是渣阻热，即所谓的“埋弧熔炼”。
攀枝花浮选钛精矿烘干工艺与尾气异味关系的实例分析谢泽君【摘要】通过对浮选钛精矿烘干、尾气处理方式及浮选药剂进行分析,查明烘干尾气产生异味的外在决定因素是温度。
实践表明,合理控制烟气温度,可有效降低尾气异味;同时,湿式除尘除臭工艺对消除尾气异味及尾气除尘具有一定的效果。
通过将两种手段有机结合,确定浮选钛精矿烘干的最佳工艺流程为间接烘干+尾气湿式除尘除臭。
【期刊名称】《资源信息与工程》【年(卷),期】2018(033)006【总页数】4页(P85-88)【关键词】浮选钛精矿;烘干;湿式除尘除臭;药剂【作者】谢泽君【作者单位】[1]攀枝花市先力矿业有限公司,四川攀枝花617000;【正文语种】中文【中图分类】TD95攀西钒钛磁铁矿是自然界赐予攀枝花市的独有资源，其中钛的储量占全国钛总储量的95%左右。
然而，截至上世纪90年代，从钒钛磁铁矿中回收钛铁矿的工艺仅有重选-电选或重选-磁选工艺流程，且只能回收大于0.074 mm的钛铁矿，回收率极低，仅仅10%左右，钛铁矿资源浪费十分严重，攀枝花全市钛精矿的年产量仅仅5万吨左右。
19世纪40年代，前苏联已有浮选法生产钛精矿的先例，但钛精矿含钛仅45%左右，只能用于高钛渣的冶炼。
20世纪90年代，攀钢钛业公司选钛厂技术攻关团队经过数年的攻关，终于找到了有效回收钛铁矿(+0.02 mm)的工艺，即强磁-浮选工艺流程，浮选药剂为MOS，钛铁矿的综合回收率得到显著提高。
攀枝花钛铁矿开发利用真正步入快速发展的道路。
经过多年的研究与探索，浮选药剂更新换代，先后出现了MOS、XT、R1、R2等多种钛铁矿浮选捕收剂，攀西地区钛精矿呈现井喷式增长，年产钛精矿(含钛47%以上)高达300万吨，增长近100倍。
然而，随着浮选钛精矿产量的增加，浮选烘干工序又出现了新的难题——烘干尾气存有异味，严重影响人们的生活。
倘若浮选钛精矿烘干尾气异味不能得到有效解决，将严重制约攀西地区钒钛磁铁矿的开发利用，尤其是钛铁矿的综合回收利用。
海绵钛镁热还原项目的背景和意义工业上生产海绵钛的方法是在高温下用金属镁还原TiCl4，镁热还原工艺是镁热法（克劳尔法）生产海绵钛的关键性环节。
高钛渣或人造金红石在氯化炉经过氯气氯化后，得到粗TiCl4，再通过精馏工序获得精TiCl4，在还原反应炉中，将金属镁置入反应器，通过还原加热炉升温，获得液态镁，在还原反应器大盖顶部通入精TiCl4，金属镁和TiCl4在反应器内发生复杂的高温气液混合还原反应，生成钛坨和液态MgCl2，钛坨经真空蒸馏后得到海绵钛，MgCl2外排进入电解工序循环制镁。
四川恒为制钛科技有限公司是攀枝花市第一家生产海绵钛的企业，产能已达到0.5万t/a以上，攀钢海绵钛厂已建成1.5万t/a 规模的海绵钛生产线，钢城集团公司的海绵钛生产规模达0.5万t/a，楚雄、禄劝等攀枝花周边地区的云南铜业公司、新立有色金属公司的万吨级海绵钛项目正在建设或已启动了前期工作。
由于国内产能的相对饱和，海绵钛售价（7-8万元/t）与成本（5-6万元/t）差距不大，因此，提高生产效率，降低生产成本对海绵钛生产过程开展工艺和装备技术优化研究十分必要。
镁热还原工序是影响海绵钛生产成本和质量的重要环节之一。
还原反应是周期性的，每炉反应过程是先装料，再加热，还原结束后出炉冷却，拆卸，还原周期一般需要几天才能完成。
还原工艺参数中，TiCl4加料速度、反应温度、反应压力及镁利用率等对生产周期和产品质量都有重要影响，进而影响生产效率和成本。
在还原反应器中，镁还原TiCl4时，TiCl4的加料速度控制着还原速度，并对反应温度和反应压力影响很大，直接影响海绵钛的成长结构和质量，同时决定了还原周期，当加料速度过快，热量不能及时外排，会造成高温区域，生成致密钛，当加料速度过低，会加长生产周期，降低生产效率。
因此，在还原过程中，它是一项重要的工艺参数。
国外的TiCl4平均加料速度是国内的1.8倍，因此，要缩短生产周期，增大设备生产效率，在保证海绵钛质量的情况下，必须提高加料速度。
钛渣生产过程中的原料原创邹建新等生产原料主要有钛精矿、还原剂等。
（1）钛精矿钛精矿的质量不仅影响还原熔炼过程的技术经济指标，而且对产品的质量有着十分重要的影响。
钛精矿中的非铁杂质是造渣成分，在还原冶炼过程中基本上不被还原而富集在渣中，降低高钛渣TiO2的含量。
因此，应使用非铁杂质含量低的钛精矿。
用钛和铁氧化物的总量来衡量钛铁矿质量的好坏。
而硫和磷是熔炼高钛渣的有害杂质，不仅影响高钛渣产品的质量，而且使副产品金属铁的质量变坏。
一般来讲，钛精矿的硫含量应小于0.1%，磷含量小于0.05%。
粒度粗一些可以降低在熔炼过程中的飞扬损失和有利于改善环境。
通常情况下粒度应该大于0.060mm以上，如果粒度低于0.060mm以下，就必须采用造球工艺了。
并且如果钛铁矿粒度过细的话，容易被烟气带走2%-3%，损失是比较大的。
（2）还原剂从工艺和经济合理性考虑，应选择活性高，电导率低，灰分低，挥发份低，含硫量低和廉价的还原剂。
活性高可以增加还原速度，减少熔炼时间，降低能耗和提高生产能力。
电导率低可改善炉料性能，保证合理的供电制度。
灰分低可减少其对高钛渣产品的污染。
挥发份低可减少熔炼过程的排气量，有利炉况的稳定。
国内外生产实践表明，无烟煤是熔炼高钛渣合适的还原剂，它的含碳量和活性高，价格低廉，来源可靠。
因此还原剂应使用灰分低，挥发份低和含硫低的无烟煤。
（3）粘结剂目前生产中应用的粘结剂有中温煤沥青和酸性纸浆废液。
沥青的粘结效果好，但对环境影响较大且烟气不易治理，不利于劳动保护。
纸浆废液含硫高，粘性差，其制成的球团料在熔炼时易塌料翻渣，使炉况不稳，也不能在炉表面形成牢固的烧结炉料拱桥，使热辐射损失增加，且不利于提高钛渣的品位。
粘接剂主要是在敞口电炉和半密闭电炉上使用。
——《钒钛产品生产工艺与设备》，北京：化工出版社，邹建新等,2014.01【钒钛资源综合利用四川省重点实验室（攀枝花学院）】。
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T i O2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。
第41卷第1期2021年2月冶金与材料M etallurgy and m aterialsYol.41 No.lFebruary2021钛中矿综合利用研究进展李斐然“2,邹敏2(1.西华大学材料科学与工程学院，四川成都610039;2.攀枝花学院钒钛学院，四川攀枝花617000)摘要:文章介绍了攀枝花地区钒钛磁铁矿的开发利情况，对钛屮矿综合利用发展趋势进行了展望。
结合钛 屮矿各元素含量的特点，参考转底炉煤基直接还原技术和亚熔盐分解技术提出了“碳还原一亚熔盐分解”联合 工艺提高钛中矿二氧化钛品位的新途径，该工艺可以显著提高二氧化钛的品位至钛精矿标准，满足作为钛白粉 生产原料要求,具有广阔的应用前景。
关键词:钛中矿;综合利jii;二氧化钛;转底炉；亚熔盐钥■钦磁铁矿是以铁、饥、钦儿素为主，并伴有其他有价金属的多元共生铁矿，综合利用价值很高。
我W攀 西地区钒钛磁铁矿储量丰富，探明储量146亿t，K中伴生钦资源8.02亿丨，占全国钛储量90%。
钒钛磁铁矿 在磁选选铁过程屮约有40%~60%的钛进人铁精矿屮，其余部分则进人尾矿。
攀枝花地区的钒钛磁铁矿选矿企业对磁选尾矿的平均钛囬收率只有19.77%,最低的 仅为3.8%,K:余的钛资源进入尾矿之中。
攀西地区少 数选矿企业利用选钛尾矿为原料进行再次选钛得到钛中矿，其1^02品位约为36%~38%，较钛精矿低约10%。
由于钛中矿Ti02含量达不到直接生产海绵钦、人造金 红石、钛白粉以及高钛渣的工业要求，其用于工业化生 产的经济性不高。
文章将对当前攀西地区钛中矿综合利用情况进行综述，并对以后钛屮矿综合利用的新途径提出一些建议。
1攀西地区钦中矿基本情况1.1攀西地区钛中矿的生产情况目前攀西地区钛中矿产量约为100万t/年，38品 位以上钛中矿价格在850〜900元/丨，46品位10钛精矿 价格在122(M330元/1，47品位20钛精矿价格在1300〜1350元/t，其市场价格比钛精矿低400〜500元/t。
第 45 卷第 3 期 中南大学学报(自然科学版) Vol.45 No.3 2014 年 3 月 Journal of Central South University (Science and Technology) Mar. 2014
攀枝花钛精矿碳热还原−真空冶炼工艺
黄润，吕学伟，张凯，宋兵，白晨光 (重庆大学 材料科学与工程学院，重庆，400044) 摘要：运用FactSage软件对攀枝花钛精矿碳热还原后在真空条件下的分离行为进行热力学计算。结果表明：在配 碳量12%(质量分数)，压力100Pa，温度高于1300℃时，气相中开始产生Mg，SiO和Mn蒸气；当温度为1750 ℃时，整个体系内各物质含量趋于稳定值，钛渣品位(折算TiO2)可达94%。在同样的配碳量下，温度为1550℃， 压力低于1000Pa时，气相中也产生Mg，SiO和Mn蒸气。在碳管炉进行了预还原后钛精矿的真空冶炼实验，结 果表明：金属铁已明显挥发出来； 渣的主要物相为Ti2O3，TiO和少量的金属铁，钛渣品位高达93.35%(质量分数)， CaO含量小于1.05%(质量分数)，MgO含量小于0.42%(质量分数)。 关键词：钛精矿；真空冶炼；高钛渣；FactSage 中图分类号：TF135 文献标志码：A 文章编号：1672−7207(2014)03−0684−06
Carbothermic reduction and vacuum smelting of panzhihuailmenite concentrate
HUANG Run, LÜXuewei, ZHANG Kai, SONG Bing, BAI Chenguang (School of Materials Science and Engineering,Chongqing University, Chongqing 400044, China) Abstract: Thephase relations with pressure andtemperature were calculated by FactSage. The results showthat Mg, SiO and Mn vapor are produced in the gas phase under the conditions of carbon addition 12%, temperature 1 300 ℃ and pressure 100 Pa. When temperature is higher than 1750 ℃, the content of each composition in the system keeps a stable value, and the grade of titania is about 94% (convert to TiO2). When the pressure is lower than 1 000 Pa and temperature is 1550 ℃, Mg, SiO and Mn vapor are also produced in the gas phase with the same carbon addition. On the other hand, the prereduced ilmenite is vacuum smelting in a carbon tube furnace. The iron vapor is volatilized. The main phases of the smelted samples are Ti2O3, TiO and little iron metal, the grade of which can reach 93.35%, CaO content is less than 1.05%andMgO content is less than0.42%. Key words:ilmenite;vacuumsmelting;titaniaslag;FactSage
我国攀西地区储藏着丰富的钛资源，约占全国钛 总储量的90%以上， 占世界储量35%， 但主要是含钒、 钛和铁的复合共生矿 [1] 。攀枝花钛精矿是从第一次选 矿后的尾矿中再次选矿而得，钛精矿含钙、镁杂质高， 镁以类质同象赋存于钛铁矿中 [2] 。电炉工艺富集降镁 难度大，必需经过后续处理才能满足生产氯化钛白和 海绵钛的要求 [3] 。盐酸法除钙镁杂质虽然技术可 行，但能耗高，设备腐蚀严重，产生的废酸量及副产 品量大 [4] 。到目前为止，仍未开发出一条适合该资源 特点和制备高品位氯化钛渣的有效途径。真空碳热还 原过程中可脱除还原过程中产生的高蒸气压物质，例 如MgO，SiO2 和ZnO等 [5−12] 。基于此，本文作者采用
收稿日期：2013−03−10；修回日期：2013−05−10 基金项目：国家自然科学基金资助项目(51374262)；中央高校基本科研业务费资助项目(CDJZR11130002) 通信作者：吕学伟(1982−)，男，山东莱芜人，博士，副教授，从事金属提取与分离过程的物理化学问题、钢铁冶金新技术及工艺优化研究；电话： 02365112631；Email: lvxuewei@163.com第 3 期 黄润，等：攀枝花钛精矿碳热还原−真空冶炼工艺 685 FactSage 理论计算和真空实验结合的方法研究了该工 艺的可行性，以期为攀枝花钛精矿的利用提出新的工 艺路线。
1 实验 1.1 原料与设备 实验所用钛精矿和焦粉均取自攀枝花某企业，其 化学成分如表 1 所示。钛精矿的主要物相为钛铁矿、 磁铁矿和镁钛矿，如图 1所示。通过筛分的方法所得 钛精矿的粒度分布如表 2所示，其表明大部分粒度是 小于75 μm。真空冶炼实验采用上海晨华电炉有限公 司生产的ZT−25−20真空碳管炉， 额定功率为25kW， 最高工作温度为2000℃和极限真空为6.67mPa。
表1 实验原料的化学成分(质量分数) Table 1 Chemical analysis of raw materials % TiO2 FeO Fe2O3 CaO 45.64 36.45 6.53 1.12 MnO MgO SiO2 Al2O3 V2O5
钛精矿
0.86 3.22 3.65 1.02 ＜0.10 S P 固定碳 挥发分 灰分 0.65 0.12 83.66 2.22 14.12 灰分组成 Fe2O3 CaO Al2O3 MgO SiO2
焦粉
8.91 6.01 22.26 2.16 47.79
图1 攀枝花钛精矿XRD谱 Fig. 1 XRD pattern of Panzhihua ilmenite concentrate
表2 钛精矿粒度分布 Table 2 Particle size distribution of Panzhihua ilmenite concentrate 粒度/μm ＞150 109~150 75~109 44~75 37~44 ＜37 质量分数/% 0.9 2.4 23.8 44.5 12.8 15.6
1.2 实验研究方法 1.2.1 理论计算 通过 FactSage6.2 软件对钛精矿真空碳热还原进 行热力学计算，分析气相和渣相中的化学成分。开始 反应设置为：100 g钛精矿和12g焦粉(化学成分如表 1 所示)，体系压力 10~1 000 Pa，计算温度区间为 1 200~1800℃。 1.2.2 实验研究 实验前， 先将钛精矿和焦粉按质量比为100:12进 行压块。单个球质量约为30g，直径为30mm，高为 5 mm。然后在竖式电阻炉进行预还原，待炉温达到设 定的温度后，再将球团放入刚玉坩埚里并开始计时。 预还原温度为1 380 ℃，还原时间为20 min，且在整 个还原过程中通氩气保护。关于预还原的更多细节请 参看文献[13−14]。将预还原后的样品放入带石墨盖的 刚玉坩埚中，在碳管炉中进行真空冶炼实验，其实验 装置如图 2所示。迅速升温到预定温度，开始计时。 真空度约20Pa，冶炼实验的温度为1 550℃，冶炼时 间为15min，然后停止加热，待试样冷却后取出。对 获得的样品进行XRD物相和化学分析。
图2 真空碳管炉示意图 Fig. 2 Schematic diagram of vacuum carbon tube furnace
2 结果与分析 2.1 FactSage理论计算 通过FactSage模拟计算，可得到气相和渣相的成中南大学学报(自然科学版) 第 45 卷 686 分及含量。气相和渣相的成分及含量与压力的关系如 图 3 所示。图 3(a)所示为气相中各成分的质量与压力 的关系，其表面在配碳量12%，温度为1 550 ℃时， 压力低于1000Pa时，Mg，SiO和Mn渐渐挥发到气 相中，而且随着压力的降低挥发的更明显 [15] 。气相中 CO 的质量几乎不变，整个气相总质量随着压力的降 低而增加。气相中各成分的质量分数与压力的关系如 图3(b)所示。Fe的质量分数随着压力的降低而增加， CO 的质量分数则随着压力的降低而降低。由于在 1 000 Pa时，各自成分挥发都较少，但随着压力的降 低，Fe蒸气含量迅速增加导致其他成分的质量分数随 着压力的降低而先增加后减少。在同样的条件下，渣 中各成分的质量变化见图 3(c)：Al2O3 和 CaO 基本不 被还原，其质量保持不变；SiO2 和 MgO 的质量随着 压力的降低而降低，MgO的变化尤为明显。当压力在 100~1000Pa之间时， Ti2O3 和TiO2 含量变化不大；当 随着压力继续降低时，其含量均在降低，但都是以 Ti2O3 的含量为主。此时，会有少量的低价钛产生，但 渣中杂质已明显减少， 从而可获得高品位的氯化钛渣。 气相和渣相中不同成分含量与温度的关系如图 4 所示。由图4可知：当配碳量为12%，压力为100Pa， 温度高于 1 200 ℃时，气相中便有少量的 SiO 和 Mn 蒸气产生；当温度高于1 300 ℃时，气相中的Mg和 Fe蒸气也渐渐产生。它们都随着温度的升高而增加， 其中以Fe的质量增加尤为明显；当温度高于1750℃ 时，整个气相体系各成分的含量趋于稳定，其质量分 数为：Fe 50.06%，CO 42.12%，SiO 4.09%，Mg 2.61% 和Mn 1.01%(图4(b))。当温度高于1 300 ℃时，才会 有渣相的形成，其中各成分的含量与温度的关系如图 4(c)和(d)所示。渣相中SiO2 的质量随着温度的升高而 迅速下降，而 Ti2O3 和 TiO2 的质量随着温度升高而增 加。当温度为1650℃时，渣相中SiO2，Ti2O3 和TiO2
