钒钛磁铁矿直接还原—熔分钛渣熔融析晶富集钛的提质利用基础研究

There is about 45wt% TiO2 in the Ti-bearing slag produced by the process of direct reduction-smelting separation of vanadium-bearing titanomagnetite. The utilization of titanium in Ti-bearing slag is critical to the direct reduction-smelting separation process. However, at present there is no effective and reasonable technology for the utilization of titanium in the Ti-bearing slag, and stacking of the slag has lead to serious resource and environment problems. This project aims to upgrade the Ti-bearing slag by melting-crystallization-selective enrichment method based on the (40-55%)TiO2-MgO-Al2O3-CaO-SiO2 system. The liquid region at 1773-1923K of the system can be determined by the quenching method combined with EPMA and XRD analysis, so the liquidus temperature of Ti-bearing slag the can be obtained. The crystallization behavior of the system can be studied by melting-crystallization method combined with SEM, laser scanning confocal microscope and XRD analysis. The main purposes are to examine the effects of chemical composition, FeOx and B2O3 additions, temperature and cooling rate on the crystallization behavior of anosovite in the slag, as well as to explore the enrichment mechanism of Ti during the crystallization process. This will reveal the effects of chemical composition and experiment conditions on the crystal growth, liberation degree and chemical component of anosovite, as well as provide scientific evidence and theoretical basis for the achieving the comprehensive utilization of Ti-bearing slag by selective enrichment.

钒钛磁铁矿直接还原—熔分钛渣中TiO2含量达45%左右，渣中钛的利用是直接还原—熔分流程的关键。但目前熔分钛渣尚缺乏高效、合理的利用技术，渣的废弃堆放带来严重的资源、环境问题。本项目拟以(40-55%)TiO2-MgO-Al2O3-CaO-SiO2为基础体系，采用熔融析晶富集钛的方法开展熔分钛渣的提质利用研究。利用淬冷法结合SEM、EPMA、XRD等研究该体系1773-1923K的液相区，获得熔分钛渣的液相线温度；采用熔化—冷却析晶法结合SEM、XRD、激光共聚焦显微镜等研究该体系的结晶行为，考察渣系组成、FeOx或B2O3添加剂、热处理条件（温度、降温速率等）等对黑钛石析晶规律的影响，探明Ti在析晶过程中的富集机理，建立黑钛石相晶体长大、钛品位、单体解离度与渣系组成、热处理条件的关系，从而为熔分高钛渣的提质利用提供科学依据和理论基础。

钒钛磁铁矿中钛资源的利用是世界难题，现有高炉炼铁流程及直接还原—熔分流程在提铁的同时使钛资源进入渣相，形成钛渣。由于TiO2含量低，且钛元素呈分散状态分布，因此，钛渣难以作为钛资源直接利用，造成资源浪费。钛渣的升级提钛势在必行。直接还原—熔分流程的优势在于，可使钒钛磁铁矿中的钛资源得到最大程度的富集，得到TiO2含量40%以上的熔分钛渣，远高于高炉钛渣（TiO2含量20-25%），该流程被认为是实现铁精矿钛利用的最佳工艺流程。但是，尽管TiO2含量较高，熔分钛渣中仍含有较高的SiO2、Al2O3等杂质，后续酸法难以处理利用。针对这一问题，本项目团队提出以黑钛石为目标分离相的钛渣提质路线。以TiO2-MgO-Al2O3-CaO-SiO2系为基础体系，研究了该体系在高TiO2区域（>35%）的相平衡、添加剂及热处理条件（降温速率、淬火温度、恒温时间等）对富钛相析晶、晶体长大及单体解离特性的影响规律，明确了以黑钛石为富钛相进行选择性富集分离实现钛渣升级是可行的。该研究获得了TiO2含量高于40%的钛渣的液相线温度及黑钛石的初晶区，探明了可促进析出黑钛石的熔渣组成关键组元，揭示了熔渣化学组成对钛元素富集规律的影响以及连续冷却过程对黑钛石结晶行为、单体解离等的影响规律，为钒钛磁铁矿熔分过程的钛渣调控提供了科学的理论依据和方法指导。该项目的研究，为钒钛磁铁矿中钛资源的利用提供了新的思路，有助于推动突破钒钛磁铁矿高效清洁利用的关键问题，使直接还原—熔分流程更具实施意义和价值，对钒钛磁铁矿的未来发展具有重要的战略意义。