钒钛磁铁精矿流态化预还原及深还原熔分综合利用基础研究

China has huge reserves of vanadium and titanium mineral resources which belonging to country strategic economic resources. Since low-grade of titanomagnetite (TTM) concentrate with complex structure, the comprehensive utilization of titanomagnetite (TTM) concentrate has not been achieved. Base on the fluidized-bed pre-reduction and electric furnace smelting separation process, fundamental research on the fluidized-bed reduction and smelting separation of TTM concentrate are conducted. The main researching program is focused as follows: mechanisms of TTM concentrate fluidized reduction behaviors and nonferrous oxides influence on fluidization, characterize phase structure changes in reduction and carbon deposition, investigate the effects of TTM concentrate pre-reduction state and reductant existence forms on melting separation process, reveal regulars of molten phase concentration and element migration, clear the kinetics of the efficient separation between slag and iron and valuable elements mineral phase reconstruction in molten slag. The researching result to be got can provide scientific foundation for the developing of the high efficient of fluidized-bed reduction and smelting separation of TTM concentrate and Ti rich slag further upgrade.

我国钒、钛储量巨大，属于国家战略性矿产经济资源，但因钒钛磁铁精矿品位低，矿相结构复杂，尚未实现其中有价元素的全面高效提取利用。本项目针对此问题，基于流化床直接（预）还原-电炉深（终）还原熔分两步法短流程工艺，开展其中关键技术环节的基础理论研究。重点研究揭示钒钛磁铁精矿气基流态化还原行为机制及非铁氧化物对流化状态作用机理，表征钒钛磁铁精矿直接还原内部矿相结构变化及还原气体析碳行为和活性，为强化流化床预还原及与电炉深还原熔分工艺衔接提供理论依据。考察钒钛磁铁精矿预还原状态和还原剂存在形式对熔分进程影响，揭示还原熔分过程物相富集和元素迁移规律，明晰渣铁高效分离及熔渣有价元素矿相重构机制，为钒钛磁铁精矿高效还原熔分及钛渣分选提质奠定理论基础。

我国钒、钛储量巨大，属于国家战略性矿产经济资源。但因钒钛磁铁矿品位低，矿相结构复杂，尚未实现其中有价元素的全面高效提取利用。本项目针对此问题，基于流化床直接（预）还原-电炉深（终）还原熔分两步法短流程工艺，开展其中关键技术环节的基础理论研究。重点研究钒钛磁铁矿流态化气基直接还原机理、预还原钒钛磁铁矿深还原熔分行为和含钛渣矿相结构演变规律。以期提高钒钛磁铁矿直接还原反应效率，明晰过程反应机理，强化对钛渣产品物相的调控能力，为钒钛磁铁矿高效综合提取利用提供科学指导。.基于此，本项目开展了系列研究，主要研究成果如下：（1）流态化能够实现钒钛磁铁矿粉矿颗粒的直接气固接触反应，其表观扩散激活能显著小于球团矿直接还原，效率提高一倍以上。（2）由于直接还原过程中钛铁晶石过渡相生成，及杂质氧化物的固溶效应，钒钛磁铁矿实际还原平衡还原势要高于对应纯铁氧化物还原势，过程金属化率也会有所降低。（3）采用预氧化调控手段改善原矿物相，可以提高钒钛磁铁矿预还原金属化率13%以上，反应效率提高10%以上。但由于氧化物过程铁板钛矿中间相的存在，预氧化存在理论极值，对此相应给出了钒钛磁铁矿化学计量转变路径。（4）高气速和低CO2含量有利于析碳量增加和碳化铁的生成，而H2含量增加显著提高了游离碳比例。直接还原过程析出碳活性高，可实现铁氧化物的中温自还原。（5）通过活度模型计算，钒钛磁铁矿熔分过程渣中高碱度、高TiO2含量、低Al2O3含量均有利于V还原，但高温影响最为明显。（6）实验室及中试熔分结果显示熔分铁浴在渣金界面存在竞争机制，渣中碳含量可以作为渣中FeO还原的一个操作指标。（7）熔融钛渣在1250℃以上以15℃/min快速冷却可以促进黑钛石相析出，避免镁铝尖晶石与透辉石出现。（8）单相、高温、高碱度有利于降低玻璃相脆性，提高黑钛石的长大和破碎单体解离度，为后续提质生产奠定了基础。