提钒后钒钛磁铁精矿直接还原研究

收稿日期：２０１８０２１４． 基金项目：国家科技支撑计划资助项目 （２０１５ＢＡＢ１８Ｂ００）． 作者简介：韩吉庆 （１９９０—），男，博士研究生，Ｅ－ｍａｉｌ：ｈａｎｊｉｑｉｎｇ００７＠１６３ｃｏｍ． 通讯作者：张力 （１９６９—），男，副教授，Ｅ－ｍａｉｌ：ｚｈａｎｇｌ＠ｓｍｍｎｅｕｅｄｕｃｎ．
Ｓｔｕｄｙｏｎｄｉｒｅｃｔｒｅｄｕｃｔｉｏｎｏｆｖａｎａｄｉｕｍ －ｔｉｔａｎｉｕｍ ｍａｇｎｅｔｉｔｅ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｅｅｘｔｒａｃｔｅｄｖａｎａｄｉｕｍ
ＨａｎＪｉｑｉｎｇ，ＺｈａｎｇＬｉ，ＣｕｉＤｏｎｇ，ＣｈｅｎＸｉａｏ，ＴｕＧａｎｆｅｎｇ
（ＳｃｈｏБайду номын сангаасｌｏｆＭｅｔａｌｌｕｒｇｙ，ＮｏｒｔｈｅａｓｔｅｒｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈｅｎｙａｎｇ１１０８１９，Ｃｈｉｎａ）
第 １７卷第 ２期 ２０１８年 ６月
材 料 与 冶 金 学 报 ＪｏｕｒｎａｌｏｆＭａｔｅｒｉａｌｓａｎｄＭｅｔａｌｌｕｒｇｙ
Ｖｏｌ１７Ｎｏ２ Ｊｕｎｅ２０１８
ｄｏｉ：１０１４１８６／ｊｃｎｋｉ１６７１－６６２０２０１８０２００４
提钒后钒钛磁铁精矿直接还原研究
韩吉庆，张 力，崔 东，陈 晓，涂赣峰
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材 料 与 冶 金 学 报 第 １７卷
（质量分数）３０％ Ｎａ２ＣＯ３，还 原 产 物 的 金 属 化 率 达 到 ９６５％．王 红 兵 等［８］ 实 验 结 果 表 明，在 ｎ（Ｃ）／ｎ（Ｏ）＝１０、还原温度为 １３５０℃、还原时 间 ２５ｍｉｎ的条件下，还原产物的金属化率最高为 ９４５９％．都 兴 红 等［９］实 验 结 果 显 示，还 原 温 度 １１００℃，ｎ（Ｃ）／ｎ（Ｏ）＝１∶１，磨矿粒度控制在 ７５ ～１５０μｍ之间，还原产物的金属化率为 ８０％．上 述报道均为钒钛磁铁矿直接还原研究，且普遍存 在还原温度高、金属化率低的缺点，而对于提钒后 钒钛磁铁矿直接还原鲜有报道．本论文以提钒后 钒钛磁铁精矿和无烟煤为原料，对其进行直接还
钒钛磁铁矿是一种以铁、钛、钒为主，同时含 有少量镍、钴、铬等多种有价元素的矿物，综合利 用价值高．我国的钒钛磁铁矿资源丰富，仅攀西地 区的钒钛磁铁矿储量就高达 １００亿 ｔ［１］．传统的高 炉—转炉流程只能提取其中的铁和钒，钛进入高 炉渣中，形成含钛高炉渣，目前还没有经济可行的 方法对高炉渣中的钛提取利用，只能堆放，这既是 钛资源的浪费，又造成了环境的污染［２－５］．虽然直 接还原是钒钛磁铁矿综合利用的有效手段，但是 钒钛磁铁矿是一种复合矿，铁和钛紧密共生，钒以
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｆｉｒｓｔ，ｔｈｅｐｏｓｓｉｂｉｌｉｔｙｆｏｒｒｅｄｕｃｔｉｏｎｏｆｉｒｏｎｏｘｉｄｅａｔｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｏｆ９５０～１１００℃ ｂｙｕｓｉｎｇＦａｃｔＳａｇｅｓｏｆｔｗａｒｅ ｗａｓａｎａｌｙｓｅｄ． Ｖａｎａｄｉｕｍ －ｔｉｔａｎｉｕｍ ｍａｇｎｅｔｉｔｅｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｅｅｘｔｒａｃｔｅｄ ｖａｎａｄｉｕｍ ａｎｄ ａｎｔｈｒａｃｉｔｅｗｅｒｅｍｉｘｅｄ ｉｎ ａ ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｎｄｐｒｅｓｓｅｄｉｎｔｏｓａｍｐｌｅｓ．Ａｎｄｔｈｅｎｄｉｒｅｃｔｒｅｄｕｃｔｉｏｎｏｆｔｈｅｓａｍｐｌｅｓｗａｓｐｅｒｆｏｒｍｅｄ．Ｅｆｆｅｃｔｓｏｆｃｏｎｔｅｎｔｏｆ ａｎｔｈｒａｃｉｔｅ，ｐａｒｔｉｃｌｅｓｉｚｅｏｆｔｈｅｒａｗｍａｔｅｒｉａｌｓ，ｒｅｄｕｃｔｉｏｎｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅａｎｄｒｅｄｕｃｔｉｏｎｔｉｍｅｏｎｔｈｅｍｅｔａｌｌｉｚａｔｉｏｎｒａｔｉｏｏｆｔｈｅ ｒｅｄｕｃｔｉｏｎｐｒｏｄｕｃｔｗｅｒｅｓｔｕｄｉｅｄ．ＰｈａｓｅｓｏｆｔｈｅｒｅｄｕｃｔｉｏｎｐｒｏｄｕｃｔｗｅｒｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚｅｄｂｙＸ－ｒａｙｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｒｅｄｕｃｔｉｏｎｃａｎｃａｒｒｙｏｕｔａｔｔｈｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓｍｅｎｔｉｏｎｅｄａｂｏｖｅ．Ｗｈｅｎｃｏｎｔｅｎｔｏｆｔｈｅａｎｔｈｒａｃｉｔｅｉｓ１８％ （ｍａｓｓｆｒａｃｔｉｏｎ），ｐａｒｔｉｃｌｅｓｉｚｅｏｆｔｈｅｒａｗ ｍａｔｅｒｉａｌｓｉｓｌｅｓｓｔｈａｎ７５μｍ，ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｉｓ１１００℃，ｒｅｄｕｃｔｉｏｎｔｉｍｅｉｓ９０ ｍｉｎｕｔｅｓ，ｔｈｅｍｅｔａｌｌｉｚａｔｉｏｎｒａｔｉｏｏｆｔｈｅｒｅｄｕｃｅｄｐｒｏｄｕｃｔｃａｎｒｅａｃｈ９９１８％．Ｐｈａｓｅｓｏｆｔｈｅｒｅｄｕｃｅｄｐｒｏｄｕｃｔｍａｉｎｌｙ ｃｏｎｔａｉｎｉｒｏｎ，ａｎｏｓｏｖｉｔｅａｎｄｓｉｌｉｃａｔｅ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｖａｎａｄｉｕｍ －ｔｉｔａｎｉｕｍ ｍａｇｎｅｔｉｔｅｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｅｅｘｔｒａｃｔｅｄｖａｎａｄｉｕｍ；ｄｉｒｅｃｔｒｅｄｕｃｔｉｏｎ；ｍｅｔａｌｌｉｚａｔｉｏｎｒａｔｅ； ｍｉｎｅｒａｌａｎａｌｙｓｉｓ
（东北大学 冶金学院，沈阳 １１０８１９）
摘 要：首先运用 ＦａｃｔＳａｇｅ软件从理论上分析了铁氧化物的还原反应在还原温度 ９５０～１１００℃下发生的可能 性，然后将提钒后钒钛磁铁精矿与无烟煤按比例混匀、压样后进行直接还原实验，研究无烟煤添加量、原料 粒度、还原温度、还原时间对还原产物金属化率的影响，并采用 Ｘ射线衍射分析还原产物的物相变化．结 果表明：在本论文还原温度下，还原反应在理论上是可以进行的．当无烟煤添加量 （质量分数） 为 １８％、 原料粒度 ＜７５μｍ、还原温度为 １１００℃、还原时间为 ９０ｍｉｎ时，还原产物的金属化率可达 ９９１８％，还原产 物的物相主要为金属铁、黑钛石以及硅酸盐． 关键词：提钒后钒钛磁铁精矿；直接还原；金属化率；物相分析 中图分类号：ＴＦ５５ 文献标识码：Ａ 文章编号：１６７１６６２０（２０１８）０２０１０１０６
类质同相的形式赋存于钛磁铁矿中，因而存在还 原温度高、金属化率低的问题．为此，开发低温高 金属化率的直接还原技术，将丰富的资源优势转 化为巨大的经济优势，对促进我国经济发展具有 重要意义．
洪陆 阔 等［６］研 究 结 果 表 明，当 硼 砂 添 加 量 （质量分数）为 ０５％、ｎ（Ｃ）／ｎ（Ｏ）＝１４、还原温 度 １３００℃、还原时间 ３０ｍｉｎ时，还原产物的金属 化率达到 ９６％．陈德胜等［７］研究结果显示，当还 原温度为 １２００℃、还原时间为 １２０ｍｉｎ时，添加