钒钛磁铁矿直接还原工艺探讨

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【摘 要】对钒钛磁铁矿直接还原工艺的特点、现状、投资价格进行简单探讨，指出气基-竖炉直接还原工艺为还原钒钛磁铁矿的发展提供了新的途径。

【关键词】钒钛磁铁矿；直接还原；转底炉；竖炉

1、前言

我国钒钛磁铁矿床分布广泛，储量十分丰富，储量和开采量居全国铁矿的第三位，已探明储量98.3亿吨，远景储量达300亿吨以上，主要分布在四川攀西地区、河北承德地区、陕西汉中地区、湖北郧阳、襄阳地区、广东兴宁及山西代县等地区。

通过多年的努力，钒钛磁铁矿已解决高炉冶炼等多项技术难题，逐渐形成了以高炉-转炉流程为主的综合回收其中铁、钒和钛的技术路线，实现了铁、钒和钛元素的大规模化利用，形成了铁钒钛系列产品的大规模工业生产能力。然而高炉-转炉流程最大的缺点是：为了利用钒钛磁铁矿中的铁和钒浪费了大量的高钛型炉渣，造成钛资源的严重浪费，又形成了巨大的环境压力，所以开发适宜钒钛磁铁矿综合回收利用的工艺流程势在必行。本文对钒钛磁铁矿煤基直接还原工艺的特点、现状、投资价格进行简单探讨，指出煤制气-竖炉直接还原工艺为还原钒钛磁铁矿的发展提供新的途径。

2、国内隧道窑、回转窑、转底炉和竖炉在煤基直接还原工艺中的现状

2.1国内隧道窑工艺现状

我国已建成和正在建设的隧道窑有100多座，随着直接还原铁需求量大增，隧道窑直接还原铁技术也得到不断完善。

钒钛磁铁矿攀枝花攀阳钒钛工贸有限公司通过四年产业化中试，于2009年建成了一条年产能2万t的遂道窑煤基直接还原处理钒钛磁铁矿工业生产线，实现了产业化生产。该工艺流程采用钒钛铁精矿粉与还原剂混合压块、装罐，罐放在窑车上直接进入隧道窑进行还原，制备成金属化物料，金属化物料再进行电炉熔分，实现钒、钛分离，产品为生铁和钛渣[1]。

2.2国内回转窑工艺现状

我国先后进行过回转窑试验的有攀钢西昌410厂、福州回转窑等，20世纪90年代，我国建设了一批用于直接还原普通铁精矿的回转窑，由于回转窑对原料的要求苛刻，能耗高，投资高，运行费用高，生产运行的稳定难度大，生产难扩大等原因在中国得不到很好的发展。

2.3国内转底炉工艺现状

我国对转底炉工艺的研究有一定的历史，其中转底炉煤基热风熔融炼铁工艺，又称恰普法[2]，是由北京科技大学冶金与生态工程学院冶金喷枪研究中心在转底炉直接还原基础上开发的新炼铁工艺。

攀枝花学院与四川龙蟒矿冶公司的科研人员从2004年起就开始进行该工艺研究，经过4年多大量艰苦努力，获得了重大技术突破，获得了高水平研究成果，为产业化提供打下了坚实基础。目前，四川龙蟒集团攀枝花矿冶公司在攀枝花进行产业化建设，取得较好的经济效益。但由于转底炉直接还原工艺中必须“内配煤”，因而对含钛炉渣造成了严重的污染，降低了TiO2的品位。

2.4国内竖炉工艺现状

近年来，中国众多工作者对煤制气-竖炉直接还原铁生产进行了大量调查、研究工作，为中国采用煤制气-坚炉直接还原技术奠定了良好的基础。但煤制气方法的选择、煤选择、煤制气-坚炉工艺的多联产的组合的选择及相关装备等问题还有进一步深入研究和探讨。辽宁海城四型钢公司以煤制气为还原气，氧化球团为原料的竖炉项目，是竖炉是引进墨西哥希尔萨的HyL-ZR装置，设计生产能力为50万t/a；煤制气采用恩德法（流化床）单炉生产能力为40000m3/h[3]。

3、隧道窑、回转窑、转底炉和竖炉在煤基直接还原工艺中的特点

3.1隧道窑工艺特点：目前隧道窑直接还原铁工艺已经很成熟，对原料要求宽松，紧靠装灌方式不同，对原料的含水量有不同的要求，但是存在着流程过长，效率低，能耗高，生产周期长，污染严重，产品质量不稳定等，不适合用于处理大规模的钒钛磁铁矿。

3.2回转窑工艺特点：回转窖对原料的冶金性能要求苛刻，要求球团必须具有足够的机械强度，较低的低温粉化率，还原过程中及还原过后必须有足够的耐磨强度和抗压强度。回转窑内容易结圈，生产流程长，产品成本高，质量差。

3.3转底炉工艺特点：工艺流程短，对原料要求宽松，对球团/压块的强度要求低原料适应性强，炉料不容易粘接、结圈，还原温度高、还原时间短（入炉到出炉20～30分钟），还原的金属化率高，生产效率高，可以很容易地开炉、停炉和调整产量。

3.4竖炉工艺特点：竖炉对球团的机械强度要求较高，较低的低温粉化率和还原膨胀率，还原过后球团必须有足够的强度，产品质量高、自动化程度高，能耗在现行还原方法中最低[4]，可以大型化生产且符合国家节能减排的要求。

4、投资比较

按年产50万吨还原产品工艺投资估算的话：隧道窑、回转窑转底炉、天然气-竖炉、煤制气-竖炉分别投资人民币（亿元）2.5～3.0、7.0～8.0、7.5～10.0、5.0～6.0、7.0～7.5、9.0～10.0。[5]

5、结论

5.1隧道窑工艺能耗高，污染严重不符合国家“节能减排”的发展要求，不适宜在还原钒钛磁铁矿中发展此工艺；回转窑、转底炉工艺特点只适用于中小型生产线进行生产。

5.2气基竖炉可用于大规模处理钒钛磁铁矿，煤制气-竖炉直接还原工艺为还原钒钛磁铁矿的发展提供了新的途径，我国有丰富的煤炭资源，国内有成熟的煤制气技术和长期运行的经验。气基-竖炉直接还原钒钛磁铁矿工艺未来应用前景十分广阔，将逐步改变我国的煤基直接还原钒钛磁铁矿生产的格局，出现了一片大好的发展热潮。