在2025年，鈦精礦行業(yè)技術(shù)持續(xù)發(fā)展，新工藝不斷涌現(xiàn)。我國(guó)攀西地區(qū)擁有極為豐富的釩鈦磁鐵礦資源，其中共生的鈦儲(chǔ)量占據(jù)全國(guó)鈦儲(chǔ)量的 90.54%，在世界鈦儲(chǔ)量中也占比 35.17% 。目前，相關(guān)企業(yè)已建成國(guó)內(nèi)最大的鈦鐵礦生產(chǎn)基地，對(duì)這一寶貴資源的綜合利用，對(duì)我國(guó)西部經(jīng)濟(jì)大開(kāi)發(fā)戰(zhàn)略意義重大。

  鈦鐵礦作為生產(chǎn)金屬鈦和鈦白的關(guān)鍵原料，卻因品位較低，直接用于制取金屬鈦和鈦白時(shí)，存在生產(chǎn)率低、“三廢” 排放量大以及生產(chǎn)成本高昂等問(wèn)題。因此，通常需將其預(yù)先富集為高品位的富鈦料。此前已研究和提出眾多鈦鐵礦富集方法，其中電爐法冶煉應(yīng)用廣泛并形成較大工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模。國(guó)外電爐法多采用密閉電爐，而我國(guó)仍沿用敞口電爐，由于技術(shù)裝備水平落后，導(dǎo)致?tīng)t況不穩(wěn)定，生產(chǎn)成本居高不下，加之電力資源存在一定限制，電爐法發(fā)展一直處于停滯狀態(tài)。所以，研發(fā)具有中國(guó)特色的鈦精礦制取富鈦料新工藝，對(duì)推動(dòng)我國(guó)鈦工業(yè)發(fā)展具有重要現(xiàn)實(shí)意義。

  一、鈦精礦原料性能分析

  (一)鈦精礦成分與粒度

  浮選鈦精礦的化學(xué)成分有著特定的組成。其主要化學(xué)成份中，TFe 含量為 31.60%，TiO?含量達(dá) 47.76%，此外還包含 SiO?、Al?O?、CaO、Mg、V?O?、MnO、S、P 等成分 。在粒度組成方面，粒度大于 0.076mm 的占比 0.5%，粒度在 -0.076 + 0.045mm 區(qū)間的占比 29.35%，而粒度小于 -0.045mm 的占比 70.15% 。這樣的成分與粒度特點(diǎn)，對(duì)后續(xù)的工藝處理有著重要影響。

  (二)還原煤特性

  用于回轉(zhuǎn)窯 “火力模型” 擴(kuò)大試驗(yàn)的還原煤，是河南義馬煤經(jīng)破碎后篩分出 5 - 25mm 粒級(jí)部分。從其主要物化特征來(lái)看，工業(yè)分析顯示，水分(W)含量為 10.72%，灰分(A)含量 11.3%，揮發(fā)分(V)含量 30.48%，固定碳(C)含量 46.97% 。在灰渣熔點(diǎn)方面，變形溫度(DT)為 1160℃，軟化溫度(ST)為 1200℃，流動(dòng)溫度(FT)為 1300℃ 。并且，該還原煤在不同溫度下的反應(yīng)性呈現(xiàn)出一定規(guī)律，如 750℃時(shí)反應(yīng)性 α 為 4.07%，800℃時(shí)為 4.65%，900℃時(shí)提升至 22.11%，950℃時(shí)為 40.92%，1000℃時(shí)為 64.3%，1050℃時(shí)為 83.25%，1100℃時(shí)高達(dá) 93.11% 。其揮發(fā)分高、灰熔點(diǎn)高以及反應(yīng)性良好等特性，使其成為一種優(yōu)質(zhì)的還原劑，為鈦精礦的還原過(guò)程提供了有力支持。

  (三)粘結(jié)劑成分

  《2025-2030年全球及中國(guó)鈦精礦行業(yè)市場(chǎng)現(xiàn)狀調(diào)研及發(fā)展前景分析報(bào)告》顯示，試驗(yàn)采用的粘結(jié)劑是一種專(zhuān)利產(chǎn)品 “復(fù)合粘結(jié)劑”，為水溶性固體粉狀物料，粒度 -0.15mm 占比 100% 。其主要成分包含 SiO?、Al?O?、CaO、MgO、Fe?O?、P、S、固定碳(C 固)等 。具體含量為 SiO? 42.60%、Al?O? 14.19%、CaO 6.15%、MgO 4.76%、Fe?O? 0.20%、P 4.02%、S 0.04%、C 固 28.16% 。這種粘結(jié)劑在鈦精礦球團(tuán)制備過(guò)程中發(fā)揮著關(guān)鍵作用，有助于提高球團(tuán)的成型質(zhì)量與性能。

  (四)添加劑作用

  試驗(yàn)所使用的添加劑 KS 是一種無(wú)機(jī)化合物，其突出特點(diǎn)是不含 S、P 等有害雜質(zhì)。在鈦精礦球團(tuán)還原過(guò)程中，添加劑 KS 具有促進(jìn)鐵氧化物還原以及鐵晶粒長(zhǎng)大的重要作用。在實(shí)際試驗(yàn)時(shí)，需將添加劑磨細(xì)至 -0.15mm 以下，以便更好地發(fā)揮其功效，助力后續(xù)鐵與鈦的分離及富鈦料的制取。

  二、鈦精礦新工藝研究方法

  新工藝的擴(kuò)大試驗(yàn)工藝流程涵蓋多個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，主要包括預(yù)熱球團(tuán)制備、預(yù)熱球團(tuán)直接還原以及金屬化球團(tuán)的磨碎及磁選分離。

  (一)預(yù)熱球團(tuán)制備流程

  混合料首先進(jìn)行配料與混勻操作，隨后通過(guò) 1000mm×600mm 潤(rùn)磨機(jī)進(jìn)行潤(rùn)磨，潤(rùn)磨能顯著提高生球強(qiáng)度，適宜的潤(rùn)磨時(shí)間為 10min 。之后進(jìn)入圓盤(pán)造球機(jī)進(jìn)行造球，造球機(jī)規(guī)格為 1000mm、邊高 150mm 。在造球過(guò)程中，粘結(jié)劑用量為 1.0%，添加劑 KS 用量為 5%，適宜的造球工藝參數(shù)水分為 8.5% 。生球干燥預(yù)熱試驗(yàn)在 200mm 焙燒杯中進(jìn)行，適宜的干燥溫度為 150℃，風(fēng)速 0.55m/s，料高 100mm，時(shí)間 20min 。而較佳的預(yù)熱溫度為 700℃，料高 100mm，時(shí)間 15min 。經(jīng)過(guò)這一系列精細(xì)的操作流程，制備出符合要求的預(yù)熱球團(tuán)，為后續(xù)的還原工序奠定基礎(chǔ)。

  (二)預(yù)熱球團(tuán)直接還原過(guò)程

  預(yù)熱球團(tuán)的直接還原在 1000mm×550mm 的回轉(zhuǎn)窯 “火力模型” 中開(kāi)展。在這個(gè)過(guò)程中，需要嚴(yán)格控制各種工藝參數(shù)，以確保鈦精礦中的鐵氧化物能夠充分還原，同時(shí)促使鐵晶粒長(zhǎng)大到便于后續(xù)機(jī)械分選的粒度，實(shí)現(xiàn)鈦精礦中 Fe/Ti 的高效分離。

  (三)磁選分離步驟

  金屬化球團(tuán)首先經(jīng)過(guò)顎式破碎機(jī)及對(duì)輥破碎機(jī)破碎至 -3mm，然后在 600mm×1000mm 球磨機(jī)內(nèi)進(jìn)行濕磨，直至 -0.076mm 占比達(dá)到 95% 左右 。隨后采用 500mm 筒式磁選機(jī)進(jìn)行分離，一段磁選磁場(chǎng)強(qiáng)度為 159.156kA/m，掃選磁場(chǎng)強(qiáng)度為 254.650kA/m 。通過(guò)這一磁選分離步驟，將金屬化球團(tuán)中的磁性物質(zhì)與非磁性物質(zhì)有效分離，從而得到磁性產(chǎn)品和富鈦料。

  三、回轉(zhuǎn)窯直接還原鈦精礦擴(kuò)大試驗(yàn)結(jié)果

  (一)工藝參數(shù)優(yōu)化試驗(yàn)成果

  影響直接還原效果的因素眾多，本次選取主要因素進(jìn)行優(yōu)化試驗(yàn)。在還原溫度 1100℃，窯體轉(zhuǎn)速 1r/min，球團(tuán)入窯溫度 1050℃的條件下，對(duì)碳鐵比(C/Fe)、高溫還原時(shí)間和爐料填充率進(jìn)行試驗(yàn)。結(jié)果顯示，在填充率、還原溫度和還原時(shí)間一定時(shí)，當(dāng) C/Fe 從 1.7 增加到 2.2，還原產(chǎn)品的金屬化率 ηm 和富鈦料的 TiO?品位大幅提升;但 C/Fe 從 2.2 增至 2.7 時(shí)，效果提升不明顯且成本大幅增加，因此 C/Fe 選取 2.2 。當(dāng)填充率為 20%，C/Fe 為 2.2 時(shí)，高溫時(shí)間從 180min 延長(zhǎng)至 210min，產(chǎn)品金屬化率 ηm 和富鈦料的 TiO?品位顯著提高，延長(zhǎng)至 240min 變化不明顯，所以高溫還原時(shí)間選擇 210min 合適 。在 C/Fe 為 2.2、高溫還原時(shí)間 210min 條件下，填充率從 16% 提高到 20%，產(chǎn)品金屬化率和富鈦料的 TiO?品位均明顯提高，故填充率以 20% 為宜 。通過(guò)這些優(yōu)化試驗(yàn)，確定了適宜的工藝參數(shù)，為高效制取富鈦料提供了保障。

  (二)球團(tuán)對(duì)比試驗(yàn)結(jié)論

  為對(duì)比預(yù)熱球團(tuán)和冷固結(jié)球團(tuán)的還原效果并驗(yàn)證小試結(jié)果，進(jìn)行了對(duì)比試驗(yàn)。在 C/Fe、高溫還原時(shí)間、還原溫度和填充率相同條件下，兩種球團(tuán)還原效果差異顯著。預(yù)熱球團(tuán)的金屬化率 ηm 和富鈦料的 TiO?明顯高于冷固結(jié)球團(tuán)。冷固結(jié)球團(tuán)高溫時(shí)間達(dá) 420min 時(shí)，才與預(yù)熱球團(tuán)還原 180min 的效果接近，但富鈦料 TiO?品位未達(dá) 74% 。這表明鈦精礦冷固結(jié)球團(tuán)還原效果遠(yuǎn)不及預(yù)熱球團(tuán)，且達(dá)到相同還原效果所需時(shí)間長(zhǎng)得多，因此選取預(yù)熱球團(tuán)更為合適，進(jìn)一步驗(yàn)證了小試結(jié)果的準(zhǔn)確性。

  四、總結(jié)

  新工藝成功開(kāi)發(fā)，關(guān)鍵在于采用新開(kāi)發(fā)的添加劑 KS 和預(yù)熱球團(tuán)技術(shù)。添加劑 KS 大幅降低還原溫度，促進(jìn)鈦鐵礦還原，強(qiáng)化 Fe/Ti 在磨選過(guò)程中的分離，預(yù)熱球團(tuán)技術(shù)進(jìn)一步增強(qiáng)了添加劑的作用。與電爐法相比，新工藝以劣質(zhì)煤為能耗，電耗少、成本低、投資省，不存在還原劑污染成品問(wèn)題，設(shè)備均為常規(guī)設(shè)備，工藝可靠且易于推廣。

  在添加劑 KS 用量 5%、粘結(jié)劑用量 1%，球團(tuán)經(jīng) 700℃預(yù)熱 15min 后在 1100℃還原的條件下，適宜的 C/Fe 為 2.2 左右，高溫還原時(shí)間≥210min，填充率 20% 左右 。在此條件下，所得鈦精礦金屬化球團(tuán)的金屬化率 ηm>92%，經(jīng)破碎磨礦磁選，得到富鈦料 TiO?>74%，回收率 > 90%，磁性物 TFe>81%，回收率 > 86%，磁性物可供煉鋼及粉末冶金使用 。該新工藝為攀西鈦精礦的綜合利用開(kāi)辟了新的可行途徑，有望推動(dòng)我國(guó)鈦工業(yè)朝著更高效、更經(jīng)濟(jì)、更環(huán)保的方向發(fā)展。

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