我国钛渣生产技术现状

1、Tech no logy & Equipme nt胡克俊 锡淦 姚娟 席歆/Hu Kejun Xi Gan Yao Jua n Xi Xin我国钛渣生产技术现状Status quo of domestic tita nium slag producti on tech no logy 19942。悯 匸hiz Academic Journal Electronic Flihlidling I 血1綻一 All rights reserved,http:i iietTech no logy & Equipme nt 19942。悯 匸hiz Academic Journal Electronic

2、 Flihlidling I 血1綻一 All rights reserved,http:i iietTech no logy & Equipme nt.、八、-刖言Preface我国钛资源比较丰富，除少量钛铁砂矿外，主要 以钛铁岩矿为主，国内钛铁岩矿的缺点是品位低，杂 质含量高，不能直接满足氯化法钛白对原料的要求， 仅适宜作硫酸法钛白的原料。国内从上世纪50年代就开始对电炉冶炼钛渣的生 产工艺进行研究开发，经过近50年的发展，目前全国 钛渣生产能力仍很小，约15万吨/年，仅占世界年生 产能力的5%如果加上攀钢正在建设的年产6万吨钛 渣厂和承德年产3.3万吨的高钛渣厂，全国总生产能力 也仅占世

3、界的8.1%，与我国丰富的钛资源和全球第二 大钛白生产国的地位极不相称。因此，必须加快我国 钛渣产业的发展，为钛白和钛材业提供更多的优质原 料，减轻钛白行业环保压力，促进我国钛白和钛材工 业整体水平的全面提高。西、海南等地的砂矿虽然容易开采且品位较高，但没 有大型矿床，难于满足大规模开采的要求。中国的钛 矿选厂共有80多家，其中攀钢的产能30多万t/a，云南 约25万t/a，广东、广西、海南3省共约35万t/a，全国 合计产能约90万t/a。而目前国内钛铁矿年需求量约 140万t，商品矿供不应求，需从澳大利亚、加拿大等 国进口钛铁矿和高钛渣，从越南、印度和朝鲜进口钛 矿。由于目前世界范围适合氯

4、化法技术的高品位天然 金红石原料供应严重不足，每年仅41万t左右，因此开 发氯化法用的富钛料，实现生产规模大型化对发展中 国金属钛和钛白工业具有重要意义。我国从50年代末开始冶炼钛渣的研究，当时电 炉容量是400kVA敞开式电炉，到今天已有近50年的 历史。目前全国拥有钛渣电炉30多台（不包括乡镇 企业），是世界上拥有钛渣电炉台数最多的国家，生 产能力约15万t/a,产量约12万t/a。最大的电炉容量 19942。悯 匸hiz Academic Journal Electronic Flihlidling I 血1綻一 All rights reserved,http:i iietTech n

5、o logy & Equipme nt国内钛渣技术发展现状7000kVA（在建 的最大容量25000kVA）,为半密闭Status quo of domestic tita nium slag tech no logy developme nt（矮烟罩）式电炉， 最小的电炉容量400kVA,是敞开式 19942。悯 匸hiz Academic Journal Electronic Flihlidling I 血1綻一 All rights reserved,http:i iietTech no logy & Equipme nt国内钛铁矿一般直接供硫酸法钛白生产作原料， 少量加工成富钛料，供氯

6、化法钛白、四氯化钛、海绵 钛和电焊条工业使用。随着海绵钛和氯化钛白工业的 迅速发展，对钛渣等富钛料的需求越来越大，国内钛 渣产量逐年增加。2005年全球氯化法钛白使用富钛料 占整个钛白工业原料55%硫酸法钛白占45%世界钛 白工业使用富钛料量占所用原料75%以上。而目前国内 氯化法钛白、四氯化钛、海绵钛和电焊条工业四项合 计使用的富钛料才占国内钛矿消耗量的7.5%，硫酸法 钛白占92.5%,与国外相比差距较大，表明在我国发展 富钛料前景广阔。近几年，中国金属钛和钛白粉行业发展迅猛，金 速度增长，2005年，金属钛产量达9370多吨，钛白粉 产量达55万t，对钛铁矿的需求量日益增加。中国的钛 资

7、源比较丰富，主要以钛铁矿为主，四川钛矿占全国 钛矿总储量的90%以上。但中国钛矿90%以上是共生 岩矿，TiO 2含量低，成分复杂，要富集到满足氯化要 求的高品位富钛料需做大量研究开发工作。广东、广 电炉，钛渣产品TiO 2大于90%绝大部分在92%TiO 2以 上，这些产品中约50%乍为生产氯化钛白和海绵钛的 原料,50%用于生产人造金红石，作为电焊条的原料。目前国内还没有用钛渣做硫酸法钛白粉生产的原料， 表明我国钛白工业环保压力大。我国高钛渣生产的特点是：电炉台数多、容量 小、产量低、技术落后，除少数在建电炉外，基本上是 七八十年代的技术水平，产品全部在国内市场销售， 未进入国际市场。国内

8、钛渣科研状况Status quo of domestic tita nium slag tech no logy research国内冶炼钛渣试验最早始于20世纪50年代，1957 年北京有色金属研究总院做了用钛铁矿制取高钛渣扩 大试验，此后过了近20年时间，国内一些科研单位和 生产厂家才大量进行钛渣冶炼试验： 1975年在宣化钢铁公司五七厂做了 400kVAt 炉冶炼铁和钛渣试验；WORLD NONFERROUS METALS 2007.529 1976年在阜新铁合金厂做了 400kVA电炉冶炼 铁和钛渣试验；技术与装备 1976年用锦州铁合金厂1800kVA电炉做了熔炼 铁和钛渣试验； 1

9、979年用遵义钛厂6300kVA电炉进行了电炉熔 炼高钛渣试验； 1979年在锦州铁合金厂1800kVA电炉上再次做 了冶炼酸镕性钛渣工业试验； 1980年用锦州铁合金厂4000kVA电炉做了冶炼 氯化钛渣试验； 1982年在遵义钛厂6300kVA电炉上做了冶炼氯 化钛渣试验。这些试验都是在敞口电炉上进行的，采用自焙电 级，一次加料，操作中存在翻渣结壳现象，电流不稳，变 压器能力不能充分发挥，煤气和半钢得不到很好利用（1）攀枝花钛精矿球团冶炼高钛渣试验1978年，在宣钢五七厂400kvA电炉、阜新铁合金 厂400kvA电炉、锦州铁合金厂1800kvA电炉和遵义钛 厂6000kVA电炉冶炼攀枝花

10、钛精矿试验的基础上，锦 州铁合金厂用3000kvA和1800kvA两台电炉同时进行 攀枝花钛铁矿球团料冶炼高钛渣试验，试验目的是为 熔盐氯化工业试验提供钛渣原料。试验共投矿 300吨， 生产岀134吨高钛渣，高钛渣的成分基本稳定在82% TiO2，CaO+MgO=7.94%台炼过程炉况稳定，但冶 炼回收率极低，仅为83.3%。1979年，锦州铁合金厂和北京有色金属研究总院 在锦州铁合金厂1800kvA电炉上再次进行了攀枝花钛 精矿团料冶炼酸溶性钛渣工业试验，试验共投料 205.5 吨，冶炼64炉，试制岀平均含TiO 278.2%的酸溶钛渣 108吨，经酸溶性试验测定平均酸解率为94.5%,在上

11、 海东升金属厂以硫酸法生产出合格钛白，钛渣的主要 技术经济指标见表1。球团料冶炼钛渣工艺过程是先将攀枝花钛精矿加 入纸浆等混捏成球团，球团烘干后再入敞口电炉冶炼， 整个工艺过程过于繁琐，钛的回收率较低，为 90.3%o 另外，炉料中加入纸浆、敞口电炉冶炼使大量的有毒气 体和粉尘进入大气，污染环境，而且产品钛渣中硫含 量高达1.01%,副产半钢硫含量达1.15%,加大了半钢 应用或进一步深加工的难度，无法实现产业化。（2）攀枝花钛精矿氧化焙烧一密闭电炉冶炼钛 渣半工业试验30世界有色金属2007 年第5期ki朴术悴济新杯19801981年，北京有色金属研究总院、锦州铁合 金厂、沈阳铝镁设计研究院

12、在实验室做了攀枝花钛铁 矿氧化焙烧脱硫条件试验，然后将187kvA敞 口电炉进 行密闭后做了冶炼钛渣的探索试验。在此基础上，沈阳 铝镁设计研究院完成了 187kVA密闭电炉的设计，锦州 铁合金厂制造并安装了回转窑和187kVA密闭电炉。1982年在 0.54 X 8米的回转窑中进行了氧化焙烧 脱硫试验，回转窑转速为2.2转/分，烧成带温度900 /米3 天，柴油消耗43公斤/吨矿。此后进行了密闭电 炉冶炼钛渣试验，其中连续冶炼20天，冶炼钛渣128炉 （酸溶性钛渣103炉、氯化钛渣5炉、两广矿高钛渣20 炉），生产钛渣22吨。冶炼攀枝花矿酸溶性钛渣的主 要技术经济指标为： 钛铁矿含TiO 24

13、6%含硫0.46%,氧化后的炉 料含硫0.038%,脱硫率91.7%95%岀炉铁水含硫 0.12%0.15% 钛渣X TiO 275.04%,含硫 0.1%; 消耗冶金焦206公斤/吨钛渣，石墨电极27公斤/吨钛渣，电耗2650度; TiO2回收率98.3%； 每吨钛渣煤气发生量340m 3 （CO78左右）。试验使我国首次密闭电炉冶炼钛渣获得成功，为 我国钛渣电炉的大型化和自动化操作奠定了基础。结 果表明，采用连续加料开弧冶炼的方法可以实现密闭 电炉连续冶炼钛渣，与开口炉相比，密闭电炉冶炼钛 渣有如下优点：热损失减少，电耗降低，回收率提 高。冶炼操作在密闭的还原性气氛下进行，避免了 石墨电极

14、的高温氧化和还原剂的 氧化烧 损。无噪 音，尘粉少，无需进行繁重的捣炉作业。炉况稳定， 基本上消除了短路跳闸现象。可回收利用电炉煤 气，减少能源消耗。（3）攀枝花钛精矿预还原一密闭电炉冶炼钛渣 半工业试验1980-1982年攀钢和贵阳铝镁设计研究院进行了 “攀枝花钛精矿预还原-密闭电炉冶炼酸溶性钛渣” 实验室试验和扩大试验，1983年完成了全流程半工业 性试验钛精矿回转窑预还原试验在实验室小试验基础上，19811982年在 链蓖机一回转窑装置上进行了 5个周期试验， 第一、二周期着重对球团的性能和设备适应性 进行考察。第三、四周期主要做各种条件试验 和连续运转试验，连续运转时间为16天和36天

15、。第五周 期考察使用褐煤工艺操作条件并为密闭电炉试验备料。 预还原球团冶炼钛渣试验1981年末，在100kVA可倾动有盖电炉中进行了 冶炼工艺条件试验，连续冶炼121炉。冶炼过程电流 稳定，渣面平稳，岀渣后不用捣炉可继续加料进行 冶炼，出炉时渣铁畅流，分离良好。在此基础上，用 250kVA密闭电炉做了预还原球团冶炼钛渣电参数条 件试验，并就试验获得的最佳参数进行连续冶炼和对 比试验。试验主要考察了不同二次电压对钛渣冶炼过 程的影响和入炉料对冶炼效果的影响。 半钢炼钢试验钛渣试验冶炼得到的半钢与国内钛渣厂冶炼的半 钢相比，含硫量大幅度下降，Si、Mn P等杂质也很 低，因此可代替废钢，直接冶炼成

16、低合金钢和碳素结 构钢。试验组用0.5吨电弧炉冶炼15Cr、30Cr低合金 钢以及50号碳素结构钢，其成分合乎部颁标准。 钛渣酸溶性试验对含TiO 275%左右的钛渣进行分批抽样测定，平 均酸解率大于94%攀枝花钛精矿预还原一密闭电炉冶炼钛渣半工业 试验最终结果如下：在$ 0.4 X 7m回转窑中，用褐煤预还原攀枝花钛 精矿，连续运转36天，球团金属化率4550%煤耗 1.87吨褐煤/吨金属化球团，球团含硫量0.066%, 综合脱硫率92. 4%,回转窑利用系数0. 570吨球/ 日卅，钛回收率95.29%,回转窑运转顺利。(4) PU渣研发随着环保意识的不断提高，国外硫酸法钛白工业 逐渐萎缩

17、，氯化法钛白不断壮大，市场对氯化法钛白 原料的需求持续增加。因此，钛渣的发展方向是冶炼 高品位、低钙镁(MgO+CaO1.5%)氯化钛渣。加拿 大魁北克铁钛公司(QIT)控制了世界约30%勺钛渣市 场，钛渣冶炼技术独具特色，QIT在原来酸溶性钛渣 生产线上，对钛渣进行了升级处理，进一步除去渣中 钙、镁杂质，提高钛渣品位，开发出了 UG渣，可作 为氯化钛白生产的原料。由于攀枝花钛精矿与QIT钛矿化学成分非常相似， 因此QIT酸溶性钛渣升级工艺非常值得借鉴。为此， 2002年攀钢进行了开发适合氯化法高品质钛原料的研 究。该项目的技术特点是流态化氧化技术、流态化还原 技术和流态化高温高压浸岀除杂提纯

18、技术。2003年完 成了实验室流态化氧化、还原、浸出设备的设计与建 设。经过一年多的实验室试验研究，得到了适合氯化法 钛白生产的钛原料，产品成分符合要求。试验结果表 明，PUSH艺可以使钛渣中的MgO+Ca瞬低到1. 2% 以下(要求1.5%)，满足氯化钛白生产要求。2004年在实验室研究基础上，决定进行冶炼钛渣 中试研究。通过与中科院过程所合作，完成了钛渣流 态化试验模拟冷态试验和热态试验装置建设，试验装 置规模为30t/a。在流态化热态设备上，利用电炉冶炼 钛渣进行氧化-还原试验，并通过浸出、过滤、洗涤、 煅烧，获得了品质最高达89%勺高钛渣(PUS!)。产品 粒度符合要求，钙镁总量降到1

19、.5%以下。 遵义钛厂钛渣生产工艺Status quo of domestic tita nium slag product ion遵义钛厂是我国最大的钛渣和海绵钛生产厂，年产 海绵钛7000多t，生产能力约10000吨/年。该厂原有一 台6300kVA敞 口电炉，年生产钛渣约5000吨，采用钛铁 矿、石油焦和沥青按一定比例混合入炉生产钛渣。钛铁砂矿：电炉熔炼的钛渣是作为沸腾氯化生 产TiCl4的原料，钛渣中若含有过多的Ca创MgO 将给氯化工艺造成困难，例如氯气耗量高，氯化沸腾 炉筛板堵塞等等。因此遵义钛厂使用的钛铁矿是含 CaO Mg较低的两广矿，CaO+MgO2%石油焦和沥青：石油焦由于

20、含有较高的化学活性 以及较大的比电阻，所以采用石油焦作为还原剂，用 煤沥青作粘结剂。配料：钛铁矿、石油焦和沥青经筛分和磁选，除 去石块、铁块和杂物。沥青用鄂式破碎机破碎至小于 15mr的块度。大于150m的石油焦，先由鄂式破碎机 破碎，再经反击式破碎机中碎至粒度小于 20mm最后 通过磨粉设备细磨后输入配料仓。配料比约为钛铁矿： 石油焦：沥青二100:13:6。物料按比例通过配料仓漏在 皮带上并输入料斗，再把料斗提升至炉顶的加料管。电炉采用间歇式操作，即“捣炉一加料一放下电 极一送电熔炼一出炉”作业制度。在熔炼终点，要赶 在可能岀现大塌料之前岀炉，用圆扒把渣口堵渣扒 岀，再用氧气烧穿，熔体盛于

21、渣包，放完熔体后可用 钛渣堵住渣口。熔炼终点的判断，主要依据是连续熔 炼3h以上，用电量超过8000kWh熔炼进入高电流稳 定期约1h,三相电流在额定值附近稳定运行，并趋于 平衡，炉内含有94%96%TiO2熔体。渣包内的熔体由于渣铁比重不同进行分层。生铁 的比重大，位于下部，钛渣位于上部，经自然冷却凝 结，用吊具吊岀渣包，砣子运住渣场冷却砸碎，分离WORLD NONFERROUS METALS 2007.531 19942。悯 匸hiz Academic Journal Electronic Flihlidling I 血1綻一 All rights reserved,http:i iiet

22、技术与装备 19942。悯 匸hi2 Academic Journal Electronic Flihlidling I 血1綻一 All rights reserved,http:i iiet 19942。悯 匸hi2 Academic Journal Electronic Flihlidling I 血1綻一 All rights reserved,http:i iiet大块生铁后，再经磁选、球磨得到符合要求的钛渣。主要原料及能耗指标如下：钛铁矿：20702080kg/ t ；石油焦：140150kg/t ；沥青；125135kg/t ;电：28003400kWh/t。钛渣生产存在以下的问

23、题：(1) 环保方面采用敞口电炉一次加料工艺，造成污染严重、热 辐射高、操作环境恶劣：废气及粉尘污染一一电炉炉气从电极周边溢岀， 没经过任何除尘净化措施，直接排入空气，造成炉前 粉尘大，空气污染严重，工人操作环境恶劣。热辐射高一一因采用敞口电炉，操作现场温度高，电炉热损失大。噪声污染一一电极在反应熔炼时产生很大的噪声，严重影响工人身体健康。(2) 工艺技术敞口圆形电炉的炉膛内径4360mm,炉膛深度 2000mm由于炉内容量小，每次排渣量为23t，而 铁水不足1t，造成渣铁不能分排，而渣铁同时排岀具 有许多缺点：每次的排渣量不易控制排渣时间长，影响电炉 产量，同时必须进行渣铁分离；渣铁是靠自然

24、冷却，因此铁中含有大量的杂质，给铁的综合利用带来很多不便；由于每次排渣量大，炉内的温度下降快，当下一 炉的生料加入后，需要焙烧一段时间以提高炉温，因 此增大了耗电量。(3) 电炉设备敞口圆形电炉与密闭矩形电炉相比较有以下不足之处：敞口圆形电炉电耗一般为30003l00kWh/t、而密 闭矩形电炉电耗般为2400 kWh/t，敞口圆形电炉电耗 高；2004年遵义钛厂对钛渣生产设备进行了大规模的技 术改造，新建了一台6300KV自焙电极半密闭式电炉， 电极装置采用较为先进的液压制动系统、烟气通过脉冲 式布袋除尘处理，原料制备采用先进的自动配料控制系 统，钛渣破碎采用先进的破碎生产工艺，年产氯化钛渣

25、 6000t，作为镁还原法生产海绵钛的初级原料，目前该 电炉各项生产技术经济指标达国内领先水平。但与国外 先进的密闭电炉相比，仍然存在较大差距。阜新金属熔炼厂钛渣生产工艺Status quo of domestic tita nium slag producti on阜新金属熔炼厂是我国东北地区唯一生产“高钛渣”、“人造金红石”的专业厂，有近 30年的生产历 史。该厂技术力量比较雄厚，工艺流程先进，2003年新增年产5000吨高碳铬铁电炉一座。主要生产设备有 大型电炉四座、球磨机、回转窑等设备近百台，年总 设计生产能力15000吨。该厂位于阜新市，地理位置优越，交通便利。工 厂被原中国有色金属总公司确定为高钛渣定点生产 企业，是中国电工设备总公司人造金红石定点生产单 位。该厂高钛渣用作生产四氯化钛-海绵钛的原料， 人造金红石则用于生产电焊条，均为优质产品。阜新金属熔炼厂钛渣生产工艺与国内其它钛渣厂 生产工艺相同，原料是钛精矿，采用敞口圆形电炉熔 炼工艺，高钛渣产品二氧化钛含量较高，是生产四氯 化钛-海绵钛的优质原料。产品“飞跃牌高钛渣”呈 黑灰色粉状。产品执行部颁标准：粒度：