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钒钛磁铁矿直接提钒的研究进展

何佳、姜鑫、纪恒、靳亚涛、张志新、沈峰满分别有各自的序号，其中何佳和姜鑫的序号为 1，纪恒和靳亚涛的序号为 2，张志新的序号为 3，沈峰满的序号为 1。

东北大学冶金学院位于辽宁沈阳；河钢股份有限公司承德分公司在河北承德；河钢集团钢研总院位于河北石家庄。

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钒以及钒合金材料在各种领域有着广泛的应用。同时，钒资源大多是存在于钒钛磁铁矿当中的。需要对钒钛磁铁矿直接提钒工艺的发展历程以及现阶段的研究情况进行总结。目前直接提钒的工艺流程主要有两类，一类是钠化焙烧 - 水浸提钒，另一类是钙化焙烧 - 酸浸提钒。综合现有的研究成果可以得知，钠化焙烧 - 水浸提钒工艺的优点在于提钒效率相对较高，并且它是中国从钒钛磁铁矿中直接提钒的主要方法；钙化焙烧 - 酸浸提钒工艺的优点有，添加剂容易获得，在钙化焙烧过程中不会产生废气污染，由于提钒废水中不含钠盐，所以能够循环使用，减少了废水污染，而且提钒尾矿中没有钠盐，可直接用于高炉炼铁。总体来说，钒钛磁铁矿直接提钒的工艺技术是适用于那种含钒量高、含铁量低的钒钛磁铁精矿的。这种工艺技术主要针对的是高钒钛且低铁型的钒钛磁铁精矿。中国直接提钒工艺目前面临诸多问题。其一，中国多数钒钛磁铁矿的钒品位偏低，若直接提钒工艺用于钒品位低（w(V₂O₅)≤1％）的矿物，物料处理量会较大。其二，在焙烧 - 浸出过程中会造成不同程度的废水废气污染，需进行相应处理，这使得提钒成本较高且产品市场竞争力较弱。其三，提钒尾矿难以满足高炉冶炼的生产要求，同时提钒后的铁、钛分离技术难度较大，难以进行大规模的工业化应用。这些问题是直接提钒工艺所面临的主要困难，同时也是广大冶金工作者需要着重去解决的科学问题与技术难点。未来的钒钛磁铁矿直接提钒工艺一定要坚持绿色高效以及综合利用这两大原则。该研究的目的是为拥有钒资源的生产企业挑选出合理的提钒工艺，并且积极地去探索新的提钒工艺，以此为其提供参考。

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钒钛磁铁矿存在直接提钒和间接提钒的方式，同时还有钠化焙烧、钙化焙烧以及钾化焙烧等方法。

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引 言

钒是一种金属，呈银灰色，具有高熔点和高沸点。它还无磁性且质地坚硬。钒的物理性质良好，化学特性也很突出，在现代工业与科技中被广泛应用，被称作“现代工业的味精”，是目前工业生产中不可或缺的添加剂。钒与常规金属结合形成合金后，能有效提升合金的强度和延展性。目前，钒合金在各个行业得到了广泛应用。比如在钢铁工业方面，在航空航天领域，在国防军工行业，以及在医药等领域。从全球范围进行观察，在钢铁行业中，钒的消耗所占的比例是最大的，大约占钒生产总量的 85％。随着世界各国对烟气治理越来越重视，烟气脱硝技术中主流催化剂（钒钛系脱硝催化剂）的用量也在持续增加。此外，近几年新能源与电池等行业发展速度很快。在这些行业中，钒的应用比例有所增加。

钒在自然条件下与其他各类矿物共生。目前生产所需的提钒原料有钒钛磁铁矿、石煤、沥青等。钒钛磁铁矿是最主要的提钒原料。全世界 98％的钒资源储备在钒钛磁铁矿中。全球已探明的钒钛磁铁矿储量超过 400 亿 t。这些储量主要分布于中国、美国、俄罗斯、南非等国家。但目前该地区的钒钛磁铁矿资源已枯竭。中国拥有丰富的钒钛磁铁矿资源。然而，现阶段钒钛磁铁矿的综合利用技术尚不成熟。这导致钒资源利用率较低，使得中国含钒资源在被消耗的过程中，许多有价资源未能得到有效利用。近年来，钢铁行业不断发展，钒消耗量也在不断上升。因此，发展高效低耗的提钒工艺成为必然趋势。

关于钒钛磁铁矿的提钒方法以及工艺，已经有许多研究存在。提钒工艺能够进行 2 种分类方式。

根据是否采用高炉来划分，有高炉法和非高炉法。高炉 - 转炉长流程工艺属于典型的高炉法提钒工艺，并且是目前钒钛磁铁矿冶炼的主流工艺。此工艺是先将选矿后的钒钛磁铁精矿通过烧结矿送入高炉，在高炉内大部分钒氧化物被还原为金属钒并进入铁水中。接着，含钒铁水通过转炉吹炼，将其中的钒氧化从而得到钒渣（与铁水分离）。最后，对钒渣采用焙烧 - 沉钒工艺进行处理，就可以得到满足要求的 V₂O₅。高炉法能够有效利用钒钛磁铁矿中的铁和钒资源。然而，该流程存在一些问题：其一，高炉渣中 TiO₂含量较高，这增加了冶炼的难度，当 TiO₂质量分数超过 25％时，会产生泡沫渣，从而增加铁损；其二，钛进入渣中形成含钛高炉渣，致使钒钛磁铁矿中的钛回收率较低，钛资源未能得到充分利用；其三，含钛炉渣大量被堆弃，引发了严重的环境污染问题。采用高炉生产含钒铁水是一种方式，除此之外的其他方法都统称为非高炉法。非高炉法包括回转窑 - 电炉法、转底炉 - 电炉法、气基竖炉 - 电炉法等。气基竖炉 - 电炉法在生产效率方面较优，在能耗方面较优，在环保方面也较优。不过，气基竖炉 - 电炉法对天然气资源储量要求较高，对钒钛磁铁矿品位等要求也较高。非高炉法和高炉法相对比，非高炉法的工艺流程较短，并且不需要使用焦炭等。不过，非高炉法的生产能力相对较小，成本也较高。

根据铁和钒的提取先后顺序，钒钛磁铁矿提钒工艺可分为“先铁后钒”以及“先钒后铁”这两大类。“先铁后钒”指的是先把矿石中的铁提炼出来，然后再提炼其中的钒的冶炼工艺。这类工艺流程的铁回收率比较高，能够达到 90％以上，而高炉 - 转炉工艺就是一种具有代表性的“先铁后钒”方法。“先钒后铁”的冶炼工艺是先提炼出矿石中的钒，然后再提炼其中的铁。其典型工艺流程为：先把原料进行细磨，接着与添加剂混合，混合方式可以是采用粉状，也可以是造球，之后进行焙烧，让钒与盐形成能够溶于水或者酸性/碱性溶液的钒酸盐，浸出后使钒同铁、钛分离。因为该工艺流程没有炼铁和吹渣的环节，所以钒的回收率比较高。本文因篇幅受限，主要对“先钒后铁”工艺（直接提钒工艺）的相关研究内容进行全面论述，目的是为中国钒钛磁铁矿资源的综合利用提供参考与依据。

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精 选 图 表

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讨论及结语

钒钛磁铁矿冶炼工艺到现在已经发展了几十年。按照铁和钒的提取顺序，工艺流程可分为直接提钒（也就是“先铁后钒”）和间接提钒（也就是“先钒后铁”）这两大类。其中，间接提钒主要采用的是高炉 - 转炉工艺，这种工艺的优点主要体现在生产能力大以及成本低上。然而，它也存在一些问题，比如钛回收率低、炉渣钛含量高，以及含钛渣堆弃会导致环境污染等。直接提钒工艺适用于钒钛磁铁精矿，这种精矿是高钒钛、低铁型的。该工艺会优先提取矿石中的钒，把铁和钛当作主要副产品来回收利用。与间接提钒工艺流程相比，直接提钒工艺的提钒流程较短，钒的回收率较高，并且更利于回收利用矿石中的钛资源，能减少钛资源的浪费。不过，此工艺在提钒时物料处理量大，能耗相对较高。

钒钛磁铁矿的直接提钒工艺总体而言包含钠化焙烧-水浸提钒、钙化焙烧-酸浸提钒以及其他直接提钒方式。这些不同的提钒方式各自有其优势和弊端。钠盐焙烧直接提钒后，提钒尾矿难以满足高炉冶炼对球团强度及碱金属负荷的要求，致使提钒尾矿难以有效利用，提钒成本加大，且提钒后的铁、钛分离技术难度较大，难以实施大规模的工业化应用。以上问题是直接提钒工艺所面临的主要困难，同时也是广大冶金工作者需重点解决的科学问题与技术难点。未来，直接提钒工艺的发展方向必定是绿色提钒。钙化焙烧 - 酸浸提钒工艺相较于钠化焙烧 - 水浸提钒工艺更具优势，且产业化前景较好。对于不同拥有钒资源的生产企业，需要结合自身的资源情况，合理地选择冶炼工艺。

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