钛料生产情况及其发展趋势
富钛料生产的发展趋势 经过长时间的发展,富钛料生产的钛渣生产技术和人造金红石生产技术均获显著进展。 钛渣熔炼技术已十分成熟,正向大规模、机械化、自动控制方向发展,环保和综合利用提到了前所未有的高度,提高钛渣品位方面的努力也一直没有停止过。可以预见,在今后相当一段时间,在外界条件允许的前提下,钛渣熔炼仍是处理较高品位常规钛铁矿的首选方法。 人造金红石的生产一般根据原料特点采用酸浸法、电炉法、选择氯化等不同方法进行。目前使用最成功的酸浸法具有除杂能力强、富钛料品位高、适用于低品位钛矿物等优点,是国内外处理低品位复杂成分钛矿物优先考虑的方法,其发展潜力优于钛渣熔炼,但前提是解决好酸浸对不同成分矿物的适应性问题和有价成分综合利用以及环境保护,同时还要解决生产成本问题,规模化、机械化生产对其也同样重要。
世界各地钛矿分布状况 钛在地球上储量十分丰富,在地壳中含钛矿物有140多种,但现具有开采价值的仅十余种。已开采的钛矿物矿床可分为岩矿床和砂矿床两大类,岩矿床为火成岩矿,具有矿床集中、贮量大的特点,FeO(相对于Fe2O3)含量高,脉石含量多,结构致密,且多是共生矿,这类矿床的主要矿物有钛铁矿、钛磁铁矿等,矿石选矿分离较为困难,产出的钛精矿TiO2含量一般不超过50%。 砂钛矿床是次生矿床,由岩矿床经风化剥离再经水流冲刷富集而成,主要集中在海岸、河滩、稻田等地,矿物有金红石、砂状钛铁矿、板钛矿、白钛矿等,该矿物的特点是:Fe2O3(相对于FeO)含量较高、结构疏松、杂质易分离,选出的大部分精矿含TiO2达50%以上。 表1 世界各地钛铁矿精矿的化学组成(%)
国别及地区 | 矿床类型 | TiO2 | FeO | Fe2O3 | SiO2 | Al2O3 | P2O5 | ZrO2 | MgO | MnO | CaO | V2O5 | Cr2O3 |
佛吉尼亚(美) | 岩矿 | 44.3 | 35.9 | 13.8 | 2.00 | 1.21 | 1.01 | 0.55 | 0.07 | 0.52 | 0.16 | 0.27 | |
阿拉德(加) | 岩矿 | 34.30 | 27.50 | 25.20 | 4.30 | 3.50 | 0.015 | - | 3.10 | 0.16 | 0.90 | 0.27 | 0.10 |
挪威 | 岩矿 | 43.90 | 36.00 | 11.10 | 3.28 | 0.85 | 0.03 | 1.09 | 3.69 | 0.33 | 0.18 | 0.20 | 0.03 |
乌拉尔(俄) | 岩矿 | 48.07 | 12.21 | 24.59 | 1.54 | 4.66 | 0.16 | - | 0.75 | 2.25 | 0.62 | 0.084 | 3.25 |
乌克兰 | 岩矿 | 58.46 | - | 27.80 | 0.34 | 4.04 | 0.19 | - | 0.98 | 0.86 | 0.20 | - | 3.58 |
攀枝花 | 岩矿 | 47.0 | 34.27 | 5.55 | 2.89 | 1.34 | 0.01 | 0.80 | 6.12 | 0.65 | 0.75 | 0.095 | |
印度喀拉邦 | 砂矿 | 54.20 | 26.60 | 14.20 | 0.40 | 1.25 | 0.12 | - | 1.03 | 0.40 | 0.40 | 0.16 | 0.07 |
斯里兰卡 | 砂矿 | 53.13 | 19.11 | 22.95 | 0.86 | 0.61 | 0.05 | 0.10 | 0.92 | 0.94 | 0.26 | 0.19 | 0.09 |
马来西亚 | 砂矿 | 55.30 | 26.70 | 13.00 | 0.70 | 0.59 | 0.19 | - | 0.02 | 0.70 | 0.50 | 0.07 | 0.03 |
卡伯尔(澳) | 砂矿 | 54.57 | 25.15 | 16.34 | 0.53 | 0.10 | 0.13 | 0.07 | 0.32 | 1.67 | 0.30 | 1.18 | 0.04 |
巴西 | 砂矿 | 61.90 | 1.90 | 30.20 | 1.60 | 0.25 | - | - | 0.30 | 0.30 | 0.10 | 0.20 | 0.10 |
新西兰 | 砂矿 | 46.50 | 37.60 | 3.30 | 4.10 | 2.80 | 0.22 | - | 1.20 | 1.20 | 1.40 | 0.03 | 0.03 |
佛罗里达(美) | 砂矿 | 64.10 | 4.70 | 25.60 | 0.30 | 1.50 | 0.21 | 0.35 | 1.35 | 0.13 | 0.13 | 0.10 | |
广西 | 砂矿 | 50.94 | 28.61 | 16.68 | 2.27 | 1.07 | 0.071 | 0.6 | 2.57 | 0.07 | |||
云南 | 砂矿 | 48.93 | 32.37 | 14.86 | 0.81 | 0.97 | 0.03 | 1.15 | 0.62 | 0.23 | 0.84 |
国外高钛渣的生产原料分布 国外高钛渣生产具有代表性的国家和地区有加拿大、南非、挪威和前苏联,原料及钛渣品位见表2。 表2 国外钛渣生产的原料及产品组份(%)
国别 | 加拿大 | 南非 | 挪威 | 苏联 | ||||
原料及产品 | 钛精矿 | 钛渣 | 钛精矿 | 钛渣 | 钛精矿 | 钛渣 | 钛精矿 | 钛渣 |
TiO2 | 34.30 | 80 | 49.70 | 85 | 45.5 | 75.4 | 50.50 | 88.24 |
FeO | 27.50 | 9.6 | 36.60 | 9 | 33.5 | 7.5 | 7.6 | |
Fe2O3 | 25.20 | 11.1 | 12-13 | 42.90 | ||||
SiO2 | 4.30 | 2.5 | 1.50 | 2.5-3.0 | 5.35 | 2.0 | 0.35 | |
MgO | 3.10 | 5.3 | 0.9 | 4.5-5.5 | 7.92 | 0.8 | 1.5 | |
Al2O3 | 3.50 | 2.9 | 2.0 | 0.5-0.7 | 1.19 | 1.0 | 2.04 | |
CaO | 0.9 | 0.6 | 0.08 | 0.2-0.3 | 0.66 | 0.2 | 0.47 | |
MnO | 0.16 | 0.25 | 0.2 | 0.2-0.3 | 0.45 | |||
V2O5 | 0.27 | 0.56 | 0.29 | 0.4 | 0.17 | 0.25 | 0.6 | 0.94 |
Cr2O3 | 0.10 | 0.17 | 0.19 | 0.22 | 0.075 | 0.088 | ||
P2O5 | 0.15 | 0.25 | 0.03 | 0.002 | ||||
Fe(金属) | 1.50 | 1.75 | ||||||
C | 0.1-0.3 | 0.055 | ||||||
S | 0.30 | 0.1-0.3 | 0.040 | 0.13 | 0.14 | |||
Na2O+K2O | 0.35 | |||||||
其它 | - | - | - | - | - | - | 2.0 | 2.54 |
加拿大魁北克钛铁公司(QIT)采用阿拉德湖区的含TiO2 35%左右的岩矿型钛铁矿冶炼钛渣,年产含TiO275%-80%的钛渣(索雷尔渣)108万吨和60-70万吨半钢(索雷尔金属(拥有2.4-10万KVA钛渣电炉9台,该公司产出钛渣主要用于生产硫酸法钛白。 南非理查兹矿物公司(RBM)采用QIT公司工艺,以祖卢兰德海岸的钛铁矿砂矿为原料生产含TiO2 85%的钛渣,该厂拥有2台105万KVA电炉,年产能约90万吨。 加拿大和南非均拥有从矿石开采到产出钛渣的全流程工序,其工艺为:采出的钛铁矿选矿后与无烟煤混和,加入回转窑进行预氧化处理,再趁热加入六电极方形密闭电炉,熔炼产出的钛渣和钛生铁分炉口排出,钛渣用水强制冷却,钛生铁放入圆形感应炉保温喷入CaC2粉除硫增炭,连续铸锭后出售,电炉烟气含热值较高,用于回转窑预热炉料,热量得到充分利用,该工艺大量采用自动控制技术,吨钛渣电耗为1800KWh,其余指标也很先进。 挪威K/S钛铁矿熔炼公司的钛渣冶炼厂利用本国产出的含TiO2 44.5%的钛精矿,将制得的球团料加热到700℃入回转窑在1100℃下进行锻烧,使原料中75%-80%的铁被还原,然后进电炉熔炼,该厂采用33万KVA三相自焙电极的密闭电炉生产含TiO2 75%的钛渣,供硫酸法生产钛白使用,该厂钛渣产能为40万t/a。 独联体国家的钛铁矿主要分布在乌克兰境内,独联体从50年代开始生产钛渣作为海绵钛原料,生产采用矮烟罩半密闭电炉,容量有5000KVA和14500KVA两台,电极采用石墨电极,产出钛渣品位为85%-90%,生产能力15万t/a,吨渣电耗为2000-2500KWh。此外,哈萨克斯坦于1996年建成三台24000KVA的密闭钛渣炉,使独联体国家钛渣产能增加到40-50万t/a。我国高钛渣生产状况 我国的高钛渣生产从50年代开始,现有钛渣电弧炉30多台,总容量6万KVA,年产钛渣5万多吨,主要分布在贵州、云南、河北、辽宁、广西、四川等地,其生产工艺由原料制备、电弧炉熔炼、钛渣破碎、磁选和生铁处理等工序组成,产出的高钛渣供海绵钛、电焊条、钛白工业等使用。在我国钛渣生产初期,曾采用原料制团块入炉工艺,近十年来大部分厂家均转为粉料入炉熔炼,采用粉料熔炼工艺的钛渣品位约为80%-95%,不同厂家差别较大,其主要原因在于各厂所用原料和用户要求不同。国内钛渣生产及试验情况见表3。 表3 国内钛渣生产及试验情况
生产方法 | 电弧炉熔炼 | |||
生产单位 | 遵义钛厂 | 禄劝冶炼厂 | 阜新冶炼厂 | 攀钢研究院 |
钛精矿种类 | 两广矿 | 云南矿 | 两广矿 | 攀枝花矿 |
钛渣品位(%) | 90-92 | 90-93 | 92-94 | 75-78 |
工艺路线 | 电炉熔炼 | 电炉熔炼 | 电炉熔炼 | 预还原-电炉熔炼 |
主要设备 | 6300KVA敞口电炉 | 600-3200KVA敞口电炉 | 敞口电炉 | 回转窑-密闭电炉 |
电耗(KWh/t) | 3000 | 2850 | 2900-3000 | 1860 |
熔炼回收率(%) | 90 | 90 | 87-88 | 95 |
副产品 | 生铁 | 生铁铸锭 | 半钢 | 铁水直接炼钢 |
企业现状 | 生产 | 生产 | 开工不足 | 完成半工业试验 |
我国现有钛渣电炉均为敞开式电弧炉,与国外相比,存在着电炉容量小、经济指标差、综合利用低等问题(具体见表4)。国内一些科研院所和企业曾进行过小型和中型密闭电炉熔炼钛渣试验,但均未正式投入工业生产。据报道,我国引进的165万KVA钛渣密闭电炉已在河北承德建设,现已进入施工阶段,相信该电炉的达标达产,能将我国的钛渣熔炼技术提高一步。在低品位钛渣的生产上,利用攀枝花钛资源生产含TiO2 75%的酸溶性钛渣项目已进入论证阶段。 表4 国内外钛渣生产情况比较
项目 | 国外 | 国内 |
电炉容量(KVA) | 1-10.5万 | 400-7500 |
电炉类型 | 圆形或方形 | 圆形 |
密闭情况 | 密闭或半密闭 | 大部分为敞口电炉 |
原料预处理 | 均处理 | 未处理 |
入炉料类型 | 粉料或团料 | 基本为粉料 |
烟气回收 | 回收 | 未回收 |
生铁处理 | 炉外精炼 | 未处理 |
钛渣产能(万吨) | 280 | 5 |
钛铁矿单耗(t/t) | 1.5-2 | 1.9-2.4 |
钛渣电耗(kwh/t) | 1200-2500 | 2500-3200 |
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