攀钢冲刺渣中选钛世界难题

近日，攀钢钢研院相关课题组成功打破了从高炉渣中提取钛的工艺流程，为攀钢大规模利用高炉渣中宝贵的钛资源奠定了坚实基础。长期以来，攀钢以资源的高效利用为目标，孜孜不倦地向高炉渣中提取钛这一世界级难题不断发起冲锋。

待解的难题

攀西地区蕴藏着极其丰富的钒钛磁铁矿资源，现探明储量为46.4亿吨，远景储量近百亿吨；钒资源（以五氧化二钒计）储量达1570万吨，占全国的62.2%，钛（以二氧化钛计）储量达8.7亿吨，占全国的90.5％，是我国最重要的钒钛资源基地。

由于该钒钛磁铁矿资源属共生致密岩矿，储量大、品位低、杂质含量高、难磨难选，所得铁精矿中钛含量高，原矿中大约50％的钛进入了铁精矿，在随后的高炉冶炼过程中流入高炉渣中，高炉渣中含钛高达22%左右，难以处理和利用，形成了特有的高钛型高炉渣。而钛精矿从选铁尾矿中选得，收得率低，钙镁含量高，深加工难度大。在统计钛资源时，USGS等国际权威机构发表的资料未将钛磁铁共生矿统计在内，认为这类矿在现阶段没有较好的利用价值。攀钢高炉从1970年投产至今，已累计产出高钛型高炉渣约6000万吨。目前，攀钢按照现有年产600万吨铁计算，高炉渣将以每年300万吨左右的速度递增。以现有的科研技术水平，难以高效处理和利用。如何将高炉渣中宝贵的钛提炼出来，成为了攀钢孜孜不倦追求的目标。

不懈的努力

众所周知，攀钢高钛型高炉渣属人造矿，渣中含钛矿物分散、细小，难磨难选。国外对这方面的研究和报道十分有限，仅有德国专家H.G.Smoiczyk、前苏联专家Ya.sh.shkolnick等少数专家研究发现，含钛高炉渣不能直接用于生产水泥，只有当渣中二氧化钛在4%以下时，可用作生产水泥的矿物添加剂（即活性掺和料）；当渣中二氧化钛在5%至11%时，可用于生产水泥熟料（即用作水泥配料入水泥窑煅烧）。因此，从攀钢建成至今，攀钢就非常重视高钛型高炉渣的综合利用，其目的就是要解决经济规模化提取高炉渣中的钛和残渣利用问题。

投产30多年来，攀钢投入了大量的人力、物力和财力，开展高炉渣综合利用研究（包括寻求国际合作）。同时，国家也曾将这一项目列入"六五"、"七五"、"八五"重点科技攻关计划，组织国内知名的科研机构，对高钛型高炉渣的综合利用开展了提钛和制作建材的多种技术思路（即：高炉渣高温碳化-低温氯化制取四氯化钛及建材；高炉渣冶炼含钛硅铁合金；高炉渣硫酸浸取制钛白及提钪；高炉渣高温改性-选择性分离富钛矿相；高炉渣直接磨选分离富钛矿相等）的联合科技攻关。为了实现高炉渣综合利用，使高炉渣中的钛资源得以充分利用，加快科学技术研究步伐，2006年11月，攀枝花市政府联合四川省科技厅与中国有色金属工业协会，在攀枝花联合主办了2006中国攀枝花高钛型高炉渣综合利用学术研讨会。

通过30多年的努力，攀钢独立或联合开展了多种技术研究，在高炉渣综合利用攻关上取得了令人瞩目的成就。

其一是攀钢钢研院提出的攀钢高炉渣高温碳化-低温氯化制取TiCl4及建筑材料工艺技术思路，并进行了大量实验研究。它的生产工艺原理是先将高炉渣中的二氧化钛碳化，生成碳化钛，再在低温下将碳化钛选择性地氯化生成TiCl4，氯化渣水洗除氯作水泥等建材原料。在"七五"、"八五"期间，该院已经做了大量的研究工作。在西昌四一零厂2200KVA炼钢炉上进行的碳化扩大试验，其碳氮化率平均为90.84%以上。同时，在自行设计的简易沸腾床（f160）上进行了氯化试验，钛和钒平均的氯化率大于87%，氧化钙和氧化镁的氯化率分别小于5％和4％，粗四氯化钛收率大于90%，钛的总收率为80%。氯化渣经水洗后配以所需的氧化钙后，成功烧制成525号硅酸盐水泥。通过上述试验，基本打通了工艺流程。

其二是攀钢高炉渣碳化及碳化钛分选试验研究。攀钢钢研院等单位在24KVA电弧炉上，对高炉渣进行了碳化试验和TiC分选试验。不过，该工艺耗盐酸大，设备腐蚀性严重，产生大量稀盐酸和带氯残渣等二次污染，TiC作耐火材料和磨料用量有限。在此基础上，北京科技大学有关专家用氮等离子体对攀钢高炉渣进行碳（氮）化处理，得到的碳化渣中Ti（CN）晶粒尺寸大于20μm的占40%以上，提高了碳化钛的可选性，精矿中Ti（CN）的含量最高可达77.15%，不过高炉渣的吹损较大，工艺有待进一步完善。

其三是硅热法还原高炉渣直流电炉冶炼硅钛铁合金工艺。"攀钢高炉渣制取钛硅合金"项目，由重庆钢铁研究院和重庆铝厂于上世纪60年代末开始研究，1984年完成试验并通过了重庆市科委鉴定。攀钢钢研院于"八五"期间也开展了此项工作。该工艺虽然利用了高炉渣的部分钛，但由于其工艺成本高，而且钛硅合金的应用市场较小，不能消耗攀钢每天产生的大量高炉渣。

其四是用硫酸法从攀钢高炉渣中提取二氧化钛。利用硫酸法从高炉渣中提取二氧化钛的方法，北京科技大学、湖南大学、东北大学的专家都曾通过不同试验做过这方面的研究。"七五"、"八五"期间，攀钢钢研院与中南工业大学合作开始开展这方面的工作。其主要方法是用硫酸酸解高炉渣，经过相关工序后生产出钛白粉、三氧化二钪，并得到硫酸铝铵或三氧化二铝、氧化镁等副产物。其中，钛的直接收率达到73.4%，钪的收率达到60%。该技术路线用高炉渣中的二氧化钛生产出钛白粉，回收了钪。但钛的收率不高，生产效率低，且要消耗大量的硫酸。由于钛液浓缩量大，且能耗较高，同时造成大量酸浸液和酸浸残渣二次污染，而且酸浸残渣更难以利用，从当时核算的经济成本来看，经济效益较差。

2002年末，中南大学冶金科学与工程学院提出"攀钢高炉渣废酸浸出及低浓度水解新技术研究"，主要内容是采用钛白粉厂废硫酸，对攀钢高炉渣进行浸取，而其后的过滤洗涤、漂白盐处理、煅烧等工序采用目前硫酸法钛白生产线的工艺。通过论证，专家认为低钛浓度钛液水解不太可能生产出合格的钛白粉，产生的废酸量和废渣量相对目前的生产流程而言更多，处理成本相对较高，而且难于处理，造成二次污染，同时钛利用的经济效益不高。因此，该项目在攀钢申请立项未获得通过。

另外，中国核动力研究设计院、重庆硅酸盐研究所的专家都做过该领域的研究，并获得了中国发明专利。

其五是采取直接选矿分离钙钛矿和攀钢高炉渣高温改性处理－选择性析出分离技术。

该两种工艺技术，都是利用高炉渣中钙钛矿的结晶来选择性富集渣中二氧化钛。东北大学与攀钢联合在这方面做了大量工作，通过对高炉渣改性，使渣中二氧化钛转移到钙钛矿中，然后通过选矿分离出钙钛矿富钛料。但因钙钛矿晶粒大小不一，以及钙钛矿与尖晶石共生，钙钛矿单体解体效果差，选别困难，选矿实验钙钛矿精矿钛收率只有48.5%，精矿钛品位只有39.4%。

虽然用钙钛矿富集高炉渣中钛的热力学条件和动力学条件比较容易满足，但选别富集效果差，钙钛矿富钛料直接利用价值低，还必须通过盐酸酸浸除去其中的氧化钙等杂质，才能用作生产四氯化钛的原料。工艺流程长，钛收率低，腐蚀、二次污染大，能耗较高，而且该工艺只进行了实验室试验，没有进行工业扩大试验。因此，该项目在实施上存在一定的问题。

其六是对其它一些提钛技术进行探索。重庆大学研究了用NaOH处理攀钢高炉渣，然后用水浸取产物进行渣钛分离的技术，残渣含二氧化钛低于10%。东北大学也做过其他尝试。这些技术从某种角度探讨了处理攀钢高炉渣的一种方法，但仍然不能解决问题。

任重而道远

攀钢如果能有效提取高炉渣中二氧化钛资源，将为我国钛工业的发展开辟新的原料来源。

过去的几十年里，国家、省、市对攀钢高钛型高炉渣的开发利用给予了大力支持，国内外各界人士也进行了大量研究和探索，为攀枝花高钛型高炉渣综合开发利用奠定了良好的基础。高钛型高炉渣提钛新工艺至今已有30多年的历史，在此期间提出了数十种方法工艺，有的取得了一定的进展，但在推广应用时，不是经济效益差，就是技术效果不明显，或是处理量有限，从而无法大规模开发利用。目前，攀钢高炉渣的利用至今还未找到一种既能经济、合理回收钛，又能大规模处理高炉渣的工艺技术。攀钢高炉渣综合利用，仍然是攀钢和相关方面亟待解决的一项技术难题。此外，攀枝花高钛型高炉渣开发利用除了存在科研技术方面的问题外，还存在经济性和规模性不能兼顾、科研人员思想认识不统一等问题。

一位攀钢技术管理部门的有关负责人说，高钛型高炉渣的提钛工作任重道远，是一个长期而艰巨的任务，攀钢有关科研工作将继续遵循处理量大、合理利用钛资源、有明显效益等三条原则。

目前，攀钢在人力、资源和资金上已集中力量，准备突破一批制约钒钛产业发展壮大的关键技术和装备，在钛技术方面，高钛型高炉渣提钛新工艺就是重点研究方向和课题。攀钢及相关科研人员也在为下一步的高钛型高炉渣的开发利用开拓新的思路：一是逐步转变现有的直接用作普通建筑材料的粗放式利用方式，加强高炉渣非提钛利用中高附加值新产品的开发，做到既有经济效益，又有利用规模；二是加强高钛型高炉渣提钛产业化技术攻关，注重已取得的阶段性成果和其它新工艺、新技术的合理有效对接，不但要考虑钛资源的经济性提取，还要兼顾提钛过程中的副产物、辅助剂的回收利用，防止二次污染的产生。

攀西钒钛磁铁矿资源，不仅是攀钢的资源，更是国家的资源、世界的资源。如何进一步提高攀西钒钛资源综合利用水平，把资源优势转化为产业优势和经济优势，这不仅仅是攀钢思考的问题，更需要包括国际、国内、省、市各方科研力量的共同参与，需要国家有关部门的政策支持。只要有各方的共同努力，我们相信，攀西钒钛磁铁矿资源一定能够得到充分利用，民族钛产业也会越来越强大。