钒钛磁铁矿资源分布广泛,是一种生产钒、钛等重要的矿物原料,具有极高的开采和综合利用价值。但是钒钛磁铁矿在提取钒钛资源的过程中,由于炉渣中二氧化钛的含量较高,导致炉渣黏度过大,渣铁分离困难,综合利用低。本研究所用的试验原料为陕西中兴恒泰投资控股有限公司提供的南非钒钛磁铁矿,其中原料中V₂O₅的含量为1.98%,TiO₂的含量为13.13%,属于“高钒高钛型”钒钛磁铁矿,通过Factsage软件对各个化学反应的标准吉布斯自由能进行计算,确定钒钛磁铁矿冶炼过程中相对应的工艺参数范围。采用单因素分析了熔分温度、碱度、配碳量和氧化镁含量对钒钛磁铁矿炉渣冶金性能的影响,研究了渣系的熔化特性和黏度与炉渣物相组成的关系,得到钒钛磁铁矿熔分后的最佳炉渣工艺参数。通过研究得到以下结论:(1)本研究对南非钒钛磁铁矿熔分过程进行热力学分析,使用Factsage软件计算各反应的吉布斯自由能发现,随着温度逐渐提高,在温度为996 K时,铁氧化物会被还原成Fe。钒氧化物在熔分过程中先被还原成VC,随着温度的升高再生成V₂C和VO,当温度为1737 K时会被还原成V。钛氧化物在温度为1469 K时,首先被还原成氮化钛,随着温度升高到1567 K时被还原成碳化钛,且温度越高,碳氮化钛的生成量就越大。(2)不同实验条件下得到钒钛磁铁矿的炉渣,通过对钒钛磁铁矿炉渣的熔化温度进行测定得出:随着熔分温度的提高,炉渣的软化温度、半球温度和流动温度的变化趋势均呈先提高后降低,当熔分温度为1450℃时,此时渣系软化温度、半球温度、流动温度均达到最小值,分别为1236℃、1238℃和1243℃。随碱度的不断提高,炉渣的软化温度、半球温度、流动温度也逐渐升高。随着配碳量的提高,炉渣的软化温度、半球温度、流动温度先降低后增加的,其中当配碳量为5%时,渣系的流动温度取得最小值1254℃。随着氧化镁含量的不断增加,炉渣的软化温度、半球温度和流动温度的变化趋势均呈下降后升高,当氧化镁含量为10%时,流动温度最低为1234℃。(3)不同实验条件下得到钒钛磁铁矿的炉渣,通过对钒钛磁铁矿炉渣的黏度和物相组成进行分析后得出:随熔分温度的提高,炉渣的初始黏度则呈现整体上升的趋势,炉渣中低熔点物质的衍射峰强度逐渐降低,高熔点物质衍射峰强度增大,当熔分温度为1450℃时,渣系的黏度最低为0.130 Pa·s。随着碱度的提高,炉渣的黏度值呈先降低后升高的趋势,当渣系碱度为1.2时,炉渣的黏度值达到最小值。随着配碳量的增加,炉渣的黏度先降低后升高,当配碳量为5%时,渣系的黏度取得最小值。随着氧化镁含量的增加,炉渣的黏度先降低后升高,炉渣中辉石和黄长石的衍射峰强度由强变弱,当炉渣中氧化镁含量为10%时,渣系的黏度值最小为0.105Pa·s。(4)通过单因素实验结果的对比分析,得到最佳理论熔分配比为:熔分温度1450℃,碱度为1.2,配碳量为5%,氧化镁含量为10%。在此最优配比下渣系的软化温度为1215℃,半球温度为1225℃,流动温度为1234℃,黏度为0.105Pa·s,渣系的流动性良好。