我国的钒钛磁铁矿资源十分丰富,仅攀西地区的钒钛磁铁矿储量就高达98.49亿吨,而传统的高炉-转炉流程只能回收其中的铁和钒,钛资源进入高炉渣中无法被利用,虽然直接还原是钒钛磁铁矿综合利用的有效手段,但是存在还原温度高、还原时间长、金属化率低的问题,因此,开发低温高金属化率的直接还原技术,将丰富的资源优势转化为巨大的经济优势,对促进我国经济发展具有重要意义。 本论文以提钒后钒钛磁铁精矿和无烟煤为原料,对其进行直接还原实验研究,所得还原产物分别经过磁选分离和电炉熔分来实现铁、钒、钛的综合利用,并通过热力学计算、化学分析、XRD和SEM分析来研究各变量对实验的影响,所得结论如下: (1)提钒后钒钛磁铁精矿碳热还原反应热力学研究发现,铁、钒和钛氧化物的还原反应都是逐级进行的,其中铁氧化物还原的热力学趋势最大,其次为钒氧化物,钛氧化物的热力学趋势最小。 (2)提钒后钒钛磁铁精矿直接还原研究发现,较佳的还原条件为:原料粒度-200目,还原温度1100℃,还原时间90min,无烟煤添加量18wt%,此时还原产物的金属铁含量为54.18wt%,全铁含量为54.63wt%,金属化率为99.18%,实现了低温高金属化率还原,这是该论文的创新点之一。 (3)由还原产物的XRD分析可知,在较佳还原条件下,还原产物主要含有金属铁、镁黑钛石以及脉石相,含铁相为金属铁,说明还原反应进行的很彻底。 (4)还原产物磁选分离研究发现,较佳的磁选条件为:磨矿粒度-300目,磁场强度40mT,此时铁粉精矿的全铁含量为77.91wt%,铁的回收率为91.58%,尾矿的TiO₂含量为38.43wt%,钛的回收率为69.49%。 (5)还原产物电炉熔分研究发现,较佳的熔分条件为:保温时间30min,熔分温度1550℃,出现富钒相,钒元素的质量百分比为78.528wt%,钛保留在炉渣之中,三者实现较好的分离,所得富钒相是该论文的另一创新点。