钒钛磁铁矿钛资源高效利用化学工程基础研究

To satisfy national great demand for the high effective utilization of titanium resource in vanadium titano-magnetite ore, this project conducts research on three important research topics based on the high effective fluidized reduction of vanadium titano-magnetite ore, the prevention of defluidization in the fluidized reduction process, the enrichment and upgrading of the melting titanium slag. The aim of this project is as follows. Building the adjusting method of changing the reduction path by pre-oxidation and coupling the carbon deposition at low temperature, the utilization ratio of reducing gas and the reduction efficiency is to be increased significantly. By developing the size control way of agglomerate reduced iron ore particles using the conical fluidized bed, the method and technique of defluidization prevention is to be built for vanadium titano-magnetite ore particles reduction. By clarifying the dominant generation area of anosovite primary phase and understanding the anosovite composition regulation and crystallization rule, the enrichment and upgrading method is to be built for the melting titanium slag. Finally, this project provides scientific support for the high effective utilization of titanium resource in vanadium titano-magnetite ore.

针对攀西钒钛磁铁矿钛资源高效利用战略需求，重点突破两步法短流程钛资源利用急需解决的钒钛磁铁矿还原过程热力学限制、流态化还原过程失流和熔分钛渣富集提质等共性基础问题。通过预氧化改变还原路径与低温析碳过程耦合调控方法，突破还原过程热力学限制，大幅提高还原气体利用率和还原效率。通过锥形流化床调控还原过程聚团尺寸，通过模拟计算，探究锥形流化床放大规律，开拓钒钛磁铁矿粉矿还原过程防失流方法与技术。测定熔分钛渣体系相图，探明黑钛石初晶相优势生成区域，掌握黑钛石相成分调控与熔析结晶规律，建立将钛渣品位从50-60%提高至75%以上的钛渣提质方法，为钒钛磁铁矿钛资源高效利用提供基础理论科学支撑。

针对攀西钒钛磁铁矿钛资源高效利用战略需求，重点围绕突破两步法短流程钛资源利用急需解决的钒钛磁铁矿还原过程热力学限制、流态化还原过程失流和熔分钛渣富集提质等共性基础问题展开研究。取得主要研究结果如下：.（1）揭示了FeO与FeTiO3化合反应引起的含钛铁矿物含量变化及其对还原金属化率的影响规律，建立了考虑该化合反应、MgO和MnO固溶等对还原金属化率影响的定量计算模型，解决了传统模型在中低金属化率阶段预测误差大的问题。通过优化控制钛酸铁生成，直接还原反应效率提高11%，平衡金属化率提高20%。探明了气-固还原过程中碳沉积行为，低温高活性沉积碳可提高高温固-固还原16%金属化率，与氧化-还原工艺协同强化可提高还原气气体利用率20%以上。.（2）揭示了还原反应速率和铁原子扩散速率调控直接还原铁表面形貌机制，明晰了锥形流化床内铁矿粉直接还原过程的团聚-稳定-失流三阶段特征，发现控制环隙区二次聚团是锥形床稳定流态化的关键。建立了基于锥形床局部流动结构的准确模拟流化特性气-固曳力新模型，能够准确模拟锥形鼓泡、湍动流化及无分布板三种锥形床的流化特性，为锥形流化床优化奠定了理论基础。.（3）测定了TiO2-CaO-SiO2-10%Al2O3(-MgO)多元系钛渣相平衡，发现MgO是高钛含量黑钛石相形成的关键，明确了黑钛石中钛氧化物低还原度能扩大其与脉石力学性能差异提高单体解离的特性。探明了连续冷却制度对黑钛石相粒径变化的影响规律，获得晶粒尺寸大于100μm的黑钛石。通过成分、还原度、冷却制度协同调控，成功将TiO2含量由模拟熔分渣的50-60%可提高至76-82%，实现了钒钛磁铁矿两步法短流程钛渣高效选择性富集分离提钛。.研究成果应用于2×25万吨/年钛铁矿流态化氧化焙烧和万吨级绿氢流化床直接还原铁等示范工程。发表SCI论文31篇（其中6篇已录用待刊出）、国内期刊论文4篇，出版中文专著1部，授权发明专利4项，申请发明专利4项，国内外学术会议大会报告7次，邀请报告11次。培养博士研究生10名（其中在读3名）、硕士研究生4名（其中在读1名）。