摘要
钒钛磁铁矿作为一种多组分矿物，以Fe、Ti和V为主要金属元素，同时伴生一部分Cr、Ga、Co、Sc、Ni和Pt族等有价元素，是我国极具综合利用价值的矿产资源。我国现已探明的大部分钒钛磁铁矿多为复合共生矿，有价元素品位相对较低，具有矿石难选、难分的缺点，当前我国对钒钛磁铁矿的研究重点在于如何经济且高效地解决其中有价金属元素分离及回收利用问题。 本研究以新疆葱岭的钒钛磁铁矿为原料，以焦炭为还原剂进行试验，研究了钒钛磁铁精矿还原热力学和动力学的理论基础，得出配碳量、焙烧时间、温度对内配碳球团性能的影响规律，以及碱度、总配碳量和熔分温度对其熔分过程和V元素收得率的影响规律。通过钒回收率的计算和产品XRD、SEM-EDS的分析，得到钒钛磁铁矿电炉熔分冶炼的最佳工艺参数，并应用于半工业试验，通过试验结果得到以下结论： （1）对钒钛磁铁矿还原过程的热力学和动力学的分析计算研究得出：在温度1350K到1600K的区间内，Fe的各类氧化物可以完全被还原得到金属Fe，此时Ti的氧化物留在渣系中，实现了理论上的钛、铁分离。钒钛磁铁矿还原熔分时V的碳热还原反应机制主要是由渣相中(V2O5)→(V2O5)S的扩散过程和铁水液相中[V]S→[V]的扩散过程协同控制。 （2）钒钛磁铁矿的内配碳球团的造球和焙烧实验结果表明：较高的内配碳量和内配碱度不利于提高生球的抗压强度和落下强度。综合来说金属化焙烧试验的最佳条件为配碳量10%，焙烧温度1250℃，保温时间60min，此时球团的金属化率为80.5%，抗压强度1573.6N。 （3）由钒钛磁铁精矿还原-熔分试验结果分析可以得出：提高熔分温度和碱度使得钒钛磁铁矿渣铁分离效果变好，改善了钒、钛元素的富集效果，但过高的还原温度和碱度并不利于钒元素的回收。随着配碳量的提升，钒元素在铁水中的含量和回收率都先增大后降低。为使铁水中钒的回收率达到最大值，最佳的钒钛磁铁矿冶炼参数应为：碱度1.2，总配碳量15%，还原温度1500℃。在此条件下得到V回收率为98.07%。 （4）将实验室钒钛磁铁矿还原-熔分的最佳工艺进行扩大化半工业试验，结果表明：电弧炉的冶炼气氛和时间、焦炭的配比和温度、碱度对钒磁铁矿的还原熔分和铁水中钒收得率都有影响，最终试验所得钒收得率达到74.88%。
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