0、引言
    目前世界上90%以上的鈦礦用於生產鈦白
，約4%～5%的鈦礦用於生產金屬鈦
，其餘鈦礦用於製造電焊條、合金
、碳化物、陶瓷、玻璃和化學品等。我國的鈦資源儲量非常豐富
，但主要是鈦鐵礦
，金紅石礦甚少。我國鈦礦主要由廣東、廣西、海南
、雲(yun)南(nan)和(he)四(si)川(chuan)攀(pan)枝(zhi)花(hua)開(kai)采(cai)生(sheng)產(chan)
，主(zhu)要(yao)產(chan)品(pin)是(shi)鈦(tai)鐵(tie)礦(kuang)精(jing)礦(kuang)，也(ye)有(you)少(shao)量(liang)的(de)金(jin)紅(hong)石(shi)精(jing)礦(kuang)。由(you)於(yu)鈦(tai)鐵(tie)礦(kuang)精(jing)礦(kuang)的(de)品(pin)位(wei)較(jiao)低(di)，需(xu)經(jing)過(guo)富(fu)集(ji)處(chu)理(li)獲(huo)得(de)高(gao)品(pin)位(wei)的(de)富(fu)鈦(tai)料(liao)一(yi)高(gao)鈦(tai)渣(zha)或(huo)人(ren)造(zao)金(jin)紅(hong)石(shi)
，才(cai)能(neng)進(jin)行(xing)下(xia)一(yi)步(bu)的(de)處(chu)理(li)。
    電爐熔煉法…shiyizhongchengshudefangfa
，gongyibijiaojiandan，fuchanpinjinshutiekeyizhijieliyong，buchanshenggutiheyetifeiliao
，dianlumeiqikeyihuishouliyong，sanfeishao，gongchangzhandimianjixiao，shiyizhonggaoxiaodeyelianfangfa。dianluronglianfakededaoT102含量為80%左右的高鈦渣，作為下一步處理（如酸浸法或氯化法）的原料。
由於電爐熔煉法屬於高溫冶金，能耗高是其固有的特點，生產1t高鈦渣，大約需要3 000 kWh的電能，而實際上將鐵從鈦鐵礦中還原出來所需的化學能量僅在500 kWh左右
，即能量的有效利用率僅在17%左右
，非常低
；其二、電爐熔煉法使用冶金焦或石油焦作還原劑
，也存在一定的環境汙染。
    El- Tawil等deng人ren研yan究jiu了le在zai固gu態tai下xia先xian將jiang鐵tie從cong鈦tai精jing礦kuang中zhong還hai原yuan出chu來lai，然ran後hou再zai通tong過guo磁ci選xuan方fang式shi將jiang鐵tie分fen離li出chu來lai的de方fang法fa生sheng產chan高gao鈦tai渣zha。他ta們men通tong過guo添tian加jia催cui化hua劑ji等deng方fang式shi，研yan究jiu了le鈦tai鐵tie礦kuang在zai1 000。1200℃的還原性能
，結果表明，在1200℃恒溫180 min，鈦鐵礦的金屬化率達到85%。因此還原效果不很理想，富通新能源銷售球磨機、雷蒙磨粉機等磨機機械設備。
    Williams等人研究了通過球磨促發方式實現鈦精礦的低溫還原性能，發現了在760℃條件下恒溫30 nun基本上將鐵從鈦精礦中還原出來這一低溫反應現象，具有很強的理論意義。但是實驗條件很苛刻，要求鈦精礦的顆粒度在1—2um
，一般球磨機難以實現這一目標，即使能夠達到，也將耗費大量能量。
    趙沛等人提出了煤基低溫冶金學和冶金流程，可將鐵礦石的冶煉溫度降低到700℃以下，甚至更低的溫度。在此基礎上
，鋼鐵研究總院低溫冶金學課題組經過研究

，發現鈦精礦粉體的平均粒度在10嚴m左右時也能將它的還原溫度降低到600℃左右
，並且研究出一種高效球磨機
，這樣為鈦精礦的低溫還原工藝的產業化奠定了理論和實踐基礎。
1
、鈦鐵礦生產高鈦渣的低溫還原特性
    實驗中

，鈦精礦的化學成分見表1
，碳的純度為分析純，它們的平均粒度約為100um，將一部分原料用高效球磨機磨細到10um左右。然後將原料按一定比例混勻，進行熱重試驗（測量儀器為杜邦951差熱熱重掃描量熱儀
，升溫速度5C/min，氮氣保護）。
    鈦精礦的主要物相為FeT103，它與碳的化學反應如(1)式所示：
在標準狀態下，開始反應的溫度為811℃左右。實際上反應由於受動力學限製，即使溫度在1 200℃
，反應速度也較慢。這也是使用電爐熔煉法生產高鈦渣的原因之一。
    從圖1可見，當使用普通粉體還原時，起始反應溫度約為800℃
，當溫度升至980℃時，還原率不足20%。因此普通粉體（100um左右）難以實現低溫快速還原反應。隻有將粉體變成超細粉後(10um左右時)
，才能出現明顯的低溫反應現象
，反應起始溫度可以降低到200℃左右。從圖l可見
，當反應溫度升到700℃左右時，鐵的還原基本結束，而當升溫至900℃以上時，出現T102被還原成T13 0s的還原反應。實驗表明，在600℃恒溫1 h，還原率可以達到95%以上。
    為什麼超細粉體會出現低溫還原反應現象呢

？首先
，在反應熱力學上，由於鈦精礦粉的粒度降低到10um左右或更細時
，粉體的表麵能和晶格能增加，這樣可以降低吸熱反應的自由焓，因此理論起始反應溫度下降。
    另一方麵
，超細粉體的反應動力學條件非常優越。首先超細粉體在變細過程中，粉體表麵出現許多活化中心
，降低了反應的活化能
；qici，fanyingbiaomianjizengjialeshushibei，yejiakuailefanyingsudu。zongzhi，fentibianchengchaoxifentihou
，zairelixuehedonglixueshangjunyouliyudiwenhaiyuanfanyingdefasheng，gengweixitongheshenkedelilunyanjiujieguojiangzaijinhoubaodao。
2、鈦鐵礦超細粉的製備工藝
    傳統的球磨機很難將鈦鐵礦粉體磨細到10um以下，如何得到超細鈦鐵礦粉？為此研究開發出一種高效連續式球磨機，可將鈦鐵礦粉體磨細到10um以下。實驗用高效球磨機的內徑為30 cm，高90cm，有效體積0.06 m3；電機額定功率為90 kWh，電壓380V。鐵礦的產量為1.2 Uh，使用功率75kW。粒度分析用GSL - 101B型激光顆粒分布測量儀

，結果見圖2。顆粒主要分布在4—12 lum之間。此球磨機也可將粉體的平均粒度磨細到2—3um，而能耗可控製在100 kWh/t以內。高效球磨機經過擴容後，可實現5—10t/h的產量（鈦鐵礦）
，能夠滿足目前高鈦渣的工業生產要求。
3、鈦鐵礦生產高鈦渣的低溫還原工藝及特點
3.1低溫工藝流程
    除了粉體的製備、低溫還原試驗外，還進行了低溫還原裝置、工藝流程
、物料和能量平衡方麵的可行性試驗、分(fen)析(xi)和(he)計(ji)算(suan)，認(ren)為(wei)在(zai)低(di)溫(wen)下(xia)快(kuai)速(su)還(hai)原(yuan)鈦(tai)鐵(tie)礦(kuang)工(gong)藝(yi)是(shi)可(ke)行(xing)的(de)，並(bing)形(xing)成(cheng)了(le)一(yi)項(xiang)發(fa)明(ming)專(zhuan)利(li)。這(zhe)項(xiang)專(zhuan)利(li)不(bu)僅(jin)可(ke)以(yi)處(chu)理(li)鈦(tai)鐵(tie)礦(kuang)粉(fen)，而(er)且(qie)還(hai)可(ke)處(chu)理(li)鐵(tie)礦(kuang)粉(fen)與(yu)釩(fan)鈦(tai)磁(ci)鐵(tie)礦(kuang)粉(fen)等(deng)多(duo)種(zhong)鐵(tie)礦(kuang)和(he)共(gong)生(sheng)鐵(tie)礦(kuang)。
    diwenkuaisuhaiyuanshengchangaotaizhadezhibeifangfadejutiliuchengwei，jiangtaitiekuangfenhemeifenfenbiezaigaoxiaoqiumojizhongmoxichengchaoxifen，ranhoujiangtamenanyidingbilihunyun
，zaoqiuhouzaijiareshebeizhonghaiyuan。haiyuanhoudechanpinjinglengquehoumosuitongguocixuanfangshidedaotiefenhegaotaizha
，huozhetongguorongyufangshidedaotieshuihegaotaizha。diwenhaiyuanyudianluronglianfadegongyibijiaojianbiao2。
3.2能耗低
    低溫還原工藝的最主要特點是降低冶煉能耗：由於冶煉溫度低(600℃)，物料（高鈦渣）的物理熱量僅為0.75 GJ/t(200 kWh/t)，僅相當於電爐熔煉法的1/4左右

；其次
，在600℃左右，化學反應較單一（鐵的還原），而Ti02的還原等副反應（如T102一Ti305-*T1203）難以發生，因此化學反應耗熱少(500 kWh/t高鈦渣)
，約為電爐熔煉法的60%左右；再次，低溫條件下，尾氣、冷卻水帶走的熱量也僅相當於電爐熔煉法的1/4左右。因此，低溫法冶煉高鈦渣的能量約為1 000kWh/t，相當於電爐熔煉法的1/3左右。
3.3冶煉方法靈活
    低溫還原工藝除了可以用電加熱外
，還可采用煤或氣作為熱源。如用回轉窯
、豎爐、隧道窯等作為加熱方式，這樣可進一步降低生產成本。還原劑的選擇可根據鈦鐵礦的成分而定

，如果鈦鐵礦中的全Fe含量高、而脈石（Mg0
、S102
、Al2 03等）雜質含量低，通過還原可以得到T102含量為90%以上的高鈦渣
，則可選用較純的碳質還原劑（如碳粉等）。若鈦鐵礦中的脈石含量高，通過還原後僅可以得到Ti02含量為80%左右的高鈦渣
，則可以選用低灰分的煤粉作為還原劑。
3.4利於環保
    低溫冶煉法可用煤作為還原劑，而不需要焦炭或石油焦作為還原劑
，避免了冶煉焦炭或石油焦過程的環境汙染。低溫下NO,、SO，等有害氣體難以形成，因此排放量遠低於電爐熔煉法的排放量。低溫下，冷卻水的用量也要明顯少於電爐熔煉法的用量。
4、結論
    (1)當鈦鐵礦和碳質還原劑（如煤粉）粉體的粒度約為10um時

，可在600℃左右實現快速還原反應，將鐵還原出來。
    (2)研究開發出一種高效球磨機，可將鈦鐵礦粉體的平均粒度磨細到2—10um，能耗低於100 kWh/t

，產量有望達到5—10 t/h。
    (3)開發出低溫快速還原鈦鐵礦生產高鈦渣新工藝流程，該流程具有冶煉溫度低、能耗小、汙染少等特點。