氯化渣冶煉技術開發與生產實踐

馬 勇

（攀鋼集團鈦業有限責任公司，四川 攀枝花 617000）

1 引言

我國的鈦礦資源主要有二種類型:鈦鐵礦巖礦和鈦鐵礦砂礦，其中鈦鐵礦巖礦占全國鈦資源的94%。［1］攀枝花－西昌地區的釩鈦磁鐵礦資源儲量達90.6億噸，鈦資源儲量（以二氧化鈦計）6.18億噸，占全國鈦鐵礦巖礦儲量的95%。攀鋼將開采出來的礦石經選礦獲得含釩鐵精礦用作冶煉鋼鐵的原料，選鐵的尾礦用于回收生產鈦精礦，現已形成了年產50萬噸鈦精礦的生產能力。

攀枝花鈦精礦是典型的巖礦，云南鈦礦是典型的鈦鐵礦砂礦，兩種礦成分比較見表1，從表1中可以看出攀枝花鈦精礦的主要特點是CaO＋MgO含量高。

表1 兩種鈦精礦典型成分比較 （%）

2 攀枝花礦冶煉熔鹽氯化渣的特點

為了利用攀枝花豐富的鈦資源，形成從鈦礦到鈦材的完整鈦產業鏈，攀枝花鈦精礦首先要通過電爐冶煉為鈦渣后才能進一步作為海綿鈦及鈦材生產的原料。

2.1 熔鹽氯化渣品位

攀枝花鈦精礦與云南鈦精礦相比，鐵氧化物主要以二價態形式存在，雜質含量尤其是CaO、MgO含量高，結構致密還原性能差［1］。攀枝花鈦精礦和云南鈦精礦XRD圖譜基本相似（見圖1），主要物相為鈦鐵礦、磁鐵礦、鐵橄欖石、鎂橄欖石和鎂鈦礦，這與化學分析結果基本一致（見表1）。掃描電鏡的分析結果為:攀枝花鈦精礦的鈦鐵礦體積含量在85%～90%之間，云南鈦精礦鈦鐵礦體積含量在91%～94%左右。攀枝花鈦精礦與云南鈦精礦的主要區別是云南鈦精礦中基本沒有鐵橄欖石。

圖1 攀枝花礦和云南礦的XRD

攀枝花鈦精礦TiO2在鎂鈦礦中賦存量高，加之攀枝花鈦精礦中FeO含量較高，鈦鐵礦相外FeO多賦存于磁鐵礦相中。另外攀枝花鈦精礦中含CaO和MgO，其在電爐冶煉中基本不被還原。經計算和相關實驗研究，攀枝花礦冶煉氯化渣時其上限品位在78%左右，由于CaO和MgO含量高，適合于熔鹽氯化法生產海綿鈦工藝，稱為熔鹽氯化渣。

2.2 生產熔鹽氯化渣的技術難點

國內僅在80年代在錦州鈦業1800KVA的小電爐上開展過攀枝花鈦精礦冶煉熔鹽氯化渣的試驗，而在25.5MVA大型電爐上還沒有開展熔鹽氯化渣的試驗。在大型電爐冶煉熔鹽氯化渣的生產過程中，其主要技術難點是:

（1）溫度升高。為了提高鈦渣品位需要將FeO還原到盡可能低的狀態。在還原FeO時會伴隨TiO2大量過還原，產生大量高熔點的低價鈦，這部分物質會降低渣的流動性，加之鈦渣的短渣特性，為保證順利出渣，必須大幅度提高渣的過熱度。而提高出渣溫度也意味著整個冶煉系統的溫度升高，對電爐的出渣口、出鐵口、電極煙氣處理系統及爐體耐火材料均有不同程度的影響。

（2）掛渣層維護困難。鈦渣中TiO2具有兩性氧化物性質，鈦渣能與各種酸性和堿性氧化物發生反應，生成各種化合物和固溶體，因而鈦渣對爐襯磚有強烈的腐蝕性。隨著還原深度增加，爐內溫度升高，整體爐況控制難度增大，冶煉過程中掛渣層極易被洗刷，甚至可能將掛渣層洗刷完后，直接侵蝕鎂磚爐襯，嚴重縮短爐襯壽命。

（3）泡沫渣幾率增加。攀枝花鈦精礦低熔點物質如CaO、MgO含量較高，在冶煉過程中極易發生軟熔，在熔池表面形成覆蓋層，導致后批物料加入后直接覆蓋在軟熔層上，物料冶煉產生的氣體很難從熔池表面溢出，從而產生泡沫渣。

3 氯化渣技術開發與生產

鈦業公司鈦冶煉廠是目前國內最大的鈦渣生產廠家，擁有3座25.5MVA鈦渣電爐，通過消化吸收烏克蘭的操作工藝，采用了攀枝花微細粒級鈦精礦造球、爐頂配料、多點布料及爐氣余熱回收利用等多項先進的生產工藝，形成了攀鋼自主知識產權的“大型電爐采用自焙電極、粉礦直接入爐冶煉鈦渣”的專有技術，擁有180kt酸溶渣或氯化渣的生產能力。

3.1 熔鹽氯化渣技術開發

針對熔鹽氯化渣冶煉過程存在的溫度升高、掛渣層維護困難及泡沫渣等技術難點，首先攀鋼鈦業公司鈦冶煉廠制定了詳細的試驗方案，對熔鹽氯化渣的熔點、粘度等高溫指標進行測試，同時通過分析鈦渣中FeO與TiO2的關系（見圖2），科學地指導生產。

圖2 鈦渣中TiO2含量與FeO含量的關系

其次對生產工藝進行優化，詳細對比總結探索性試驗中加料制度變化情況，在穩定生產中采取了多點布料的方式，通過嚴格控制各點的加料量、配碳比、送電功率等，保證每爐冶煉掛渣層的厚度，避免了掛渣層被沖刷，同時開展了低溫冶金工作，根據攀枝花鈦精礦熔化吸收熱量大的特點，重新設計了供電制度，進一步減少了泡沫渣產生的可能性，并將出渣溫度控制在1720℃以內，一方面可避免高溫對渣鐵口和煙氣系統的影響，另一方面達到節能降耗的目的。

最后在設備方面一是采用了新型電極絕緣材料，重新設計了電爐的絕緣結構，在生產期間幾乎沒有發生過絕緣故障；二是進一步優化了渣鐵口的耐火材料及結構，使得渣鐵口的耐火材料使用壽命提高了2倍以上，為熔鹽氯化渣冶煉的穩定順利運行提供了保障。

3.2 熔鹽氯化渣的生產

鈦業公司鈦冶煉廠成功開發出熔鹽氯化渣冶煉技術，在實際穩定生產過程中未見有明顯泡沫渣現象，同時出渣溫度及掛渣層均控制在正常的范圍內。目前已經形成月產3000t／臺熔鹽氯化渣的生產能力，生產的熔鹽氯化渣指標見表3，物相結構如圖3所示，產品完全滿足攀鋼1.5萬噸海綿鈦廠對原料的要求。

表3 熔鹽氯化渣生產指標

圖3 鈦渣電鏡照片

從2012年以來，鈦冶煉廠已經向攀鋼海綿鈦廠提供了12kt熔鹽氯化渣，生產出的海綿鈦產品中國標零級品及以上的達到70%以上，與美國、日本等世界海綿鈦生產強國供應航空航天產業的海綿鈦處于相同檔次。

4 結論

（1）鈦業公司鈦冶煉廠成功開發出熔鹽氯化渣冶煉技術，解決了溫度升高、掛渣層維護困難及泡沫渣等技術難題，形成了熔鹽氯化渣專用操作工藝制度，結束了我國無大型電爐生產氯化渣的歷史。

（2）鈦業公司鈦冶煉廠現已形成月產3000t／臺的熔鹽氯化渣能力，產品已在海綿鈦廠成功使用。

（3）大型電爐生產熔鹽氯化渣技術的成功開發，對提高攀枝花鈦精礦綜合利用率，加快攀西鈦資源的開發有重要意義。

［1］楊紹利，盛繼孚.鈦鐵礦熔煉鈦渣與生鐵技術［M］.冶金工業出版社，2006:113.