淺析釩鈦科技含鈦高爐渣綜合利用

宋 進(jìn)，官仁權(quán)

（成渝釩鈦科技有限公司，四川 內(nèi)江 642469）

成渝釩鈦科技有限公司近幾年發(fā)展比較迅速，特別是2018年鋼產(chǎn)量突破500 萬t。本公司在高爐冶煉方面主要采用釩鈦磁鐵礦，比例超過50%[1]。釩鈦磁鐵礦的主要成分決定了本公司的高爐渣富含鈦，與普通的高爐渣相比，其活性指數(shù)較低，從而限制了其在水泥行業(yè)上的應(yīng)用，其在水泥中的添加比例基本在10%～30%[2]。前幾年，成渝釩鈦科技有限公司的高爐渣生產(chǎn)工藝以高爐水碎渣生產(chǎn)為主，含鈦高爐渣的產(chǎn)量達(dá)到250 萬t，作為一種再利用的資源，人們需從多方面研究具有高價(jià)值的產(chǎn)品。

從成渝釩鈦科技有限公司近幾年的含鈦礦渣綜合利用來看，基本應(yīng)用于建材領(lǐng)域（水泥和透水磚等），公司內(nèi)部僅利用了80 萬t 左右，尚有170 余萬t 含鈦礦渣暫主要通過外售方式處置。

1 國內(nèi)外高爐渣利用現(xiàn)狀

1.1 非提鈦直接應(yīng)用

1.1.1 礦渣水泥

普通礦渣水泥高爐渣摻入量可以占水泥質(zhì)量的20%～85%，但中鈦及以上礦渣水泥因其活性低，摻入量通常低于30%。

1.1.2 礦渣碎石

礦渣碎石的作用很廣，用量也很大，主要用于公路、機(jī)場、地基工程、鐵路道砟、混凝土骨料和瀝青路面等。配制礦渣碎石混凝土，礦渣碎石配制的混凝土具有與普通混凝土相近的力學(xué)性能，還有良好的保溫、隔熱、耐熱、抗?jié)B和耐久性能[3]。

1.1.3 礦渣磚和濕碾礦渣混凝土制品

濕碾礦渣混凝土，是以水渣為主要原料制成的一種混凝土。它是將水渣和激發(fā)劑（水泥、石灰和石膏）放在輪碾機(jī)上加水碾磨制成砂漿后，與粗骨料拌和而成的。

1.1.4 膨脹礦渣及膨珠

膨脹礦渣主要用作混凝土輕骨料，也用作防火隔熱材料，用膨脹礦渣制成的輕質(zhì)混凝土，不僅可以用于建筑物的圍護(hù)結(jié)構(gòu)，而且可以用于承重結(jié)構(gòu)。直徑小于3 mm 的膨珠與水渣的用途相同，可供水泥廠用作礦渣水泥的摻合料，也可用作公路路基材料和混凝土細(xì)骨料。

1.1.5 衛(wèi)生瓷板

重慶硅酸鹽研究所曾將液態(tài)的攀枝花高爐渣（1 350℃）加熱到1 500℃，用澆注成型和離心成型法制做出不同外觀的礦渣微晶玻璃，并用于制備衛(wèi)生瓷板、內(nèi)外墻磚、鋪地磚及耐腐耐磨管道，該工藝可以利用熔渣的熱量，可節(jié)能，但只作了實(shí)驗(yàn)室研究。

1.1.6 釉面磚

1986年，攀鋼（集團(tuán)）公司研究院和攀枝花仁和瓷廠合作，用攀枝花高鈦型水碎高爐渣和當(dāng)?shù)靥胀僚淞现苽涑闪朔蠂覙?biāo)準(zhǔn)的釉面磚，其工藝比傳統(tǒng)工藝燒成溫度低，可節(jié)省能源，延長窯爐使用壽命。

1.1.7 農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用

硅肥己被國際土壤學(xué)界認(rèn)定為繼氮、磷、鉀之后第四大元素肥料，以二氧化硅（Si02）和氧化鈣（Ca0）為主。人們可以利用高爐礦渣富含硅、鈣特點(diǎn)，生產(chǎn)硅肥。

1.2 提鈦后再利用

1.2.1 硫酸浸取制鈦白及提鈧工藝

攀鋼（集團(tuán)）鋼鐵研究院與中南工業(yè)大學(xué)于曾合作開展了硫酸浸取高爐渣制鈦白及提鈧的研究工作。該技術(shù)用高爐渣中的TiO2生產(chǎn)出鈦白粉，同時(shí)回收了鈧，但鈦的回收率不高。雖然提鈧是一大亮點(diǎn)，但噸渣含鈧不到40 g，并且全球的需求非常有限。

1.2.2 制取鈦硅合金

20世紀(jì)70年代，重慶大學(xué)開發(fā)了冶煉硅鈦鐵復(fù)合合金工藝。該工藝采用含Ti02為24.18%的高爐渣，用含75 %的硅鐵為還原劑，工業(yè)石灰作熔劑，在50 kVA 實(shí)驗(yàn)室電爐上進(jìn)行試驗(yàn)，獲得含27.08% Ti，31.05% Si，20.20% Fe 的硅鈦鐵合金，鈦回收率為76.70%。

1.2.3 堿處理高爐渣提鈦

重慶大學(xué)周志明等人研究了在1 200℃～1 300℃溫度范圍，用Na0H 處理攀枝花高鈦型高爐渣，然后用水浸取產(chǎn)物進(jìn)行渣鈦分離的技術(shù)研究[4]。該法加入Na0H 的量為高爐渣的20%～25%，水浸殘?jiān)蠺i02含量≤10%。由于堿耗量較大，考慮回收鈉鹽將大大增加成本和工藝的復(fù)雜程度，并且鈦的富集效果也并不理想，該技術(shù)的應(yīng)用前景不被看好。

1.2.4 含鈦型高爐渣鈦組分綠色分離技術(shù)

東北大學(xué)提出了含鈦型高爐渣中鈦組分的綠色分離技術(shù)。優(yōu)化析出長大條件，選擇適當(dāng)數(shù)量和種類的添加劑來改變鈣鈦礦相的析出形貌，經(jīng)若干小時(shí)處理后，晶粒尺寸長大，保持在40 ～50 μm，為后續(xù)的選擇分離環(huán)節(jié)創(chuàng)造必要條件。

2 成渝釩鈦科技有限公司的含鈦高爐渣利用研究進(jìn)展

2.1 含鈦高爐渣的礦相與物化性能

2.1.1 XRD 分析

含鈦高爐渣中的鈦以透輝石、鈣鈦礦、尖晶石為主，其中鈣鈦礦與含鈦透輝石最多，鈣鈦礦以小顆粒（10 μm 左右）形式彌散于渣相中，并與尖晶石等礦物互相連生[5]。具體物化性質(zhì)如表1所示。

表1 2018年平均高爐爐渣成分

2.1.2 SEM 分析

高爐渣表面結(jié)構(gòu)雖看似疏松，呈四角星狀、雪花狀，但在結(jié)構(gòu)上相互交織，形成均勻致密的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，這也是不易磨的主要原因。

2.2 西南科技大學(xué)用φ500 試驗(yàn)球磨機(jī)研磨

從檢測結(jié)果分析，含鈦高爐渣易磨性差，且原渣活性指數(shù)較低。采用提高比表面積和使用激發(fā)劑的方法，對提升含鈦高爐渣的活性意義不大，這與國內(nèi)相關(guān)研究結(jié)論是一致的。

2.3 含鈦高爐渣微粉研究

西南科技大學(xué)合作開展了含鈦高爐渣生產(chǎn)S75 礦渣粉項(xiàng)目研究，通過對礦渣進(jìn)行XRD、SEM、活性等物化性能檢測，研究礦渣粉磨特性、優(yōu)化調(diào)整激發(fā)劑配比，采用基于地質(zhì)聚合物改性激發(fā)惰性鈦礦渣玻璃體的活化劑設(shè)計(jì)進(jìn)行試驗(yàn)，在加入20%的普通礦渣后，7 d 的活性指數(shù)為58.8%，28 d 的活性指數(shù)為76.7%。

2.4 礦渣砂石

2018年，經(jīng)過考察與研究，組織利用高爐應(yīng)急渣池，通過對控冷制度的研究與大量試驗(yàn)，在高爐渣池成功實(shí)現(xiàn)了24 h 內(nèi)連續(xù)3 爐出渣控冷與干渣轉(zhuǎn)運(yùn)，生產(chǎn)證實(shí)了新區(qū)2 高爐4 個(gè)應(yīng)急渣池具備100 萬t/a砂石用干渣原料生產(chǎn)能力。

3 對成渝釩鈦科技有限公司含鈦礦渣綜合利用的分析

根據(jù)成渝釩鈦科技有限公司高爐渣屬性研究與水泥摻料的生產(chǎn)實(shí)踐，中鈦高爐渣確因渣中鈦含量偏高、活性偏低問題，其在水泥領(lǐng)域應(yīng)用難以繼續(xù)大幅提升摻合比例，故星船城水泥有限公司礦渣需求基本維持在60 萬t/a。四川省勁騰環(huán)保建材有限公司近年對礦渣的需求明顯增長，未來三年，其礦渣需求量預(yù)計(jì)分別達(dá)12 萬t/a、20 萬t/a、30 萬t/a。成渝釩鈦科技有限公司新建有礦渣砂石示范線，兩條控冷示范線具備40 ～50 萬t/a 原料產(chǎn)能，一條破碎示范線具備14 萬t/a 產(chǎn)能，尚有一破碎線可改造擴(kuò)能，可在滿足企業(yè)自身基建需求的同時(shí)，利用此示范線穩(wěn)步拓展砂石外部市場。

從國家對自然砂石開采控制、加大交通等基礎(chǔ)建設(shè)力度等角度綜合分析，礦渣砂石未來應(yīng)有較好市場。鑒于當(dāng)前高爐水淬渣銷售形勢尚佳，礦渣砂石所需原料的生產(chǎn)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)暫難解決，原計(jì)劃100 萬t 礦渣砂石項(xiàng)目可研報(bào)告表明需5年左右方能收回投資，且該項(xiàng)目與混合熔渣提鈦項(xiàng)目不能有機(jī)結(jié)合，故建議仍暫緩100 萬t 礦渣砂石生產(chǎn)線建設(shè)。

四川區(qū)域商混用微粉資源短缺，各大商混企業(yè)均期求與有穩(wěn)定質(zhì)量與產(chǎn)量的微粉生產(chǎn)企業(yè)合作，微粉市場需求及效益均向好。從投資收益角度比較，礦渣微粉項(xiàng)目尚優(yōu)于礦渣砂石項(xiàng)目。但是，生產(chǎn)S75 礦渣微粉尚需添加20%普通礦渣。

成渝釩鈦科技有限公司高爐礦渣富含鈦資源，礦渣提鈦有顯著的社會(huì)效益，也具備潛在的經(jīng)濟(jì)效益。本公司正積極與東北大學(xué)開展混合熔渣提鈦技術(shù)合作，盡管該技術(shù)采取的是重礦渣路線，但經(jīng)選礦后的礦石呈粉末狀，不能作為砂石原料。

4 結(jié)語

盡管高爐礦渣用途多，但中鈦礦渣受自身屬性影響，尚需解決此類應(yīng)用領(lǐng)域的核心技術(shù)問題[6]。同時(shí)，絕大應(yīng)用領(lǐng)域?qū)ΦV渣難以大規(guī)模消化，故建議成渝釩鈦科技有限公司中鈦礦渣暫仍考慮主要應(yīng)用在水泥摻合料、礦渣微粉、礦渣砂石等領(lǐng)域。

從國家及其川渝經(jīng)濟(jì)帶對環(huán)境控制與管理分析，成渝釩鈦科技有限公司必須穩(wěn)妥控制高爐礦渣環(huán)保風(fēng)險(xiǎn)。為避免因現(xiàn)有礦渣銷售模式導(dǎo)致礦渣堆存環(huán)保隱患，建議提前直接與川渝附近水泥或微粉加工企業(yè)構(gòu)建戰(zhàn)略供需合作關(guān)系。若仍尚有顧慮，結(jié)合渣中提鈦尾渣實(shí)際，建議優(yōu)先增上礦渣微粉項(xiàng)目。

成渝釩鈦科技有限公司高爐礦渣富含鈦資源，礦渣提鈦具有顯著的社會(huì)效益，也具備潛在的經(jīng)濟(jì)效益。鑒于攀鋼高溫碳化與低溫氯化工藝，暫未解決氯化殘?jiān)幚砑吧a(chǎn)經(jīng)濟(jì)性問題，建議本公司在做好攀鋼提鈦工藝研究進(jìn)展跟蹤的同時(shí)，加大混合熔渣提鈦技術(shù)研究與工業(yè)試驗(yàn)力度，同時(shí)結(jié)合現(xiàn)鈦硅合金在鋼筋等鋼鐵材料的應(yīng)用，開展含鈦高爐渣生產(chǎn)硅鈦合金方面的研究。