攀枝花釩鈦磁鐵礦冶煉過程中主要稀散元素分布走向研究

徐本平

(攀鋼集團 攀枝花鋼鐵研究院有限公司，四川 攀枝花 617000)

攀枝花地區作為我國少有的礦產資源富集區域，尤其釩鈦磁鐵礦、稀土等資源儲量巨大，并且共(伴)生有許多稀散元素，其資源綜合利用得天獨厚潛力巨大.據最新勘探成果，僅攀枝花境內釩鈦磁鐵礦累計探明資源儲量達73.37億t，是全國第二大鐵礦區，其中，釩資源儲量達1 547萬t，占國內第一、世界第三位；鈦資源儲量5.38億t，占世界第一位；其主要伴生有微量的鎵、鈧、鉻、鈷、鎳、鈮以及稀土、鉑族等稀散元素，具有非常重要的綜合利用價值.

經過多年的發展，攀枝花在釩鈦資源的綜合利用方面取得巨大進步，部分選冶技術達到國際先進水平，主量元素鐵、釩、鈦的利用水平全面上升，但與國家提出的節能環保與高效利用攀枝花資源的要求還存在較大差距，特別是釩鈦磁鐵礦中共(伴)生的鎵、鈧、鉻、鈷、鎳等稀散元素的綜合利用水平非常落后.目前，攀枝花的釩鈦磁鐵礦冶煉工藝過程中主要稀散元素以及含量分布和走向仍然只有零星的基礎數據，遠未形成完整、系統的分析資料，為此需要在此方面持續開展相關基礎研究工作，深入研究掌握攀枝花釩鈦磁鐵礦冶煉工藝過程中主要稀散元素的分布走向規律，為進一步深入全面地綜合開發利用攀枝花釩鈦磁鐵礦資源的方向、規劃、決策等提供基礎指導資料.

攀鋼作為我國特大型鋼鐵企業之一，經過40多年的發展，已成為我國最大、世界第二的產釩企業，我國最大的鈦原料和產業鏈最為完整的鈦加工企業.攀鋼的釩產業、鈦產業、鋼鐵產業鏈完備，已經達到集群化和規?；a水平.但是鐵、釩、鈦這些綜合利用占釩鈦磁鐵礦潛在的價值比例很小，綜合利用的深度和廣度都很不夠，特別是未對鋼、鐵、釩、鈦生產流程渣中的具有市場價值的稀散元素進行資源回收利用，造成資源浪費[1].

目前，國內系統對攀枝花地區釩鈦磁鐵礦尤其是冶煉過程樣品中稀散元素的分布走向研究很少，陳厚生教授對80年代攀枝花釩鈦磁鐵礦現流程中有益元素的賦存狀態及分布規律進行過研究，大致找出攀枝花釩鈦磁鐵礦冶選過程中主要有益元素的分布規律；但是攀枝花礦層經過了20多年的深入開采，隨著礦體深度的較大變化以及采選、鋼鐵冶煉和提釩、提鈦等生產技術的進步完善和工藝參數的調整變化，均可能影響稀散元素的分布及走向，而且相對于現在所采用的高精度儀器檢測分析技術，當時的檢測手段也較落后，有些數據準確性和陳舊性難以反映當前現實情況.文獻[3-9]，只是從礦產及冶煉產品中重點考察了鐵、釩、鈦的綜合利用，涉及到稀散元素的走向及綜合利用尚未見報道.

本文通過對攀鋼冶煉工藝過程中伴生的主要稀散元素以及含量分布和走向研究，重點找出稀散元素在燒結礦、高爐渣、釩渣、鋼渣等釩鈦磁鐵礦冶煉生產工藝流程關鍵節點的分布走向規律，為攀枝花釩鈦磁鐵礦深度開發利用宏觀決策提供不可或缺的技術支撐.

1 研究方法

1.1 樣品選取

樣品采集盡量選取能代表現行攀枝花釩鈦磁鐵礦主要是攀鋼釩冶煉及選鈦工藝的實際技術生產狀況的樣品，方案設定樣品采集周期分為3個季度，每個季度采集1個批次，分別以攀鋼釩為冶煉、選礦原料所生產或產生的鐵精礦、燒結礦、高爐渣、釩渣、鋼渣樣品各1份，從而獲到能夠代表現場抽取采集樣品的稀散元素檢驗用試樣.

1.2 基本概念

富集比=某產物中i元素的質量分數/鐵精礦中i元素的質量分數；

總收率%=(某產物中i元素的質量/鐵精礦中i元素的質量)×100%；

品位=某產物中i元素的質量分數；

年均保有量=某產物中i元素的年均產量

=某產物的年均產量×i元素品位；

可行性判據：當以鐵精礦為參照，同時滿足富集比>1,總收率>100%,可視為提取可行，反之則不可.

1.3 研究方法

本文的檢測數據主要來自于攀鋼研究院理化測試研究所采用的美國熱電公司的iCAP6300全譜直讀等離子體原子發射光譜儀(其設備參數：射頻功率1 200 W，輔助氣流量(Ar)1.0 L/min，霧化器壓力0.24 MPa，蠕動泵泵速65 r/min，觀察高度12.0 mm，檢測時間20 s(波長>220 nm)或30 s(波長<220 nm)).

2 研究結果

2.1 釩鈦磁鐵礦選冶工藝路線

根據攀鋼釩的冶煉工藝路線(見圖1)主要針對冶煉、選礦所生產或產生的鐵精礦、燒結礦、高爐渣、釩渣、鋼渣樣品進行研究，從中找出比較有價值的稀散元素的分布走向規律，為進一步提取創造條件.

圖1 釩鈦磁鐵礦冶煉工藝路線圖Fig.1 Road map of vanadium-titanium magnetite smelting process

2.2 攀枝花釩鈦磁鐵礦冶煉過程樣品主要元素含量及產量

攀枝花鐵精礦、燒結礦、高爐渣、釩渣、鋼渣中主要元素含量及2013～2015年內攀枝花釩鈦磁鐵礦冶煉過程中樣品的產量統計，詳見表1和表2.

表1 攀枝花釩鈦磁鐵礦冶煉過程樣品主要元素含量(質量分數)表Table 1 Main elements content of smelting process of Panzhihua vanadium-titanium magnetite

表2 攀枝花釩鈦磁鐵礦冶煉過程中樣品產量表Table 2 Element gudds of smelting process of Panzhihua vanadium-titanium magnetite

2.3攀枝花礦(攀鋼釩)冶煉過程樣品分析及富集比研究

品位測定和富集比分析，其結果分別見表3和表4.

從表3、表4可以看出：以季度為單位，時間跨度長達9個月，分別重復進行了三輪直接從作業現場抽取采集樣品并進行檢驗和分析比對，三次試驗研究結論均吻合一致，釩鈦磁鐵礦(攀鋼釩)冶煉過程中主要稀散元素分布及走向呈現較強規律性，其中 Cr、Zr相對富集于燒結礦；Ga、Nb、Sc、Zr相對富集于高爐渣；Cr、Ga、Nb、Sc、Zr則相對富集于釩渣中；Cr、Nb、Zr在鋼渣中相對富集.

表3 攀枝花礦(攀鋼釩)冶煉過程采樣三次平均品位質量分數分析結果表 /%Table 3 Average grade analysis results of sampling three times in the smelting process of Panzhihua Mine (Panshan Iron and Steel Co., Ltd.) %

表4 攀枝花礦(攀鋼釩)冶煉過程樣品對鐵精礦富集比分析結果表Table 4 Analysis results of enrichment ratio of iron concentrates in smelting process samples of Panzhihua Mine (Panshan Iron and Steel Co., Ltd.)

2.4攀枝花礦(攀鋼釩)冶煉過程樣品年均保有量和總收率分析

通過計算分析可以得出攀枝花礦(攀鋼釩)冶煉過程樣品年均保有量和總收率，分別見表5和表6.

從表5表、6可以看出：Co、Cr、Nb、Ni、Zr在燒結礦相對總收率較高；Ga、Sc、Zr在高爐渣中相對總收率較高；Cr在釩渣中相對總收率較高；具有開發利用的價值.

表5 攀枝花礦(攀鋼釩)冶煉過程采樣年均保有量(t)分析結果表Table 5 Analysis results of average annual of elements of smelting process in Panzhihua Mine (Panshan Iron and Steel Co., Ltd.) t

表6 攀枝花礦(攀鋼釩)冶煉過程樣品對鐵精礦總收率(%)分析結果Table 6 Analysis result of total iron ore yields of samples from the smelting process of Panzhihua Mine (Panshan Iron and Steel Co., Ltd.) %

2.5 攀枝花礦(攀鋼釩)冶煉過程樣品稀散元素提取可行性分析

2.5.1 Co元素富集比和總收率對應關系分析

以攀枝花鐵精礦作為參照對比計算出Co元素富集比和總收率，其結果見表7和圖2.

由表7和圖2可見：所有Co元素在冶煉過程樣中相對于鐵精礦的富集比均遠小于1，表明沒有富集，而總收率相對鐵精礦都不高(<100%)，雖然燒結礦總收率達到150.44%，但因富集率太低，沒有必要性，因此提取Co元素都不具有可行性.

表7 Co元素富集比和總收率關系表Table 7 Co element concentration ratio and total yields

圖2 Co元素富集比和總收率關系圖Fig.2 Relationship between Co element enrichment ratio and total yields

2.5.2 Cr元素富集比和總收率對應關系分析

以攀枝花鐵精礦作為參照對比計算出Cr元素富集比和總收率，其結果見表8和圖3.

表8 Cr元素富集比和總收率關系表Table 8 Cr element concentration ratio and total yields table

圖3 Cr元素富集比和總收率關系圖Fig.3 Relationship between Cr element enrichment ratio and total yields

由表8和圖3可見：Cr元素在燒結礦和釩渣中的富集比相對于鐵精礦均>1,說明冶煉過程富集了該元素，具有必要性；同時Cr元素在燒結礦和釩渣中的總收率相對于鐵精礦均>100%,說明冶煉后可以獲得比鐵精礦更多的該元素，具有可能性；因此提取Cr是可行的.

2.5.3 Ga元素富集比和總收率對應關系分析

以攀枝花鐵精礦作為參照對比計算出Ga元素富集比和總收率，其結果見表9和圖4.

表9 Ga元素富集比和總收率關系表Table 9 Ga element concentration ratio and totals yields

圖4 Ga元素富集比和總收率關系圖Fig.4 Relationship between Ga element enrichment ratio and total yields

由表9和圖4可見：Ga元素在高爐渣中的富集比相對于鐵精礦達到3.2,說明冶煉過程富集了該元素，具有必要性；同時Ga元素在高爐渣中的總收率相對于鐵精礦均達到238.9%,說明冶煉后可以獲得比鐵精礦更多的該元素，具有可能性；因此在高爐渣中提取Ga是可行的.

2.5.4 Nb元素富集比和總收率對應關系分析

以攀枝花鐵精礦做為參照對比計算出Nb元素富集比和總收率，其結果見表10和圖5.

表10 Nb元素富集比和總收率關系表Table 10 Nb element concentration ratio and total yields

圖5 Nb元素富集比和總收率關系圖Fig.5 Relationship between Nb element enrichment ratio and total yields

由表10和圖5可見：所有Nb元素在冶煉過程樣中相對于鐵精礦同時具備的富集比>1，而總收率>100%的情況不存在，說明不同時具備提取的必要性和可能性，因此判定提取Nb元素是不可取的.

2.5.5 Ni元素富集比和總收率對應關系分析

以攀枝花鐵精礦作為參照對比計算出Ni元素富集比和總收率，其結果見表11和圖6.

表11 Ni元素富集比和總收率關系表Table 11 Ni element concentration ratio and total yields

圖6 Ni元素富集比和總收率關系圖Fig.6 Relationship between Ni element enrichment ratio and total yields

同理，由上表11和圖8可見：Ni元素在燒結礦中提取具有可行性.

2.5.6 Sc元素富集比和總收率對應關系分析

以攀枝花鐵精礦作為參照對比計算出Sc元素富集比和總收率，其結果見表12和圖7.

同理，由上表12和圖7可見：Sc元素在高爐渣中提取具有可行性.

2.5.7 Zr元素富集比和總收率對應關系分析

以攀枝花鐵精礦作為參照對比計算出Zr元素富集比和總收率，其結果見表13和圖8.

表12 Sc元素富集比和總收率關系表Table 12 Sc element concentration ratio and total yields

圖7 Sc元素富集比和總收率關系圖Fig.7 Relationship between Sc element enrichment ratio and total yields

表13 Zr元素富集比和總收率關系表Table 13 Sc element concentration ratio and total yields

圖8 Zr元素富集比和總收率關系圖Fig.8 Relationship between Zr element enrichment ratio and total yields

同理，由上表13和圖8可見：Zr元素在燒結礦和高爐渣提取具有可行性.

總上所述，Co、Ni元素易在燒結礦和鐵精礦中提取，Cr、Nb元素易在釩渣中提取，高爐渣主要考慮提取Ga、Sc、Zr元素，這樣才具有較高的經濟合理性.

3 結 論

本文以攀枝花礦區所產多元素共生釩鈦磁鐵礦作為基本原料的鋼鐵冶煉和選鈦工藝流程為主線，具體針對冶煉工藝流程的技術特點和關鍵控制環節，采用科學合理的取制樣流程，重點選取燒結礦、高爐渣、釩渣、釩尾渣、鋼渣等樣品作為稀散元素分布走向研究的監測和調查對象，開展了鎵、鈧、鉻、鈷、鎳、鈮、鋯(7種元素)近一年的調查研究,獲得大量詳實的數據；通過資料調研、檢測分析、富集比和總回收率的綜合對比分析，從必要性和可能性兩個方面闡明了攀枝花釩鈦礦主要稀散元素回收的主攻方向，得出了較為準確、可靠的結果.

研究結果表明：釩鈦磁鐵礦(攀鋼釩)冶煉過程中主要稀散元素分布及走向呈現較強規律性，Cr、Nb元素易在釩渣中富集，Ga、Sc、Zr易在高爐渣中富集，綜合考慮各種因素，建議應重點考慮在以上物料中提取相應的稀散元素.

致謝

成勇、潘宏同志為本文提供了部分基礎的數據、資料，在此表示感謝.

參考文獻:

[1] 張祖光.攀枝花釩鈦磁鐵礦中的稀散金屬開發利用前景[J].攀枝花科技與信息, 2011，36(3)：20-24.

(Zhang Zuguang.Panzhihua vanadium-titanium magnetite in the development and utilization of rare metals [J].Panzhihua Technology and Information, 2011, 36 (3):20-24.)

[2] 馮成建，張建樹.高鈦型磁鐵礦綜合利用研究[J] .礦產綜合利用, 2003(5):9-13.

(Feng Chengjian, Zhang Jianshu.Study on comprehensive utilization of high titanium magnetite [J].Comprehensive Utilization of Mineral Resources, 2003 (5):9-13.)

[3] 鄧君，薛遜，劉功國.攀鋼釩鈦磁鐵礦資源綜合利用現狀與發展[J].材料與冶金學報, 2007，6(2):83-86.

(Deng Jun, Xue Xun, Liu Gonguo.Preparation and development of comprehensive utilization of vanadium and titanium magnetite in panzhihua iron and steel [J].Journal of Materials and Metallurgy , 2007, 6 (2):83-86.)

[4] 陸平.攀鋼高爐渣綜合利用產業化研究進展及前景分析[J].鋼鐵釩鈦, 2013，34(3):33-38.

(Lu Ping.Study and prospect of comprehensive utilization of blast furnace slag in panzhihua iron and steel [J].Iron and Vanadium Titanium, 2013, 34 (3):33-38.)

[5] 周艾然，陸平.攀鋼高爐渣提鈦過程中釩的走向及回收途徑[J].鋼鐵釩鈦, 2015, 36(2):63-67.

(Zhou airan, Lu Ping.Progress and recovery of vanadium in the process of titanium extraction from blast furnace slag in panzhihua iron and steel [J].Iron and Vanadium Titanium, 2015, 36 (2):63-67.)

[6] 譚其尤, 陳波, 張裕書, 等.攀西地區釩鈦磁鐵礦資源特點與綜合回收利用現狀[J].礦產綜合利用, 2011(6):6-9.

(Tan qiyou, Chen Bo, Zhang Yushu,etal.Characteristics and comprehensive recycling status of vanadium-titanium magnetite in panxi area [J] Comprehensive Utilization of Mineral Resources , 2011 (6):6-9.)

[7] 張建廷, 陳碧.攀西釩鈦磁鐵礦主要元素賦存狀態及回收利用[J].礦產保護與利用, 2008(5):38-41.

(Zhang Jinting, Chen Bi.Passification and recovery of main elements of panxi vanadium-titanium magnetite [J].Mineral Resources Protection and Utilization, 2008(5):38-41.)

[8] 李興華, 王雪松, 劉知路, 等.高鈦高爐渣綜合利用新方向[J].鋼鐵釩鈦, 2009, 30(3):10-16.

(Li Xinghua, Wang Xuesong, Liu Zhilu,etal.New direction of comprehensive utilization of high titanium blast furnace slag [J].Iron and Vanadium Titanium, 2009, 30 (3):10-16.)