攀枝花钒钛磁铁矿冶炼过程中主要稀散元素分布走向研究

徐本平

(攀钢集团 攀枝花钢铁研究院有限公司，四川 攀枝花 617000)

攀枝花地区作为我国少有的矿产资源富集区域，尤其钒钛磁铁矿、稀土等资源储量巨大，并且共(伴)生有许多稀散元素，其资源综合利用得天独厚潜力巨大.据最新勘探成果，仅攀枝花境内钒钛磁铁矿累计探明资源储量达73.37亿t，是全国第二大铁矿区，其中，钒资源储量达1 547万t，占国内第一、世界第三位；钛资源储量5.38亿t，占世界第一位；其主要伴生有微量的镓、钪、铬、钴、镍、铌以及稀土、铂族等稀散元素，具有非常重要的综合利用价值.

经过多年的发展，攀枝花在钒钛资源的综合利用方面取得巨大进步，部分选冶技术达到国际先进水平，主量元素铁、钒、钛的利用水平全面上升，但与国家提出的节能环保与高效利用攀枝花资源的要求还存在较大差距，特别是钒钛磁铁矿中共(伴)生的镓、钪、铬、钴、镍等稀散元素的综合利用水平非常落后.目前，攀枝花的钒钛磁铁矿冶炼工艺过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础数据，远未形成完整、系统的分析资料，为此需要在此方面持续开展相关基础研究工作，深入研究掌握攀枝花钒钛磁铁矿冶炼工艺过程中主要稀散元素的分布走向规律，为进一步深入全面地综合开发利用攀枝花钒钛磁铁矿资源的方向、规划、决策等提供基础指导资料.

攀钢作为我国特大型钢铁企业之一，经过40多年的发展，已成为我国最大、世界第二的产钒企业，我国最大的钛原料和产业链最为完整的钛加工企业.攀钢的钒产业、钛产业、钢铁产业链完备，已经达到集群化和规模化生产水平.但是铁、钒、钛这些综合利用占钒钛磁铁矿潜在的价值比例很小，综合利用的深度和广度都很不够，特别是未对钢、铁、钒、钛生产流程渣中的具有市场价值的稀散元素进行资源回收利用，造成资源浪费[1].

目前，国内系统对攀枝花地区钒钛磁铁矿尤其是冶炼过程样品中稀散元素的分布走向研究很少，陈厚生教授对80年代攀枝花钒钛磁铁矿现流程中有益元素的赋存状态及分布规律进行过研究，大致找出攀枝花钒钛磁铁矿冶选过程中主要有益元素的分布规律；但是攀枝花矿层经过了20多年的深入开采，随着矿体深度的较大变化以及采选、钢铁冶炼和提钒、提钛等生产技术的进步完善和工艺参数的调整变化，均可能影响稀散元素的分布及走向，而且相对于现在所采用的高精度仪器检测分析技术，当时的检测手段也较落后，有些数据准确性和陈旧性难以反映当前现实情况.文献[3-9]，只是从矿产及冶炼产品中重点考察了铁、钒、钛的综合利用，涉及到稀散元素的走向及综合利用尚未见报道.

本文通过对攀钢冶炼工艺过程中伴生的主要稀散元素以及含量分布和走向研究，重点找出稀散元素在烧结矿、高炉渣、钒渣、钢渣等钒钛磁铁矿冶炼生产工艺流程关键节点的分布走向规律，为攀枝花钒钛磁铁矿深度开发利用宏观决策提供不可或缺的技术支撑.

1 研究方法

1.1 样品选取

样品采集尽量选取能代表现行攀枝花钒钛磁铁矿主要是攀钢钒冶炼及选钛工艺的实际技术生产状况的样品，方案设定样品采集周期分为3个季度，每个季度采集1个批次，分别以攀钢钒为冶炼、选矿原料所生产或产生的铁精矿、烧结矿、高炉渣、钒渣、钢渣样品各1份，从而获到能够代表现场抽取采集样品的稀散元素检验用试样.

1.2 基本概念

富集比=某产物中i元素的质量分数/铁精矿中i元素的质量分数；

总收率%=(某产物中i元素的质量/铁精矿中i元素的质量)×100%；

品位=某产物中i元素的质量分数；

年均保有量=某产物中i元素的年均产量

=某产物的年均产量×i元素品位；

可行性判据：当以铁精矿为参照，同时满足富集比>1,总收率>100%,可视为提取可行，反之则不可.

1.3 研究方法

本文的检测数据主要来自于攀钢研究院理化测试研究所采用的美国热电公司的iCAP6300全谱直读等离子体原子发射光谱仪(其设备参数：射频功率1 200 W，辅助气流量(Ar)1.0 L/min，雾化器压力0.24 MPa，蠕动泵泵速65 r/min，观察高度12.0 mm，检测时间20 s(波长>220 nm)或30 s(波长<220 nm)).

2 研究结果

2.1 钒钛磁铁矿选冶工艺路线

根据攀钢钒的冶炼工艺路线(见图1)主要针对冶炼、选矿所生产或产生的铁精矿、烧结矿、高炉渣、钒渣、钢渣样品进行研究，从中找出比较有价值的稀散元素的分布走向规律，为进一步提取创造条件.

图1 钒钛磁铁矿冶炼工艺路线图Fig.1 Road map of vanadium-titanium magnetite smelting process

2.2 攀枝花钒钛磁铁矿冶炼过程样品主要元素含量及产量

攀枝花铁精矿、烧结矿、高炉渣、钒渣、钢渣中主要元素含量及2013～2015年内攀枝花钒钛磁铁矿冶炼过程中样品的产量统计，详见表1和表2.

表1 攀枝花钒钛磁铁矿冶炼过程样品主要元素含量(质量分数)表Table 1 Main elements content of smelting process of Panzhihua vanadium-titanium magnetite

表2 攀枝花钒钛磁铁矿冶炼过程中样品产量表Table 2 Element gudds of smelting process of Panzhihua vanadium-titanium magnetite

2.3攀枝花矿(攀钢钒)冶炼过程样品分析及富集比研究

品位测定和富集比分析，其结果分别见表3和表4.

从表3、表4可以看出：以季度为单位，时间跨度长达9个月，分别重复进行了三轮直接从作业现场抽取采集样品并进行检验和分析比对，三次试验研究结论均吻合一致，钒钛磁铁矿(攀钢钒)冶炼过程中主要稀散元素分布及走向呈现较强规律性，其中 Cr、Zr相对富集于烧结矿；Ga、Nb、Sc、Zr相对富集于高炉渣；Cr、Ga、Nb、Sc、Zr则相对富集于钒渣中；Cr、Nb、Zr在钢渣中相对富集.

表3 攀枝花矿(攀钢钒)冶炼过程采样三次平均品位质量分数分析结果表 /%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 攀枝花矿(攀钢钒)冶炼过程样品对铁精矿富集比分析结果表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攀枝花矿(攀钢钒)冶炼过程样品年均保有量和总收率分析

通过计算分析可以得出攀枝花矿(攀钢钒)冶炼过程样品年均保有量和总收率，分别见表5和表6.

从表5表、6可以看出：Co、Cr、Nb、Ni、Zr在烧结矿相对总收率较高；Ga、Sc、Zr在高炉渣中相对总收率较高；Cr在钒渣中相对总收率较高；具有开发利用的价值.

表5 攀枝花矿(攀钢钒)冶炼过程采样年均保有量(t)分析结果表Table 5 Analysis results of average annual of elements of smelting process in Panzhihua Mine (Panshan Iron and Steel Co., Ltd.) t

表6 攀枝花矿(攀钢钒)冶炼过程样品对铁精矿总收率(%)分析结果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 攀枝花矿(攀钢钒)冶炼过程样品稀散元素提取可行性分析

2.5.1 Co元素富集比和总收率对应关系分析

以攀枝花铁精矿作为参照对比计算出Co元素富集比和总收率，其结果见表7和图2.

由表7和图2可见：所有Co元素在冶炼过程样中相对于铁精矿的富集比均远小于1，表明没有富集，而总收率相对铁精矿都不高(<100%)，虽然烧结矿总收率达到150.44%，但因富集率太低，没有必要性，因此提取Co元素都不具有可行性.

表7 Co元素富集比和总收率关系表Table 7 Co element concentration ratio and total yields

图2 Co元素富集比和总收率关系图Fig.2 Relationship between Co element enrichment ratio and total yields

2.5.2 Cr元素富集比和总收率对应关系分析

以攀枝花铁精矿作为参照对比计算出Cr元素富集比和总收率，其结果见表8和图3.

表8 Cr元素富集比和总收率关系表Table 8 Cr element concentration ratio and total yields table

图3 Cr元素富集比和总收率关系图Fig.3 Relationship between Cr element enrichment ratio and total yields

由表8和图3可见：Cr元素在烧结矿和钒渣中的富集比相对于铁精矿均>1,说明冶炼过程富集了该元素，具有必要性；同时Cr元素在烧结矿和钒渣中的总收率相对于铁精矿均>100%,说明冶炼后可以获得比铁精矿更多的该元素，具有可能性；因此提取Cr是可行的.

2.5.3 Ga元素富集比和总收率对应关系分析

以攀枝花铁精矿作为参照对比计算出Ga元素富集比和总收率，其结果见表9和图4.

表9 Ga元素富集比和总收率关系表Table 9 Ga element concentration ratio and totals yields

图4 Ga元素富集比和总收率关系图Fig.4 Relationship between Ga element enrichment ratio and total yields

由表9和图4可见：Ga元素在高炉渣中的富集比相对于铁精矿达到3.2,说明冶炼过程富集了该元素，具有必要性；同时Ga元素在高炉渣中的总收率相对于铁精矿均达到238.9%,说明冶炼后可以获得比铁精矿更多的该元素，具有可能性；因此在高炉渣中提取Ga是可行的.

2.5.4 Nb元素富集比和总收率对应关系分析

以攀枝花铁精矿做为参照对比计算出Nb元素富集比和总收率，其结果见表10和图5.

表10 Nb元素富集比和总收率关系表Table 10 Nb element concentration ratio and total yields

图5 Nb元素富集比和总收率关系图Fig.5 Relationship between Nb element enrichment ratio and total yields

由表10和图5可见：所有Nb元素在冶炼过程样中相对于铁精矿同时具备的富集比>1，而总收率>100%的情况不存在，说明不同时具备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元素富集比和总收率对应关系分析

以攀枝花铁精矿作为参照对比计算出Ni元素富集比和总收率，其结果见表11和图6.

表11 Ni元素富集比和总收率关系表Table 11 Ni element concentration ratio and total yields

图6 Ni元素富集比和总收率关系图Fig.6 Relationship between Ni element enrichment ratio and total yields

同理，由上表11和图8可见：Ni元素在烧结矿中提取具有可行性.

2.5.6 Sc元素富集比和总收率对应关系分析

以攀枝花铁精矿作为参照对比计算出Sc元素富集比和总收率，其结果见表12和图7.

同理，由上表12和图7可见：Sc元素在高炉渣中提取具有可行性.

2.5.7 Zr元素富集比和总收率对应关系分析

以攀枝花铁精矿作为参照对比计算出Zr元素富集比和总收率，其结果见表13和图8.

表12 Sc元素富集比和总收率关系表Table 12 Sc element concentration ratio and total yields

图7 Sc元素富集比和总收率关系图Fig.7 Relationship between Sc element enrichment ratio and total yields

表13 Zr元素富集比和总收率关系表Table 13 Sc element concentration ratio and total yields

图8 Zr元素富集比和总收率关系图Fig.8 Relationship between Zr element enrichment ratio and total yields

同理，由上表13和图8可见：Zr元素在烧结矿和高炉渣提取具有可行性.

总上所述，Co、Ni元素易在烧结矿和铁精矿中提取，Cr、Nb元素易在钒渣中提取，高炉渣主要考虑提取Ga、Sc、Zr元素，这样才具有较高的经济合理性.

3 结 论

本文以攀枝花矿区所产多元素共生钒钛磁铁矿作为基本原料的钢铁冶炼和选钛工艺流程为主线，具体针对冶炼工艺流程的技术特点和关键控制环节，采用科学合理的取制样流程，重点选取烧结矿、高炉渣、钒渣、钒尾渣、钢渣等样品作为稀散元素分布走向研究的监测和调查对象，开展了镓、钪、铬、钴、镍、铌、锆(7种元素)近一年的调查研究,获得大量详实的数据；通过资料调研、检测分析、富集比和总回收率的综合对比分析，从必要性和可能性两个方面阐明了攀枝花钒钛矿主要稀散元素回收的主攻方向，得出了较为准确、可靠的结果.

研究结果表明：钒钛磁铁矿(攀钢钒)冶炼过程中主要稀散元素分布及走向呈现较强规律性，Cr、Nb元素易在钒渣中富集，Ga、Sc、Zr易在高炉渣中富集，综合考虑各种因素，建议应重点考虑在以上物料中提取相应的稀散元素.

致谢

成勇、潘宏同志为本文提供了部分基础的数据、资料，在此表示感谢.

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