第三章+钒钛磁铁矿直接还原基本原理

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1、3.1钒钛磁铁矿矿物特征及其还原特点3.1.1钒钛磁铁矿的矿物特征钒钛磁铁矿还原过程表现的种种特点都是由它的矿物组成及结构特征和精矿处理过程（如钠化-氧化）所导致的变化而引起的。钒钛磁铁矿的主要金属矿物为钛磁铁矿和钛铁矿，其次为磁铁矿、褐铁矿、针铁矿、次生黄铁矿；硫化物以磁黄铁矿为主，另有钴镍黄铁矿、硫钴矿、硫镍钻矿、紫硫铁镍矿、黄铜矿、黄铁矿和墨铜矿等。脉石矿物以钛普通辉石和斜长石为主，另有钛闪石、橄榄石、绿泥石、蛇纹石、伊丁石、透闪石、榍石、绢云母、绿帘石、葡萄石、黑云母、拓榴子石、方解石和磷灰石等。某单位对太和铁精矿的矿相组成鉴定结果为：钛磁铁矿占92%，钛

2、铁矿占3%，硫化物占1.5%，脉石占3.5%。化学光谱分析表明，攀西地区钒钛磁铁矿中含有各类化学元素30多种，有益元素10多种，若按矿物含量进行排序，依次为Fe、Ti、S、V、Mn、Cu、Co、Ni、Cr、Sc、Ga、Nb、Ta、Pt；若以矿物经济价值排列，则排序为Ti、Sc、Fe、V、Co、Ni。钛磁铁矿是由磁铁矿（Fe3O4）、钛铁晶石（2FeO·TiO2）、铝镁尖晶石（MgO·Al2O3）、钛铁矿（FeO·TiO2）所组成的复合体。钛铁晶石是磁铁矿固溶体分解的连晶，交织成网格状，片宽仅0.0002～0.0006毫米。镁铝尖晶石呈粒状及片晶状与磁铁矿晶体密切共

3、生，其粒度一般为0.002～0.030毫米，片晶宽度一般为0.002～0.008毫米。钛铁矿多为片状、板格状，粒晶多为0.01毫米，片晶一般宽0.030～0.0015毫米。由于精矿磨矿粒度要求-200目（相当于0.074毫米）占80%，故上述与磁铁矿共生的各种矿物无法机械分离，在铁富集时，钛也富集了，这就是钒钛磁铁矿不能通过选矿将铁与钛分离的根本原因。3.1.2钒钛磁铁矿的还原特点（1）含Ti的铁氧化较难还原钛磁铁矿矿物中的铁处于还原难易程度不同的状态中，与磁铁矿相比，钛铁晶石、钛铁矿等含Ti的铁氧化物较难还原的。根据Ti与Fe的结合的形式不同，含Ti的铁氧化物还

4、原的难易程度又有很大差异，这部分铁占全铁的比率对球团还原的金属化率影响较大。攀枝花红格矿区钒钛铁精矿的化学成分组成如表3-1所示。表3-1钒钛铁精矿化学分析结果（%）TFeFeOFe2O3TiO2V2O5Cr2O3SiO2Al2O3CaOMgOCuCoNiSP59.2024.5557.3710.980.650.0691.282.590.472.320.0120.0140.0240.0340.014根据表3-1，红格钒钛铁精矿中铁量为：nFe=59.20÷55.85=1.06mol。与钛结合的铁量计算如下：32TiO2占的比例为：=10.98÷79.87=0.137

5、mol（TiO2的分子量为79.87）。根据峨眉综合所对红格矿的物相鉴定，红格矿中钛主要以钛铁矿（FeO·TiO2）为主，则FeO中的铁量为0.137mol，与钛结合的铁量占总铁量比率为0.137÷1.06=12.92%；如果钛主要以钛铁晶石（2FeO·TiO2）为主，则FeO中的铁量为2×0.137=0.274mol，与钛结合的铁量占总铁量比率为2×12.92%=25.84%，是难还原的，而有74%左右的铁是容易还原的。根据某研究所的研究数据，攀枝花矿区和太和矿区铁精矿中钛磁铁矿矿物组成为：全铁nFe=1.0199mol，钛铁晶石（2FeO·TiO2）中铁=0.

6、3294mol，钛铁矿（FeO·TiO2）中铁=0.0105mol，因此，与TiO2结合的铁占全铁的百分数为：（0.3294+0.0105）÷1.0199=33.32%。也就是说，铁精矿中大约有33%的铁是和钛结合的，且较难还原，容易还原的铁只占66%左右。由此可知，红格钒钛铁精矿比攀枝花矿区和太和矿区的钒钛铁精矿容易还原。（2）钛磁铁矿、钛铁晶石、钛铁矿中固溶有MgO以及Mg2+离子取代部分Fe2+离子，更增加了铁氧化物的还原难度。随着Fe2+的还原，如果有足够的MgO取代（置换）钛铁矿或钛铁晶石中的FeO，则这些被置换出来的FeO就成为容易还原的了。以红格钒钛

7、铁精矿为例来探究MgO分布的数量特征，与Al2O3结合的MgO数量可通过一下计算所得：Al2O3含量为2.59%，相当于2.59÷102（102为Al2O3分子量）=0.02539（mol），与其结合的MgO相当于0.02539×（24.31+16）=1.023%，占总MgO量：1.023÷2.32=44.12%，因此有55.88%的MgO是与钛磁铁矿、钛铁晶石和钛铁矿结合的（与FeO共溶的）。以上的分析说明，红格矿铁精矿中，在空间上的特点是Fe3O4—Fe2TiO4—MgO·Al2O3—FeO·TiO2密切共生的复合矿物。在化学结构的特点是铁分别赋存在较易还原的

8、Fe3O4