淺析釩鈦科技含鈦高爐渣綜合利用

宋 進，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，但只作了實驗室研究。

1.1.6 釉面磚

1986年，攀鋼（集團）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?shù)靥胀僚淞现苽涑闪朔蠂覙藴实挠悦娲u，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)中的應用

硅肥己被國際土壤學界認定為繼氮、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，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）鋼鐵研究院與中南工業(yè)大學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，同時回收了鈧，但鈦的回收率不高。雖然提鈧是一大亮點，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70年代，重慶大學開發(fā)了冶煉硅鈦鐵復合合金工藝。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 實驗室電爐上進行試驗，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%，水浸殘渣中Ti02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雜程度，并且鈦的富集效果也并不理想，該技術(shù)的應用前景不被看好。

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 西南科技大學用φ500 試驗球磨機研磨

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

西南科技大學合作開展了含鈦高爐渣生產(chǎn)S75 礦渣粉項目研究，通過對礦渣進行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)計進行試驗，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，組織利用高爐應急渣池，通過對控冷制度的研究與大量試驗，在高爐渣池成功實現(xiàn)了24 h 內(nèi)連續(xù)3 爐出渣控冷與干渣轉(zhuǎn)運，生產(chǎn)證實了新區(qū)2 高爐4 個應急渣池具備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，其礦渣需求量預計分別達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能，可在滿足企業(yè)自身基建需求的同時，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，礦渣砂石未來應有較好市場。鑒于當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)境風險暫難解決，原計劃100 萬t 礦渣砂石項目可研報告表明需5年左右方能收回投資，且該項目與混合熔渣提鈦項目不能有機結(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，礦渣微粉項目尚優(yōu)于礦渣砂石項目。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效益，也具備潛在的經(jīng)濟效益。本公司正積極與東北大學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，尚需解決此類應用領(lǐng)域的核心技術(shù)問題[6]。同時，絕大應用領(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)保風險。為避免因現(xiàn)有礦渣銷售模式導致礦渣堆存環(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)合渣中提鈦尾渣實際，建議優(yōu)先增上礦渣微粉項目。

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效益，也具備潛在的經(jīng)濟效益。鑒于攀鋼高溫碳化與低溫氯化工藝，暫未解決氯化殘渣處理及生產(chǎn)經(jīng)濟性問題，建議本公司在做好攀鋼提鈦工藝研究進展跟蹤的同時，加大混合熔渣提鈦技術(shù)研究與工業(yè)試驗力度，同時結(jié)合現(xiàn)鈦硅合金在鋼筋等鋼鐵材料的應用，開展含鈦高爐渣生產(chǎn)硅鈦合金方面的研究。