高钛渣发展概况

1、我国钛资源比较丰富，除少量钛铁砂矿外，主要以钛铁岩矿为主，国内钛铁岩矿的缺点是品位低，杂质含量高，不能直接满足氯化法钛白对原料的要求，仅适宜作硫酸法钛白的原料。由于硫酸法钛白生产过程中产生大量难以治理、污染环境的“三废”，近年来全球硫酸法钛白产能急剧萎缩。随着我国氯化法钛白以及海锦钛工业的快速发展，对高品位富钛料的需求日益增加。因此，寻求经济合理的钛原料处理方法，将我国丰富的钛铁矿资源加工成富钛料是我国钛白和钛材产业发展的当务之急。

国内从上世纪50年代就开始对电炉冶炼钛渣的生产工艺进行研究开发，经过近50年的发展，全国钛渣生产能力仍很小，约15万吨/年，仅占世界年生产能力的5%。如果加上攀钢正在建设的年产6万吨钛渣厂和承德年产3.3万吨的高钛渣厂，全国总生产能力也仅占世界的8.1%，与我国丰富的钛资源和全球第二大钛白生产国的地位极不相称。因此，必须加快我国钛渣产业的发展，为钛白和钛材业提供更多的优质原料，减轻钛白行业环保压力，促进我国钛白和钛材工业整体水平的全面提高。

2、国内钛渣技术发展现状

国内钛铁矿一般直接供硫酸法钛白生产作原料，少量加工成富钛料，供氯化法钛白、四氯化钛、海绵钛和电焊条工业使用。随着海绵钛和氯化钛白工业的迅速发展，对钛渣等富钛料的需求越来越大，国内钛渣产量逐年增加。2005年全球氯化法钛白使用富钛料占整个钛白工业原料55%，硫酸法钛白占45%。世界钛白工业使用富钛料量占所用原料75%以上。而国内氯化法钛白、四氯化钛、海绵钛和电焊条工业四项合计使用的富钛料才占国内钛矿消耗量的7.5%，硫酸法钛白占92.5%，与国外相比差距较大，表明在我国发展富钛料前景广阔。

硫酸法钛白生产虽然可以采用钛铁矿做原料，但存在酸耗量大、副产品硫酸亚铁多、不溶固体杂质量增加和废酸废液难治理等问题。采用富钛料（酸溶性钛渣）可以减少酸耗量30%并解决硫酸亚铁问题，从而减轻环保压力，提高设备产能，国外越来越多的厂家都将其原料改成钛渣和人造金红石等富钛料。氯化法钛白和海绵钛生产的第一道工序是制取TiCl₄，用钛铁矿生产TiCl₄时，由于钛铁矿中杂质含量高，每生产1吨TiCl₄产出约0.92吨氯化物杂质，使氯耗和“三废”增加，氯化炉产能降低，TiCl₄的生产成本升高，所以国内外的生产厂家从不用TiO₂低于60%的钛铁矿作为生产TiCl₄的原料，主要采用高钛渣和金红石等富钛料。

近几年，中国金属钛和钛白粉行业发展迅猛，金属钛及钛白粉总产量分别以每年30～50%、6%～8%的速度增长，2005年，金属钛产量达9370多吨，钛白粉产量达55万t，对钛铁矿的需求量日益增加。中国的钛资源比较丰富，主要以钛铁矿为主，四川钛矿占全国钛矿总储量的90%以上。但中国钛矿90%以上是共生岩矿，TiO₂含量低，成分复杂，要富集到满足氯化要求的高品位富钛料需做大量研究开发工作。广东、广西、海南等地的砂矿虽然容易开采且品位较高，但没有大型矿床，难于满足大规模开采的要求。中国的钛矿选厂共有80多家，其中攀钢的产能30多万t/a，云南约25万t/a，广东、广西、海南3省共约35万t/a，全国合计产能约90万t/a。而国内钛铁矿年需求量约140万t，商品矿供不应求，需从澳大利亚、加拿大等国进口钛铁矿和高钛渣，从越南、印度和朝鲜进口钛矿。由于世界范围适合氯化法技术的高品位天然金红石原料供应严重不足，每年仅41万t左右，因此开发氯化法用的富钛料，实现生产规模大型化对发展中国金属钛和钛白工业具有重要意义。

我国从50年代末开始冶炼钛渣的研究，当时电炉容量是400kVA敞开式电炉，到今天已有近50年的历史。全国拥有钛渣电炉30多台（不包括乡镇企业），是世界上拥有钛渣电炉台数最多的国家，生产能力约15万t/a，产量约12万t/a。最大的电炉容量7000kVA（在建的最大容量25000kVA），为半密闭（矮烟罩）式电炉，最小的电炉容量400kVA，是敞开式电炉，钛渣产品TiO2大于90%，绝大部分在92%TiO2以上，这些产品中约50%作为生产氯化钛白和海绵钛的原料，50%用于生产人造金红石，作为电焊条的原料。国内还没有用钛渣做硫酸法钛白粉生产的原料，表明我国钛白工业环保压力大。

我国高钛渣生产的特点是：电炉台数多、容量小、产量低、技术落后，除少数在建电炉外，基本上是七八十年代的技术水平，产品全部在国内市场销售，未进入国际市场。

3、国内钛渣科研状况

我国钛资源的特点是钛品位低，大部分是钛磁铁矿，原生钛矿不能直接用于生产氯化钛白、海绵钛和电焊条，必须采用冶炼钛渣或生产人造金红石等富钛料的方法才能满足需求。

国内冶炼钛渣试验最早始于五十年代，1957年北京有色金属研究总院做了用钛铁矿制取高钛渣扩大试验，此后过了近20年时间，国内一些科研单位和生产厂家才大量进行钛渣冶炼试验：

①1975年在宣化钢铁公司五七厂做了400kVA电炉冶炼铁和钛渣试验；

②1976年在阜新铁合金厂做了400kVA电炉冶炼铁和钛渣试验；

③1976年用锦州铁合金厂1800kVA电炉做了熔炼铁和钛渣试验；

④1979年用遵义钛厂6300kVA电炉进行了电炉熔炼高钛渣试验；

⑤1979年在锦州铁合金厂1800kVA电炉上再次做了冶炼酸镕性钛渣工业试验；

⑥1980年用锦州铁合金厂4000kVA电炉做了冶炼氯化钛渣试验；

⑦1982年在遵义钛厂6300kVA电炉上做了冶炼氯化钛渣试验。

这些试验都是在敞口电炉上进行的，采用自焙电级，一次加料，操作中存在翻渣结壳现象，电流不稳，变压器能力不能充分发挥，煤气和半钢得不到很好利用。

尽管我国从50年代就开始钛渣冶炼试验，但真正进行产业化是在70年代，自“六·五”（1980-1985）以来，我国加大了高钛渣制备技术及产业化开发力度，研究工作取得了长足进展，完成了大量基础研究和探索性试验，开展了密闭电炉连续加料、配碳方式、明弧或半明弧、薄料层操作、稳定炉况操作条件等系列研究，先后采用24kVA、100kVA、187kvA、250kVA、400kVA、650kVA、1800kVA、3200kVA和6000kVA各种规模的电炉，做了攀枝花钛精矿预氧化球团、预还原球团和粉矿直接入炉冶炼酸溶性钛渣3种原料方式的半工业性和工业性试验，积累了丰富的试验数据和经验。

（1） 攀枝花钛精矿球团冶炼高钛渣试验

1978年，在宣钢五七厂400kvA电炉、阜新铁合金厂400kvA电炉、锦州铁合金厂1800kvA电炉和遵义钛厂6000kVA电炉冶炼攀枝花钛精矿试验的基础上，锦州铁合金厂用3000kvA和1800kvA两台电炉同时进行攀枝花钛铁矿球团料冶炼高钛渣试验，试验目的是为熔盐氯化工业试验提供钛渣原料。试验共投矿300吨，生产出134吨高钛渣，高钛渣的成分基本稳定在82% TiO₂，CaO MgO=7.94%，冶炼过程炉况稳定，但冶炼回收率极低，仅为83.3%。试验钛渣成分见表1，还原生铁成分见表2，主要技术经济指标见表3。

1979年，锦州铁合金厂和北京有色金属研究总院在锦州铁合金厂1800kvA电炉上再次进行了攀枝花钛精矿团料冶炼酸溶性钛渣工业试验，试验共投料205.5吨，冶炼64炉，试制出平均含TiO₂78.2%的酸溶钛渣108吨，经酸溶性试验测定平均酸解率为94.5%，在上海东升金属厂以硫酸法生产出合格钛白，钛渣的主要技术经济指标见表4。

球团料冶炼钛渣工艺过程是先将攀枝花钛精矿加入纸浆等混捏成球团，球团烘干后再入敞口电炉冶炼，整个工艺过程过于繁琐，钛的回收率较低，为90.3%。另外，炉料中加入纸浆、敞口电炉冶炼使大量的有毒气体和粉尘进入大气，污染环境，而且产品钛渣中硫含量高达1.01%，副产半钢硫含量达1.15%，加大了半钢应用或进一步深加工的难度，无法实现产业化。

（2）攀枝花钛精矿氧化焙烧－密闭电炉冶炼钛渣半工业试验

1980－1981年，北京有色金属研究总院、锦州铁合金厂、沈阳铝镁设计研究院在实验室做了攀枝花钛铁矿氧化焙烧脱硫条件试验，然后将187kvA敞口电炉进行密闭后做了冶炼钛渣的探索试验。在此基础上，沈阳铝镁设计研究院完成了187kVA密闭电炉的设计，锦州铁合金厂制造并安装了回转窑和187kVA密闭电炉。

1982年在φ0.54×8米的回转窑中进行了氧化焙烧脱硫试验，回转窑转速为2.2转/分，烧成带温度900－1050℃，加料速度700公斤/小时，窑利用系数7.2吨/米3·天，柴油消耗43公斤/吨矿。此后进行了密闭电炉冶炼钛渣试验，其中连续冶炼20天，冶炼钛渣128炉（酸溶性钛渣103炉、氯化钛渣5炉、两广矿高钛渣20炉），生产钛渣22吨。冶炼攀枝花矿酸溶性钛渣的主要技术经济指标为：

①钛铁矿含TiO₂46%，含硫0.46%，氧化后的炉料含硫0.038%，脱硫率91.7%－95%；出炉铁水含硫0.12%－0.15%；

②钛渣∑TiO₂75.04%，含硫0.1%；

③消耗冶金焦206公斤/吨钛渣，石墨电极27公斤/吨钛渣，电耗2650度；

④TiO₂回收率98.3%；

⑤每吨钛渣煤气发生量340m³（CO78%左右）。

试验使我国首次密闭电炉冶炼钛渣获得成功，为我国钛渣电炉的大型化和自动化操作奠定了基础。试验结果表明，采用连续加料开弧冶炼的方法可以实现密闭电炉连续冶炼钛渣，与开口炉相比，密闭电炉冶炼钛渣有如下优点：（1）热损失减少，电耗降低，回收率提高。187kVA电炉作开口炉冶炼试验时，每吨攀枝花矿酸溶性钛渣（品位折合75%∑TiO₂）电耗2873度，TiO₂回收率89%。用密闭电炉试验时，每吨攀枝花矿酸溶性钛渣（品位折合75%∑TiO₂）电耗2650度，TiO₂回收率98.3%；（2）冶炼操作在密闭的还原性气氛下进行，避免了石墨电极的高温氧化和还原剂的氧化烧损，因此电极和还原剂的消耗比开口电炉分别减少50%和28%；（3）无噪音，尘粉少，无需进行繁重的捣炉作业，有利于环境保护和劳动条件的改善；（4）炉况稳定，基本上消除了因电流波动大而引起的短路跳闸现象，有利于安全操作；（5）可回收利用电炉煤气，减少能源消耗。

（3）攀枝花钛精矿预还原—密闭电炉冶炼钛渣半工业试验

1980-1982年攀钢和贵阳铝镁设计研究院进行了“攀枝花钛精矿预还原－密闭电炉冶炼酸溶性钛渣”实验室试验和扩大试验，1983年完成了全流程半工业性试验。

①钛精矿回转窑预还原试验

在实验室小试验基础上，1981-1982年在链蓖机―回转窑装置上进行了5个周期试验，第一、二周期着重对球团的性能和设备适应性进行考察。第三、四周期主要做各种条件试验和连续运转试验，连续运转时间为16天和36天。第五周期考察使用褐煤工艺操作条件并为密闭电炉试验备料。

②预还原球团冶炼钛渣试验

1981年末，在100kVA可倾动有盖电炉中进行了冶炼工艺条件试验，连续冶炼121炉。冶炼过程电流稳定，渣面平稳，出渣后不用捣炉可继续加料进行冶炼，出炉时渣铁畅流，分离良好。在此基础上，用250kVA密闭电炉做了预还原球团冶炼钛渣电参数条件试验，并就试验获得的最佳参数进行连续冶炼和对比试验。试验主要考察了不同二次电压对钛渣冶炼过程的影响和入炉料对冶炼效果的影响。

③半钢炼钢试验

钛渣试验冶炼得到的半钢与国内钛渣厂冶炼的半钢相比，含硫量大幅度下降，Si、Mn、P等杂质也很低，因此可代替废钢，直接冶炼成低合金钢和碳素结构钢。试验组用0.5吨电弧炉冶炼15Cr、30Cr低合金钢以及50号碳素结构钢，其成分合乎部颁标准。

④钛渣酸溶性试验

对含TiO₂75%左右的钛渣进行分批抽样测定，平均酸解率大于94%。

攀枝花钛精矿预还原—密闭电炉冶炼钛渣半工业试验最终结果如下：

在φ0.4×7m回转窑中，用褐煤预还原攀枝花钛精矿，连续运转36天，球团金属化率45～50%，煤耗1.87吨褐煤/吨金属化球团，球团含硫量0.066%，综合脱硫率92.4%，回转窑利用系数0.570吨球/日·m³，钛回收率95.29%，回转窑运转顺利。

钛精矿预还原球团在250kVA密闭电炉进行19天的钛渣冶炼试验，共冶炼110炉。冶炼过程操作平稳，炉料自沉，不结壳。其中连续冶炼62炉，实现了连续加料，连续冶炼，定期出炉。总共生产酸溶性钛渣10.316吨，半钢4.297吨，钛渣含TiO₂平均75.35%，半钢含硫平均0.101%。每吨钛渣消耗还原球1.55吨，石油焦73.28kg，石墨电极16.02kg，电1862kWh，TiO₂回收率99.05%。

钛渣和半钢含硫量降低，钛渣含硫量符合硫酸法制钛白的要求，酸解率平均>94%，半钢不经炉外脱硫，可代替废钢冶炼出合格的低合金钢（15Cr，30Cr）和碳素结构钢。

（4）小试验

预氧化和预还原—密闭电炉冶炼钛渣，能够达到炉况稳定和脱硫的双重目的，工艺可靠，设备顺行，具有较好的技术经济指标，但同时也带来了两个明显的问题：⑴工艺流程增长；⑵总能耗增加。从而影响经济效益的进一步提高，因此，攀钢开展了粉矿直接入炉冶炼钛渣试验。

1983年进行了探索性试验，1984年在250kVA密闭电炉上做了58炉条件试验，1985年又做了68炉补充试验和33炉连续试验。得到TiO₂75.67%的钛渣，MgO CaO=10.82%（见表5~6）。粉矿直接入炉小试与预氧化和预还原工艺指标对比结果表明：

①粉矿直接入炉工艺能耗仅为预氧化的79%，预还原的52%。

②粉矿入炉工艺电耗为2070kWh，是预氧化的78%，预还原的111%。

③成本对比分析表明，粉矿入炉工艺的成本分别为预氧化的85%和预还原的97%。

粉矿直接入炉小试结果表明：⑴攀枝花钛精矿粉矿直接入密闭电炉冶炼钛渣，解决了冶炼过程炉况不稳定的问题。通过连续试验证实，该工艺能够控制翻渣结壳，做到不捣炉；电气操作时，短路跳闸现象很罕见，炉子功率因数达0.89，与预氧化相当，与预还原相近。⑵工艺技术先进，设备简单，操作方便。⑶工艺流程短、投资少、收率高、能耗省、成本低。

（5）工业试验 在“六五”、“**”期间，攀枝花钛精矿冶炼钛渣先后进行了预氧化、预还原、粉矿入炉试验研究，旨在解决我国传统冶炼钛渣存在的翻渣、结壳、操作不稳定等问题，达到密闭电炉冶炼大型化、机械化、自动化的目的。尽管这阶段的试验研究取得了不少的经验，但始终未找到一条经济可行的工艺流程并开发出相应的大型冶炼设备。为了加速攀枝花钛资源的综合利用，进一步对钛渣冶炼工艺进行深入探索，为工业化提供依据。1997年攀钢研究院、攀钢西昌分公司、北京有色研究总院和贵阳铝镁设计院在攀钢西昌分公司3200kVA电炉上进行了工业试验，目的是考察连续加料工艺在电炉放大后的冶炼规律，考察过去试验结果的重现性以及对现有3200kVA电炉设备的适应性，为下一步条件试验和连续稳定试验打下基础，为进一步改造设备提供依据。 本次试验共冶炼了7炉，加入钛精矿35.6吨，冶金焦3.36吨，产钛渣23.874吨，半钢8.836吨，电耗2277kWh/t渣，电极消耗23.87kg/t渣，TiO₂收率96.81%。试验对攀枝花钛精矿冶炼钛渣有了进一步的认识。 2001年攀钢研究院和攀钢钛业公司用攀枝花钛精矿和云南钛精矿两种原料，在650kVA敞口电炉上进行了半工业试验，首先探索冶炼品位为TiO₂（80±2）%的钛渣配矿比、配碳比以及供电制度对钛渣品质的影响等主要工艺参数，然后在云南陆良1800kVA敞口电炉上进行了①攀枝花矿配加50%云南矿、②云南矿和③攀枝花矿冶炼钛渣工业试验，共消耗钛矿772吨，其中攀枝花矿478吨，冶炼270炉，生产钛渣417.7吨。试验用钛精矿和还原剂化学成分见表7~8。

钛渣出炉后采用喷水急冷措施，大大降低了产品中金红石相的含量，钛渣成品的金红石量仅为TiO₂总量的4~6%，按钛渣品位TiO₂80%折算，钛渣中金红石的实际含量仅为3.2-4.8%,与加拿大钛渣金红石含量相当，可提高钛渣酸解率。 矿配加50%云南钛矿冶炼酸溶性钛渣的合理经济品位是TiO₂（77±2）%，全云南矿冶炼酸溶性钛渣的合理经济品位是TiO₂（80±2）%。 试验结果表明，采用传统生产氯化钛渣的敞口电炉，在二次电压不调整的条件下可冶炼酸溶性钛渣，试验期间炉况稳定顺行，采用试验确定的炉料配比和供电制度可以稳定得到试验要求的钛渣产品。

（6） PUS渣研发 随着环保意识的不断提高，国外硫酸法钛白工业逐渐萎缩，氯化法钛白不断壮大，市场对氯化法钛白原料的需求持续增加。因此，钛渣的发展方向是冶炼高品位、低钙镁（MgO CaO≤1.5%）氯化钛渣。加拿大魁北克铁钛公司（QIT）控制了世界约30%的钛渣市场，钛渣冶炼技术独具特色，QIT在原来酸溶性钛渣生产线上，对钛渣进行了升级处理，进一步除去渣中钙、镁杂质，提高钛渣品位，开发出了UGS渣，可作为氯化钛白生产的原料。 国内氯化钛渣需求很大，但国内钛原料主要是从钒钛磁铁矿中回收的钛铁矿，这种原料只适合冶炼酸溶性钛渣，为此，开发适合氯化法钛白或海绵钛工业需要的钛原料就成了当务之急，攀枝花钛矿高MgO CaO是制约冶炼氯化钛渣工艺的瓶颈，在此背景下攀钢进行了用攀枝花钛渣生产PUS渣（高品位钛渣）的研究与开发。 由于攀枝花钛精矿与QIT钛矿化学成分非常相似，因此QIT酸溶性钛渣升级工艺非常值得借鉴。为此，2002年攀钢进行了开发适合氯化法高品质钛原料的研究。该项目的技术特点是流态化氧化技术、流态化还原技术和流态化高温高压浸出除杂提纯技术。2003年完成了实验室流态化氧化、还原、浸出设备的设计与建设。经过一年多的实验室试验研究，得到了适合氯化法钛白生产的钛原料，产品成分符合表12要求。试验结果表明，PUS工艺可以使钛渣中的MgO CaO降低到1.2%以下（要求1.5%），满足氯化钛白生产要求。

2004年在实验室研究基础上，决定进行冶炼钛渣中试研究。通过与中科院过程所合作，完成了钛渣流态化试验模拟冷态试验和热态试验装置建设，试验装置规模为30t/a。在流态化热态设备上，利用电炉冶炼钛渣进行氧化-还原试验，并通过浸出、过滤、洗涤、煅烧，获得了品质最高达89%的高钛渣（PUS渣）。产品粒度符合要求，钙镁总量降到1.5%以下。

4、结论

我国钛资源比较丰富，除少量钛铁砂矿外，主要以钛铁岩矿为主。国内钛铁岩矿的缺点是品位低，杂质含量高，不能直接满足氯化法钛白对原料的要求，仅适宜作硫酸法钛白的原料。由于硫酸法钛白生产过程中产生大量难以治理、污染环境的“三废”，近年来全球硫酸法钛白产能急剧萎缩。但国内钛白工业除攀钢锦州钛业公司使用氯化渣生产钛白粉外，大都以钛精矿为原料，硫酸法工艺生产钛白粉，因此，钛渣生产发展速度缓慢。随着我国氯化法钛白以及海锦钛工业的快速发展，近年对高品位富钛料的需求日益增加。因此，寻求经济合理的钛原料处理方法，将我国丰富的钛铁矿加工成富钛料是我国钛白和钛材产业发展的必由之路，此外，随着我国对环保力度的加强，使用钛渣为原料生产钛白将大势所趋。 国内从上世纪50年代就开始对电炉冶炼钛渣的生产工艺进行研究，经过近50年的发展，全国钛渣生产能力仍很小，约15万吨/年，仅占世界年生产能力的5%。如果加上攀钢正在建设的年产6万吨钛渣厂和承德年产3.3万吨的高钛渣厂，全国总生产能力也仅占世界的8.1%，与我国丰富的钛资源和全球第二大钛白生产国的地位不相称。因此，必须加快我国钛渣产业的发展，为钛白和钛材业提供更多的优质原料，从而减轻钛白行业环保压力，促进我国钛白和钛材工业整体水平的全面提高。 我国高钛渣生产水平很低，技术比较落后，与国外差距较大。2004年遵义钛厂对钛渣生产设备进行了大规模的技术改造，新建了一台6300KVA自焙电极半密闭式电炉，电极装置采用较为先进的液压制动系统、烟气通过脉冲式布袋除尘处理，原料制备采用先进的自动配料控制系统，钛渣破碎采用先进的破碎生产工艺，该电炉各项生产技术经济指标达国内领先水平，但与国外先进的密闭电炉相比，仍然存在较大差距。

高钛渣钛铁矿的还原反应

钛铁矿的基本成分是偏钛酸铁（FeTiO₃），温度为298— 1700K时，碳还原偏钛酸铁可能发生如下反应：

FeTiO₃ C—→TiO₂ Fe CO

3/4FeTiO₃ C—→1/4Ti₃O₅ 3/4Fe CO

2/3FeTiO₃ C—→1/3Ti₂O₃ 2/3Fe CO

1/2FeTiO₃ C—→1/2TiO 1/2Fe CO

1/3FeTiO₃ C—→1/3Ti 1/3Fe CO

1/4FeTiO₃ C—→I/4TiC 1/4Fe 3/4CO

钛的氧化物在还原熔炼过程中随温度升高按下列顺序发生变化：

TiO₂—Ti₃O₅—Ti₂O₃一TiO一TiO—TiC—Ti（Fe）

熔炼过程中，不同价的钛化合物是共存的，其数量的相互比例随熔炼温度和还原度大小而变化。

高钛渣钛铁矿中杂质的还原

钛铁矿中的杂质有MgO、CaO、Al₂O₃、SiO₂、MnO、V₂O₅等。其中，MgO、CaO和Al₂O₃还原的开始反应温度相应为2153K、2463K和2322K。由此可见，在还原熔炼钛铁矿的温度（2000K左右）下不可能被还原。其他杂质如SiO₂、MnO和V₂O₅在钛铁矿还原熔炼温度下，发生不同程度的还原，但远比FeO和TiO₂难还原。因此，钛铁矿中的大部分杂质（除SiO₂外）基本上被富集在渣中。

高钛渣钛铁矿的还原步骤

研究表明，钛铁矿的还原不是先分解为单一氧化物FeO和TiO₂，然后再进行还原，而是直接从钛铁矿晶格中排出氧。钛铁矿的还原通常分为两个阶段。

第一阶段还原是矿中Fe³ → Fe² ，即矿中假金红石（Fe₂Ti₃O₉或Fe₂O₃·3TiO₂）还原为钛铁矿和金红石：

Fe₂Ti₃O₉ C——→2FeTiO₃ TiO₂ CO

第一阶段的还原易进行，即使在低温下，如1173K，也可在较短时间内完成。

第二阶段还原是Fe² → FeO，这一阶段还原较复杂。FeO-TiO₂一Ti₂O₃三元组成图如图7—4所示。从图可看出，钛铁矿的还原只能使部分TiO₂还原。因此，不可能获得不含低价钛而只含Ti⁴ 的钛渣。

一般状态粉状，黑色。　粒度在40-200目（Mesh）。以粉状供货，粒度在0.425mm到0.075mm之间的总量不小于75%。

1.TiO₂含量大于90%的高钛渣可以作为氯化法钛白的生产原料

2.TiO₂小于90%的高钛渣是硫酸法钛白生产的优质原料

随着全球钛白粉和海绵钛消费量的不断增长，高钛渣的需求量呈直线上升趋势。近几年，全球每年高钛渣交易额都在10亿美元以上。

高钛渣是经过物理生产过程而形成的钛矿富集物俗称，通过电炉加热熔化钛矿，使钛矿中二氧化钛和铁熔化分离后得到的二氧化钛高含量的富集物。高钛渣既不是废渣，也不是副产物，而是生产四氯化钛、钛白粉和海绵钛产品的优质原料。

近年来我国钛白粉和海绵钛行业发展迅速，由于高钛渣钛含量高，“三废”产生(处理)量少，资源和能源的利用率高，且能有助产品品质提高，我国高钛渣的需求量迅速增长。虽然国内高钛渣的产量在不断扩大，但仍满足不了国内强大的需求，我国每年也需要进口大量的高钛渣作缺口补充。我国高钛渣行业仍然呈现出供给不足的局面，在今后几年我国高钛渣仍需要大量进口。

我国钛渣生产技术水平在世界上处于末位，高钛渣生产企业总体规模较小，竞争能力不强。2005年，我国生产加工高钛渣的企业仅仅十余家左右，到2006年，国内企业的数量有所增多，但整体素质并不强，除了攀枝花钢铁有限责任公司这一家大型企业，其余企业生产高钛渣的产量都是万吨以下。2007年我国生产高钛渣的企业迅速增多，发展到60多家企业，企业的实力正在发展壮大中。

2008年底国务院关税税则委员会出台了《2009年关税实施方案》，根据方案，2009年高钛渣（二氧化钛质量分数大于70%的）（税则号38249099）进口由原来的最惠国税率6.5%继续下调为0，硫酸（税则号28070000）由原来的最惠国税率5.5%下调为0，与此同时，钛矿砂及其精矿（税则号26140000）出口2009年的暂定关税上调为10%。按照以上税率调整的方向，国家保护资源型原料的倾向比较明显，新的关税方案实施后，国内钛精矿出口将受到限制，而硫酸、高钛渣进口应有所增长。

我国现有钛白粉生产企业70家左右，除锦州一家为氯化法工艺外，其他均为硫酸法工艺且所用原料以钛精矿为主。近年来，钛白粉生产企业已认识到高钛渣的优势，逐步转向以高钛渣生产钛白粉。

在今后相当长一段时间内，以高钛渣为原料的钛白粉、金属海绵钛产品仍属国家产业结构调整中鼓励发展的重点项目。高钛渣作为短缺的初级矿产品，市场前景十分广阔。

国内一些比较有实力的企业，如凤城市千誉钛业有限公司，已开始自主研发高品质的高钛渣，一些领头企业投入了巨大的资本金引进国外生产高钛渣的先进技术和大型设备。加大研发力度，利用其技术优势生产高品质、高产量的产品与同行竞争、抢占市场，将成为高钛渣行业发展中最大的竞争趋势。 2100433B

我国钛资源中大部分为钒钛磁铁矿，其中以钒钛磁铁矿的铁精矿通过电炉直接还原熔分生产的高钛渣品位较低(TiO240%～60%)，不能直接用作海绵钛或氯化法钛白的原料。因此需要通过富集处理获得高品位的金红石型富钛料。笔者利用攀西地区钛精矿生产的高钛渣，其中含有大量的低价钛(Ti² ，Ti³ )氧化物，是构成黑钛石相的主要成分，而黑钛石含杂质量非常高，很难通过选矿方法将钛从渣中提取出来。将钛渣中钛组分富集到钙钛矿或其他相中，并取得了一定效果，而金红石相较钙钛矿相在后续提取方面具有更大优势。因此，选择将钛精矿中钛组分富集到金红石相并使其充分粗化和长大，再使用后续方法将其从渣中提取出来的方案是可行的。本项目目的就是通过冶金物理化学方法研究高钛渣中金红石相选择性析出的动力学，通过整体分析高钛渣成核、生长和粗化过程，将高钛渣中的钛组分尽量转移并富集在金红石相中，并通过动力学规律，在非等温条件下，使其充分析出、长大、粗化，使用光学及图像分析，探索金红石相析出过程的动力学过程。

非等温过程试验方法

使用竖式MoSi₂高温炉，将高钛渣放入黏土坩埚中，升温至1450℃，此时渣完全熔化，恒温30min并于恒温结束前吹氧15min，分别以0.5、1、3、5℃/min的速率进行冷却。在试验过程中，从1440℃开始，每隔一段时间(以降温达到20℃为时间基准)，用金属管置入黏土坩埚中进行取样，将取样后的样品快速放入已准备好的常温水中进行急速冷却，一般取到1300℃左右，样品就无法取出，此时该阶段结束。取出的样品通过三乙醇胺和环氧树脂进行制样，再对其研磨、抛光，用图像分析仪对样品上的多个不同截面进行金红石相测定(包含金红石的尺寸和金红石相所占比例)。

非等温过程研究结论

1)试验表明在不同的降温速率过程中金红石相析出体积分数可近似用JMAK经验方程的形式来描述。

2)冷却速率对于金红石相的析出与长大都有影响。冷却速率越低，金红石相析出量越多、金红石相晶粒尺寸越大。

3)变温过程中促使金红石相的析出与长大是来自两个方面因素：一是晶粒自身浓度达到一定的饱和程度后进行自发的生长；另一方面是金红石晶体与渣体之间的界面产生应力使体系自由能升高导致的晶粒逐渐长大。通过控制降温速度，延缓降温时间对金红石相的粗化有利，尤其是在金红石晶粒刚析出时，一些稍大的晶粒会将邻近刚刚形成的小晶粒吞噬掉而形成更大的晶粒并且晶粒数变少，最终形成粗大的金红石晶粒。

流化床氯化法，二氧化钛的生产主要采用硫酸法和流化床氯化法。硫酸法能生产锐钛型和金红石型，氯化法只能生产金红石型。

氯化法的原料是天然金红石和合成金红石，但也可用高钛渣和某些酸溶性钛渣。美国杜邦公司成功地采用含TiO270%的钛铁矿-白钛石-金红石廉价混合物作原料。流化床氯化法是原料在流化床反应器中进行氯化的一种技术工艺。

操作过程

其过程为：将矿石粉碎成一定粒度与石油焦混合，于900℃下在流化床中进行氯化，生成中间产品四氯化钛：　3TiO2 4C 6Cl2─→3TiCl4 2CO 2CO2

粗四氯化钛用蒸馏法除去各种氯化物杂质，加入晶型转化剂和成核剂，大约在1300℃与氧进行火焰氧化反应，生成二氧化钛：　TiCl4 O2─→TiO2 2Cl2