浅析钒钛科技含钛高炉渣综合利用

宋 进，官仁权

（成渝钒钛科技有限公司，四川 内江 642469）

成渝钒钛科技有限公司近几年发展比较迅速，特别是2018年钢产量突破500 万t。本公司在高炉冶炼方面主要采用钒钛磁铁矿，比例超过50%[1]。钒钛磁铁矿的主要成分决定了本公司的高炉渣富含钛，与普通的高炉渣相比，其活性指数较低，从而限制了其在水泥行业上的应用，其在水泥中的添加比例基本在10%～30%[2]。前几年，成渝钒钛科技有限公司的高炉渣生产工艺以高炉水碎渣生产为主，含钛高炉渣的产量达到250 万t，作为一种再利用的资源，人们需从多方面研究具有高价值的产品。

从成渝钒钛科技有限公司近几年的含钛矿渣综合利用来看，基本应用于建材领域（水泥和透水砖等），公司内部仅利用了80 万t 左右，尚有170 余万t 含钛矿渣暂主要通过外售方式处置。

1 国内外高炉渣利用现状

1.1 非提钛直接应用

1.1.1 矿渣水泥

普通矿渣水泥高炉渣掺入量可以占水泥质量的20%～85%，但中钛及以上矿渣水泥因其活性低，掺入量通常低于30%。

1.1.2 矿渣碎石

矿渣碎石的作用很广，用量也很大，主要用于公路、机场、地基工程、铁路道砟、混凝土骨料和沥青路面等。配制矿渣碎石混凝土，矿渣碎石配制的混凝土具有与普通混凝土相近的力学性能，还有良好的保温、隔热、耐热、抗渗和耐久性能[3]。

1.1.3 矿渣砖和湿碾矿渣混凝土制品

湿碾矿渣混凝土，是以水渣为主要原料制成的一种混凝土。它是将水渣和激发剂（水泥、石灰和石膏）放在轮碾机上加水碾磨制成砂浆后，与粗骨料拌和而成的。

1.1.4 膨胀矿渣及膨珠

膨胀矿渣主要用作混凝土轻骨料，也用作防火隔热材料，用膨胀矿渣制成的轻质混凝土，不仅可以用于建筑物的围护结构，而且可以用于承重结构。直径小于3 mm 的膨珠与水渣的用途相同，可供水泥厂用作矿渣水泥的掺合料，也可用作公路路基材料和混凝土细骨料。

1.1.5 卫生瓷板

重庆硅酸盐研究所曾将液态的攀枝花高炉渣（1 350℃）加热到1 500℃，用浇注成型和离心成型法制做出不同外观的矿渣微晶玻璃，并用于制备卫生瓷板、内外墙砖、铺地砖及耐腐耐磨管道，该工艺可以利用熔渣的热量，可节能，但只作了实验室研究。

1.1.6 釉面砖

1986年，攀钢（集团）公司研究院和攀枝花仁和瓷厂合作，用攀枝花高钛型水碎高炉渣和当地陶土配料制备成了符合国家标准的釉面砖，其工艺比传统工艺烧成温度低，可节省能源，延长窑炉使用寿命。

1.1.7 农业中的应用

硅肥己被国际土壤学界认定为继氮、磷、钾之后第四大元素肥料，以二氧化硅（Si02）和氧化钙（Ca0）为主。人们可以利用高炉矿渣富含硅、钙特点，生产硅肥。

1.2 提钛后再利用

1.2.1 硫酸浸取制钛白及提钪工艺

攀钢（集团）钢铁研究院与中南工业大学于曾合作开展了硫酸浸取高炉渣制钛白及提钪的研究工作。该技术用高炉渣中的TiO2生产出钛白粉，同时回收了钪，但钛的回收率不高。虽然提钪是一大亮点，但吨渣含钪不到40 g，并且全球的需求非常有限。

1.2.2 制取钛硅合金

20世纪70年代，重庆大学开发了冶炼硅钛铁复合合金工艺。该工艺采用含Ti02为24.18%的高炉渣，用含75 %的硅铁为还原剂，工业石灰作熔剂，在50 kVA 实验室电炉上进行试验，获得含27.08% Ti，31.05% Si，20.20% Fe 的硅钛铁合金，钛回收率为76.70%。

1.2.3 碱处理高炉渣提钛

重庆大学周志明等人研究了在1 200℃～1 300℃温度范围，用Na0H 处理攀枝花高钛型高炉渣，然后用水浸取产物进行渣钛分离的技术研究[4]。该法加入Na0H 的量为高炉渣的20%～25%，水浸残渣中Ti02含量≤10%。由于碱耗量较大，考虑回收钠盐将大大增加成本和工艺的复杂程度，并且钛的富集效果也并不理想，该技术的应用前景不被看好。

1.2.4 含钛型高炉渣钛组分绿色分离技术

东北大学提出了含钛型高炉渣中钛组分的绿色分离技术。优化析出长大条件，选择适当数量和种类的添加剂来改变钙钛矿相的析出形貌，经若干小时处理后，晶粒尺寸长大，保持在40 ～50 μm，为后续的选择分离环节创造必要条件。

2 成渝钒钛科技有限公司的含钛高炉渣利用研究进展

2.1 含钛高炉渣的矿相与物化性能

2.1.1 XRD 分析

含钛高炉渣中的钛以透辉石、钙钛矿、尖晶石为主，其中钙钛矿与含钛透辉石最多，钙钛矿以小颗粒（10 μm 左右）形式弥散于渣相中，并与尖晶石等矿物互相连生[5]。具体物化性质如表1所示。

表1 2018年平均高炉炉渣成分

2.1.2 SEM 分析

高炉渣表面结构虽看似疏松，呈四角星状、雪花状，但在结构上相互交织，形成均匀致密的网状结构，这也是不易磨的主要原因。

2.2 西南科技大学用φ500 试验球磨机研磨

从检测结果分析，含钛高炉渣易磨性差，且原渣活性指数较低。采用提高比表面积和使用激发剂的方法，对提升含钛高炉渣的活性意义不大，这与国内相关研究结论是一致的。

2.3 含钛高炉渣微粉研究

西南科技大学合作开展了含钛高炉渣生产S75 矿渣粉项目研究，通过对矿渣进行XRD、SEM、活性等物化性能检测，研究矿渣粉磨特性、优化调整激发剂配比，采用基于地质聚合物改性激发惰性钛矿渣玻璃体的活化剂设计进行试验，在加入20%的普通矿渣后，7 d 的活性指数为58.8%，28 d 的活性指数为76.7%。

2.4 矿渣砂石

2018年，经过考察与研究，组织利用高炉应急渣池，通过对控冷制度的研究与大量试验，在高炉渣池成功实现了24 h 内连续3 炉出渣控冷与干渣转运，生产证实了新区2 高炉4 个应急渣池具备100 万t/a砂石用干渣原料生产能力。

3 对成渝钒钛科技有限公司含钛矿渣综合利用的分析

根据成渝钒钛科技有限公司高炉渣属性研究与水泥掺料的生产实践，中钛高炉渣确因渣中钛含量偏高、活性偏低问题，其在水泥领域应用难以继续大幅提升掺合比例，故星船城水泥有限公司矿渣需求基本维持在60 万t/a。四川省劲腾环保建材有限公司近年对矿渣的需求明显增长，未来三年，其矿渣需求量预计分别达12 万t/a、20 万t/a、30 万t/a。成渝钒钛科技有限公司新建有矿渣砂石示范线，两条控冷示范线具备40 ～50 万t/a 原料产能，一条破碎示范线具备14 万t/a 产能，尚有一破碎线可改造扩能，可在满足企业自身基建需求的同时，利用此示范线稳步拓展砂石外部市场。

从国家对自然砂石开采控制、加大交通等基础建设力度等角度综合分析，矿渣砂石未来应有较好市场。鉴于当前高炉水淬渣销售形势尚佳，矿渣砂石所需原料的生产环境风险暂难解决，原计划100 万t 矿渣砂石项目可研报告表明需5年左右方能收回投资，且该项目与混合熔渣提钛项目不能有机结合，故建议仍暂缓100 万t 矿渣砂石生产线建设。

四川区域商混用微粉资源短缺，各大商混企业均期求与有稳定质量与产量的微粉生产企业合作，微粉市场需求及效益均向好。从投资收益角度比较，矿渣微粉项目尚优于矿渣砂石项目。但是，生产S75 矿渣微粉尚需添加20%普通矿渣。

成渝钒钛科技有限公司高炉矿渣富含钛资源，矿渣提钛有显著的社会效益，也具备潜在的经济效益。本公司正积极与东北大学开展混合熔渣提钛技术合作，尽管该技术采取的是重矿渣路线，但经选矿后的矿石呈粉末状，不能作为砂石原料。

4 结语

尽管高炉矿渣用途多，但中钛矿渣受自身属性影响，尚需解决此类应用领域的核心技术问题[6]。同时，绝大应用领域对矿渣难以大规模消化，故建议成渝钒钛科技有限公司中钛矿渣暂仍考虑主要应用在水泥掺合料、矿渣微粉、矿渣砂石等领域。

从国家及其川渝经济带对环境控制与管理分析，成渝钒钛科技有限公司必须稳妥控制高炉矿渣环保风险。为避免因现有矿渣销售模式导致矿渣堆存环保隐患，建议提前直接与川渝附近水泥或微粉加工企业构建战略供需合作关系。若仍尚有顾虑，结合渣中提钛尾渣实际，建议优先增上矿渣微粉项目。

成渝钒钛科技有限公司高炉矿渣富含钛资源，矿渣提钛具有显著的社会效益，也具备潜在的经济效益。鉴于攀钢高温碳化与低温氯化工艺，暂未解决氯化残渣处理及生产经济性问题，建议本公司在做好攀钢提钛工艺研究进展跟踪的同时，加大混合熔渣提钛技术研究与工业试验力度，同时结合现钛硅合金在钢筋等钢铁材料的应用，开展含钛高炉渣生产硅钛合金方面的研究。