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1、目录一、项目背景2二、项目可行性研究.6三、经济效益核算.10四、环境保护13五、结论.14一、项目背景攀枝花是世界著名的钒钛之都，其钛储量占国内已探明的储量的 90.54%，世界已探明的储量的 35.17%，潜在经济价值达8 万亿美元。但是， 由于现有钢铁生产工艺的因素，只能利用钒钛磁铁矿中钛含量的 20%，铁 精矿中的二氧化钛经高炉冶炼，基本进入高炉渣中，最后随渣一起弃为废 物。攀钢高炉渣中的二氧化钛含量达2223%,以攀钢年产400万吨铁计， 每年产出的高炉渣320万吨，其中约有90万吨的TiO2,按目前市场价算直 接经济损失达50多亿元,攀钢至今已累计排放5000多万吨含钛高炉渣, 除
2、其中一小部分用于作建筑材料外,其余部分都堆积在两个渣场内,目前 钛资源的综合利用率还不到15% ,应该说,攀钢钛资源主要在高炉渣中, 潜在经济价值就这么白白的流失掉了,大量的含钛高炉渣堆积成山,既浪 费了资源又污染了环境。因此,合理有效地利用攀钢含钛高炉渣,将具有 重大的经济价值和社会效益。国外高炉冶炼使用的钛铁矿石，含钛量均较低，一般含TiO2量不超过 3%4%，其高炉渣中所含的TiO2量，一般都低于10%，因此，国外含钛高 炉渣类似于普通高炉渣,在使用上没有多大的困难,不需要特殊的加工和 处理,完全按普通的高炉渣加以利用。国外没有类似攀钢含二氧化钛如此 高的高炉渣，仅苏联卡契卡纳尔的高炉渣
3、含TiO2达17%，但其对从高炉渣 中提取二氧化钛的方法也没作过多研究。德、美、日等国的一些专家曾对 从攀钢高炉渣提钛进行过研究,结果几乎一致认为难度大,未形成有效的 解决方案。因此，从攀钢高炉渣中分离钛属世界性难题。国家对攀枝花资源开发利用的最大期望是实现钛的提取和利用，对于 提取二氧化钛国内作了大量的研究，开辟了一系列新方法。1、用攀钢熔融状态的高炉渣加碳粉将渣中的二氧化钛（22%左右）还 原碳化成碳化钛、碳氧化钛，冷却，破碎后，在氯化炉进行选择氯化，得 到四氯化钛。渣中的钙镁氯化率在 7%左右，氯化后的残渣经水洗后作为焙 烧水泥的原料。然而这也只做过半工业试验。2、复合法提取高炉渣中的钛
4、资源。如矿热炉冶炼高炉渣制取硅钛化合 物，电解高炉渣制取钛硅铝合金，硫酸分解高炉渣制取钛黄粉和三氧化二 钪等。此类实验成果，因其产品市场空间狭窄，等待时机转化为生产力。3、从渣中提取氧化钛白粉、海绵钛生产原料。如高炉渣碳化、分选、 氯化试验，高炉渣硫酸化-氯化试验等。这些试验存在一些问题：是氯化 温度高，在1000r以上；是间接氯化，氯化时间长达12小时；是工 艺环节多，有选别和造球等工艺。攀钢研究院对此作了改进，提出了高炉 渣高温碳化，低温氯化制取 TCl 的新试验方案。其特点有： 氯化温度低，i4控制在870K以下；可实现连续加料，氯化时间快；碳化渣直接入炉氯 化。但TC1工业也出现了诸多
5、问题，如碳粉损失大、电极断裂、碳化时间 i4长、碳化炉利用系数小、低温氯化温度智能控制氯化反应热的导出、氯化 炉的研制等，需要通过工业试验解决，但一直没有得到落实。4、含钛高炉渣有价组分选择性析出技术。自95 年以来，东北大学根 据物理化学、固体化学、凝固理论提出了有价组分选择性析出理论，并将 其用于研究高炉渣含钛组分的析出问题。其基本思路是：创造条件，使分 散在多种矿物相中的钛尽可能地富集到一种矿物相中，并使之长大粗化， 然后用选矿的方法将其分离出来。基于这一思路，根据热力学理论和富钛 相的组成和结晶规律，将钙钛矿作为富钛相，确立了含钛组分富集，长大 分离的技术路线，其研究成果概括如下：（1
6、）对钙钛矿晶体生长过程的研 究表明，钙钛矿析出过程受扩散控制，当溶渣缓慢冷却时钙钛矿结晶明显 增加，晶体粗化；（2）加入适量的CaO可使钛富集到钙钛矿中，提高钙钛 矿的结晶量，促使钙钛矿以规律形状析出（3）向溶渣中加入适量的萤石和 MnO，能降低溶渣的粘度，增加组元的扩散速度，从而增加了钙钛矿的结 晶量和尺寸；（ 4）碳（氮）化钛是钙钛矿的有效结晶核心，钙钛矿以异质 晶核为基础，析出、长大。当提高溶渣的熔化温度时，钙钛矿的晶粒尺寸 增大；（ 5）非平衡条件下钙钛矿生长的驱动力是溶质的过饱和钙钛矿的界 面能。等温过程中钙钛矿的析出过程可用经典的Johnson_mekl_Arrami方程 描述，钙
7、钛矿的析出过程中伴随着枝晶粗化；（6）预氧化处理可使低价钛 转化为高价钛提高钙钛矿的结晶量。5、80 年代末，完成了用含钛高炉渣制取 TCl 的试验研究，其工艺流i4程为：将高炉渣先在矿热炉上进行高温选择性炭化，再将制得 T C 在流化i床上进行低温选择性氯化，得到 TCl ，氯化残渣可烧制水泥，钛的炭化率i4达95%, TC的氯化率可达95%。用硫酸法提取高炉渣中的Al、T和S，ii c浸出率分别为：TO 80%85%; Al O80%90%； S 90%。采用硫酸铵脱硫i 223c法制取氧化铝，其纯度为AlO 98%。浸出液脱铝后，经过常压水解，可23制取品位大于98%的金红石型TO，除钛
8、后，液体经P507五轮萃取，草酸i2沉淀，制取了品位为91%98%的ScO。在制取TO、TCI、S O的工 2 3i 2 i 4 c2 3艺流程中，使用了大量的酸和氯气，这一方面提高了成本，另一方面造成 了严重的环境污染，因此限制了这些工艺的应用。6、应用相分离法攀钢高炉渣主要由TO . SO . CaO、Al O .i 2 i 2 2 3MgO和Fe等组成。椐热力学分析NaCO和TO、SO反应的热力学趋势3 i 2 i 2远大 于 其它组 分 。 参照 NaO-TO 、 NaO-SO 系相 图可知，i 2 i 22NaOTO-NaOTO 和 Na OSO-NaO2SO 的共晶温度分别为862
9、C和i 2 i 2 2 i 2 i 2846C。对于NaO-TO-SO三元系，其最低温度则低于786C，而炉渣中i 2 i 2其余组分的熔化温度则远高于1000C。若控制体系温度，就可以使硅和钛 以熔融物的形式与其余组分分离。同样硅钛又在不同温度条件下分离，从 而制成TO富集物。i2 上述方法虽然各具优势，但又都具有目前难以克服的缺点，因此，目 前尚未有任何一种方法可以达到产业化生产的程度。为彻底解决攀枝花高炉渣综合利用问题，攀枝花学院针对高钛型高炉渣 的特点，利用TiO2对酸碱的稳定性，将高炉渣中除了二氧化钛外的其他杂 质转化为可溶物除去，同时回收原料中Fe、Al等有益元素。本工艺流程具 有
10、以下优点：（1）克服了高温、高压、氯气等条件带来的设备、环境等方 面的压力，可减低生产成本和减轻环境污染；（2）整个工艺流程全采用化 学方法，对设备要求低，对原料中钙、镁含量无特殊要求；（3）在回收 TiO2的同时可回收其他有用成分，可解决攀枝花高钛渣的综合利用问题。二、项目可行性研究2.1 项目主要研究内容为充分利用攀枝花市高炉渣，发展循环经济，实现变废为宝，本项目拟 在攀枝花学院生物与化学工程学院科研成果“从攀钢高炉渣中提取 TiO2 制 备富钛料研究”基础之上，进行中试研究，研究的主要内容如下：1、中试研究的工艺条件、工艺路线研究；2、中试生产设备的选购、研制；3、产品方案及生产规模；4
11、、原料、燃料及动力供应；5、总图布臵、公用工程和辅助设施方案；6、环境保护、劳动保护、安全卫生及消防；7、投资估算及资金筹集；8、财务评价。2.2 预期目标：(1) 建成一条日处理量为 20T 的中试生产线；(2) 主要产品质量达到下述要求：高钛渣，TiO2含量78%; Fe2O3 80%; A12O399%； NH4CI满足化肥使用标准；CaCl2、MgCl?作为水泥底 料。(3) 形成“从攀钢高炉渣中提取TiO2制备富钛料中试研究”的全套技术资料。2.3 产品方案及生产规模2.3.1 产品种类 高钛型高炉渣中各组分基本情况如表3.1。TiO2CaOAl O2 3FeMgOSiO223201
12、59817表 2.1 原料的化学组成(%)随着生产条件变化，高炉渣的组成会略有变化，但总体情况基本与上 表一致。此外，高炉渣中还含有 Mn、Ga、Sc 等稀有元素，这些元素总含 量48%)、A1O、FeO、CaCl、2 2 3 2 3 2品名钛精矿Fe?Al2O3NH Cl4CaCl2 及 MgCl2规格TiO 45%280%99%98%水泥底料表 2.2 产品种类及规格(%)MgCl2、NH4CI。在上述产品中，Ca、Mg可以CaCl2和 MgCl?的混合物形 式存在，也可以单独的CaCl2、MgCl2存在，具体根据市场的需求、生产成 本和投资多少决定。各产品规格见表 3.2,上述产品都属于大宗产品，具有广阔的市场前景。2.3.2 生产规模 本项目以攀枝花学院生物与化学工程学院科研成果攀钢高钛型高 炉渣综合利用新流程为基础,进行中试研究,打通项目成果的产业化道路 投资规模为 200 万元。根据投资规模及中试研究性质,拟建一条处理量为 20T/d 的示范性生产线。2.4 工艺可行性研究
高钛型高炉渣中钛资源回收及综合利用新技术
