钒钛磁铁矿酸浸渣球团焙烧脱硫固结行为与还原特性的性能及机理研究

针对钒钛磁铁矿(VTM)酸浸渣球团(VEP)孔隙率高、强度低、硫含量高等问题，研究人员系统研究了直接焙烧过程中VEP的脱硫固结行为及焙烧球团的还原特性。结果表明，1250℃焙烧25分钟可获得冷压强度2593.8 N/球、硫含量0.0033%的优质球团，其还原膨胀指数(RSI)、还原度(RI)和还原粉化指数(RDI)分别达9.07%、81.13%和96.89%，为VEP资源化利用提供了理论支撑。

　　

钒钛磁铁矿(VTM)作为战略资源，富含铁、钛、钒等多种高价值金属元素。传统高炉-转炉工艺回收流程长，钒利用率不足44%。直接酸浸提钒虽能简化流程，但产生的酸浸渣球团(VEP)因结构疏松、硫含量高(达1.2%)，难以直接用于高炉冶炼。现有研究多聚焦于VEP的冷压强度(CCS)提升，却忽视其冶金性能是否符合高炉标准，更缺乏对脱硫固结机制的深入解析。

中南大学研究团队通过系统研究VEP在焙烧过程中的相变规律，发现硅酸盐相连接桥的形成是维持高CCS(2593.8 N/球)与大孔隙率(28.5%)的关键。热力学分析表明，CaSO₄在1200℃以上通过固-固反应分解为CaO和SO₂，而Fe₂O₃的存在可降低分解活化能。微观结构显示，赤铁矿(Fe₂O₃)再结晶形成的"晶桥"与硅酸盐液相共同构成三维骨架，使焙烧球团兼具高强度(2649.0 N/球)与优良还原性(RI 81.13%)。

关键技术包括：1) 采用XRD和SEM-EDS分析相组成与微观形貌；2) 通过压汞法测定孔隙分布；3) 参照ISO标准评估RSI、RI、RDI等冶金性能；4) 在Φ0.6×8 m回转窑中进行中试验证。

主要结果：

1. 脱硫热力学分析：CaSO₄在Fe₂O₃存在下于1150℃开始分解，1230℃时硫含量可降至0.008%。
2. 固结行为：1250℃时硅酸盐液相润湿赤铁矿颗粒，形成"点-面"接触结构，孔隙率较原始VEP提升15.6%。
3. 冶金性能：优化参数下球团的RDI达96.89%，显著优于高炉用球团标准(RDI>60%)。

该研究首次阐明VEP焙烧过程中"脱硫-固结-还原"的协同机制，为钒钛资源清洁高效利用提供了新思路。中试结果证实工艺可行性，推动VEP从废弃物向高炉优质炉料的转化，具有显著的经济与环境效益。论文发表于《Journal of Environmental Chemical Engineering》。