Переработка ванадио-титанового шлака путем измельчения: путь «зеленой» трансформации от металлургических твердых отходов к ценным ресурсам

Введение

Ванадио-титановый шлак — это промышленные твердые отходы, образующиеся в процессе плавки ванадио-титанового магнетита. В связи с растущим спросом на изделия из нержавеющей стали и специальных сталей в Китае объемы образования ванадио-титанового шлака продолжают увеличиваться. В Китае ванадио-титановый шлак в основном сосредоточен в регионе Панчжихуа–Сичан, где на каждую тонну произведенного железа приходится от 0,3 до 1 тонны отходного шлака — чем ниже содержание ванадия в руде, тем больше объем образования шлака. Только одна группа компаний «Панган» выбрасывает 3,6 млн тонн добычи доменного шлака с высоким содержанием титана в год, при этом совокупные запасы превышают 60 миллионов тонн. Крупные скопления ванадий-титанового шлака не только занимают ценные земельные участки, но и создают потенциальную угрозу для окружающей среды.

Однако ванадий-титановый шлак не является “отходами”. Он обладает следующими свойствами: с высоким содержанием ванадия, высоким содержанием титана, низким содержанием серы, низким содержанием фосфора и низким содержанием алюминия содержание и часто называется “золотой сплав.”. С помощью специальных технологий измельчения ванадиево-титановый шлак можно превратить в высокореактивные ультрадисперсные порошки, широко применяемые в строительные материалы, металлургия, химическая промышленность, охрана окружающей среды, а также во многих других областях, что позволяет добиться впечатляющего преобразования “промышленных твердых отходов” в “ценные ресурсы”.”

В данной статье представлен всесторонний анализ системы измельчения ванадий-титанового шлака, в котором рассматриваются характеристики сырья, сложности при переработке, основное оборудование, технологический процесс, варианты применения, и многое другое.

I. Что такое ванадиево-титановый шлак? – Характеристики и анализ ценности

1.1 Источники и классификация ванадий-титанового шлака

Ванадиево-титановый шлак — это промышленные твердые отходы, образующиеся в процессе доменной плавки ванадий-титановый магнетит. Это гранулированный печный шлак, получаемый в результате водяного охлаждения расплавленного материала, состоящего преимущественно из FeO и SiO₂. В связи с особенностями залежей этого сырья, около 50% из титана В составе ванадий-титанового магнетита он поступает в доменную печь вместе с железным концентратом. В процессе выплавки железа титан почти полностью переходит в шлаковую фазу, образуя титан-железный шлак (доменный шлак) с содержанием титана примерно 18%–26%.

1.2 Уникальные свойства ванадио-титанового шлака

Ванадиево-титановый шлак называют “золотым сплавом” из-за его уникального химического состава:

Способы повторного использования ванадий-титанового шлака обширны и в основном подразделяются на две категории:

• Прямое использование без извлечения титана: В качестве добавок к цементу, заполнителей для бетона, строительных блоков, шлаковых кирпичей, шлаковой стеклокерамики и других видов сырья для производства строительных материалов.
• Использование после извлечения титана: Добыча диоксида титана, металлического титана и соединений ванадия для отраслей с высокой добавленной стоимостью, таких как производство химических катализаторов и материалов для аккумуляторов.

1.3 Факторы, определяющие политику, и возможности для отрасли

В последние годы государство неуклонно усиливает политическую поддержку в области ресурсосберегающего использования промышленных твердых отходов. Комплексное использование ванадио-титанового шлака включено в национальные стратегические направления развития циркулярной экономики и реализации концепции “двойного углеродного целевого показателя”. “Руководство по комплексной оценке утилизации твердых отходов на металлургических предприятиях” , вступающий в силу с 1 июля 2025 года, предусматривает институциональные меры обеспечения стандартизированного использования твердых металлургических отходов, таких как ванадиево-титановый шлак. По всей стране построено несколько крупномасштабных линий по производству порошка из ванадиево-титанового шлака — например, компания в Чэнде построила 1 000 000 т/год линия по производству ванадий-титанового шлакового порошка, а также 500 000 т/год В Панчжихуа (провинция Сычуань) началось строительство линии по переработке хвостов. Эти проекты наглядно демонстрируют огромный рыночный потенциал измельчения ванадио-титанового шлака.

II. Проблемы и сложности при измельчении ванадиево-титанового шлака

Измельчение ванадиево-титанового шлака — задача не из простых, при этом возникают следующие проблемы: четыре основные проблемы:

2.1 Высокая твёрдость и плохая шлифоваемость

Ванадиево-титановый шлак обладает высокой твёрдостью и относится к категории труднообрабатываемый материал. В нём содержится трудноизмельчаемые фазы (такие как перовскит и другие стабильные минеральные частицы, отличающиеся твердостью и устойчивостью к измельчению), что приводит к высокому общему энергопотреблению в процессе измельчения. Учитывая плохую измельчаемость таких материалов, как ванадий-титановый шлак, традиционное измельчающее оборудование зачастую не справляется с производственными задачами.

2.2 Низкая реактивность и ограниченное использование

Благодаря высокому содержанию титана, гидратационная активность ванадий-титанового шлака ниже, чем у обычного доменного шлака. При использовании в качестве добавки в чистом виде его индекс активности может достигать лишь класса S75, а коэффициент замещения, как правило, остается низким, что ограничивает его широкомасштабное применение в строительных материалах.

2.3 Рассеянное распространение титаносодержащих минералов

Минералы, содержащие титан, — это рассредоточенно распределены в шлаке, что затрудняет их разделение и усложняет процесс комплексного использования.

2.4 Колебания влажности

Содержание влаги в ванадио-титановом шлаке значительно варьируется в зависимости от способа водяной закалки, что предъявляет более высокие требования к производительности по сушке и стабильности работы измельчающего оборудования.

Эти характеристики означают, что измельчение ванадиево-титанового шлака нельзя просто взять и использовать стандартное оборудование; для этого требуются целевые технологические решения и специализированное оборудование.

III. Выбор основного оборудования: Почему Вертикальная вальцовая мельница «Первый выбор»?

3.1 Вертикальная вальцовая мельница — основная рабочая лошадка в переработке ванадиево-титанового шлака

Этот вертикальная вальцовая мельница (VRM) в настоящее время является наиболее широко применяемый и наиболее эффективный основное оборудование для измельчения ванадио-титанового шлака. Система VRM объединяет сушка, измельчение, сортировка и транспортировка в одном блоке, с простой технологической схемой, небольшим количеством компонентов системы и компактной компоновкой.

Технология VRM стала предпочтительным вариантом для переработки ванадиево-титанового шлака благодаря следующим ключевым преимуществам:

✅ Низкое энергопотребление: В VRM используется принцип измельчения в слое материала—валики непосредственно уплотняют и измельчают материал на столе без контакта металла с металлом. По сравнению с традиционными шаровыми мельницами энергопотребление VRM можно снизить на 30%–40%.

✅ Высокая пропускная способность: Мощность отдельного агрегата составляет от от 1 до 200 т/ч, подходящие для проектов по переработке порошка среднего и крупного масштаба, способные обеспечить годовую производительность в сотни тысяч тонн. Некоторые крупные установки VRM могут даже удовлетворить производственные потребности, превышающие 1 миллион тонн в год.

✅ Компактные габариты: Занимает всего около 50% площади установки системы шаровой мельницы, что позволяет значительно сократить затраты на строительство.

✅ Высокая эффективность сушки: Подходит для материалов с содержанием влаги <15%, при этом сушка завершается одновременно с измельчением.

✅ Превосходное качество продукции: Способен стабильно производить GGBFS с определенной удельной поверхностью ≥420 м²/кг, с точной и регулируемой степенью измельчения.

✅ Превосходные экологические показатели: Работа в условиях отрицательного давления, низкий уровень выбросов пыли и низкий уровень шума соответствуют требованиям современной промышленности в области экологически чистого производства.

✅ Низкие затраты на техническое обслуживание: Низкий расход изнашиваемых материалов благодаря использованию высококачественных износостойких материалов и технологии наплавки, обеспечивающих длительный срок службы.

3.2 Сравнение оборудования: VRM и другие варианты

3.3 Ультрамелкая вертикальная мельница – Мощный инструмент для производства ультратонкого порошка премиум-класса

Для случаев, когда требуется ультратонкий порошок с размером частиц более 400 меш, который Ультрамелкодисперсная вертикальная мельница LUM и Ультрамелкая вертикальная мельница HLMX являются идеальным выбором. Эти установки предназначены для сверхтонкого измельчения в 400–3250 меш диапазон с регулируемой и контролируемой степенью измельчения, что позволяет преодолеть ограничения по производительности при производстве ультратонкого порошка.

3.4 Рекомендации по выбору

• Крупномасштабное промышленное производство (>100 000 т/год): Вертикальная вальцовая мельница — лучший выбор, предлагая наилучшее соотношение цены и качества.
• Требования к ультратонкому порошку (>400 меш): Уделить первоочередное внимание Ультрамелкодисперсная вертикальная мельница LUM или серия HLMX.
• Проекты малого и среднего масштаба или проекты с ограниченным бюджетом: A мельница Raymond это можно рассматривать как дополнительный вариант, однако следует учитывать, что высокая твёрдость ванадио-титанового шлака повлияет на срок службы изнашиваемых деталей.

IV. Полная технологическая схема измельчения ванадиально-титанового шлака

Стандартная производственная линия по измельчению ванадиево-титанового шлака, как правило, включает в себя следующие основные этапы:

4.1 Предварительная обработка сырья

Дробление: Крупный ванадий-титановый шлак измельчается с помощью щековая дробилка или дробилка ударного типа для обеспечения нужного размера корма ≤30 мм.

Удаление железа: Магнитные сепараторы и вибрационные грохоты удаляют железосодержащие примеси, защищая оборудование и повышая чистоту продукции.

Скрининг: Вибрационные грохоты регулируют размер частиц сырья, обеспечивая их однородность и стабильность.

4.2 Подача и транспортировка

После предварительной обработки ванадий-титановый шлак точно взвешивается с помощью весоизмерительное устройство и передается с помощью ковшовый элеватор к устройству подачи VRM. А подающий механизм с воздушным затвором обеспечивает равномерную подачу материала и предотвращает утечку воздуха из системы.

4.3 Шлифование сердечника — система VRM

Материал поступает в VRM и равномерно распределяется по центр шлифовального стола под действием центробежной силы. Это гидравлическая система приводит в движение валки для уплотнения слоя материала, а ванадиево-титановый шлак измельчается под высоким давлением. Одновременно система с горячим газом обеспечивает подачу горячего воздуха снизу стола, что позволяет осуществлять сушку в процессе измельчения.

4.4 Классификация

Мелкий материал поднимается вверх под действием воздушного потока к динамический классификатор. Регулируя скорость вращения ротора классификатора, можно точно контролировать степень измельчения. Крупные частицы падают обратно на стол для повторного измельчения, а мелкие частицы, соответствующие требованиям, уносятся воздушным потоком в систему пылеудаления.

4.5 Получение товара

Газ, содержащий пыль, очищается с помощью импульсно-реактивный рукавный фильтр. Собранный порошок ванадиево-титанового шлака транспортируется с помощью конвейерного оборудования в силос для готовой продукции для хранения. После очистки концентрация пыли в отработавших газах соответствует экологическим нормам.

4.6 Полная схема технологического процесса

Ванадиально-титановая шлаковая руда → Дробление → Удаление железа → Просеивание → Взвешивание → Ковшовый элеватор → Вертикальная вальцовая мельница (измельчение + сушка + классификация) → Импульсно-струйный рукавный фильтр → Силос для готовой продукции

V. Разнообразные области применения ультрамелкодисперсного порошка ванадий-титанового шлака

После ультратонкого измельчения порошок ванадиево-титанового шлака перестает быть “промышленными отходами” и становится настоящим “городские рудники.”. Сферы его применения становятся всё более разнообразными:

5.1 Строительные материалы — крупнейший канал сбыта

Добавка к цементу: При смешивании и измельчении ванадиево-титанового шлака со стальным шлаком, обычным доменным шлаком и цементным клинкером в определенных пропорциях получается композитный цемент с классом прочности 52.5 может быть произведено. Испытания показывают, что при использовании клинкерной смеси 45% и 46% в ванадиево-титановом шлаке 28-дневная прочность на изгиб достигает 8,8 МПа и прочность на сжатие 48,5 МПа.

Добавка для бетона: Порошок ванадио-титанового шлака может служить активной добавкой к бетону, улучшая его удобоукладываемость и механические свойства. Готовый порошок может обладать удельной поверхностью ≥400 м²/кг.

Конструкторы и кубики: Использование доменного шлака с высоким содержанием титана в качестве основного сырья с паровым отверждением, Класс MU10 Шлаковые кирпичи могут изготавливаться с содержанием шлака, превышающим 80%.

Стеклокерамика на основе шлака: Может использоваться для производства санитарной плитки, настенной плитки для внутренних и наружных работ, напольной плитки, а также коррозионно- и износостойких труб.

5.2 Металлургия и химия

Добыча ванадиево-титановых сплавов: Ванадий-титановый шлак можно перерабатывать с целью извлечения ванадия и титана для производства феррованадиевых и ферротитановых сплавов.

Производство диоксида титана: После активационного помола ванадиево-титановый доменный шлак можно использовать в солянокислом процессе для производства сырого диоксида титана. Более 75% Титан, содержащийся в ванадио-титановом магнетитовом плавильном шлаке, можно извлечь для получения сырого рутилового диоксида титана.

Химическое сырье: Соединения ванадия могут использоваться для производства катализаторов, красителей и материалов для аккумуляторов.

5.3 Охрана окружающей среды

Ванадий-титановый шлак обладает определенными адсорбционная способность и может применяться для очистки промышленных сточных вод (адсорбция ионов тяжелых металлов и органических загрязнителей), а также для десульфуризации и денитрификации дымовых газов. Благодаря своей пористой структуре он также может использоваться в экологичных строительных материалах, таких как эко-кирпичи.

5.4 Прочие области применения

Ванадиево-титановый шлак также можно использовать для производства керамика, стекло и огнеупорные материалы. Например, его можно использовать в керамических глазурях для повышения твердости и блеска.

5.5 Перспективные направления с высокой добавленной стоимостью

Благодаря технологическому прогрессу сферы применения ультрадисперсного ванадио-титанового шлакового порошка продолжают расширяться. В настоящее время к новым направлениям относятся: низкоуглеродистые цементные материалы на основе ванадиево-титанового шлака и сверхмелкие композитные минеральные добавки. Благодаря механическому измельчению в сочетании с химической активацией можно значительно повысить гидратационную активность ванадий-титанового шлака.

VI. Примеры практического применения

Проект № 1: провинция Сычуань — линия по производству ванадий-титанового шлакового порошка мощностью 400 000 т/год (EPC)

Компания «Xinxiang Great Wall Machinery» использовала вертикальную вальцовую мельницу для шлака GRMS для строительства 400 000 т/год Линия по производству ванадий-титанового шлакового порошка. Установка VRM объединяет в себе процессы измельчения, сушки, классификации, транспортировки и сбора, позволяя получать порошок с удельной поверхностью 420–450 м²/кг.

Пример 2: Чэнде — линия по производству ванадиально-титанового шлакового порошка мощностью 1 000 000 т/год

Экологическая компания в Чэнде построила 1 000 000 т/год Линия по производству ванадио-титанового шлакового порошка, оснащенная системой VRM модели JLMK-56.3.3x. Основной продукцией являются ультрадисперсный ванадио-титановый шлаковый порошок и стально-шлаковые композитные цементные материалы, широко используемые в качестве сырья для производства цемента, бетона, теплоизоляционных растворов и т. д., с рынком сбыта, охватывающим Чэнде, Пекин, Таншань, Баодин и Чжанцзякоу.

Пример 3: «Чэнде Ванадий-Титан» — совместная работа по производству порошка ванадий-титанового шлака

Компания «Чэнде Ванадий-Титан Нью Материалс» (Chengde Vanadium‑Titanium New Materials Co., Ltd.) использует в качестве сырья ванадий-титановый шлак, полученный при доменном производстве и закаленный водой. Благодаря применению запатентованной технологии компании удалось преодолеть такие трудности, как значительное снижение содержания стекловидной фазы и уменьшение активности, и наладить производство продуктов глубокой переработки, содержащих порошок ванадий-титанового шлака.

Пример 4: Панчжихуа, провинция Сычуань — линия по переработке хвостов производительностью 500 000 т/год

В зоне промышленного развития по производству ванадия и титана уезда Яньбянь, 500 000 т/год Началась реализация проекта по строительству линии по переработке хвостов с запланированным объемом инвестиций в размере 120 млн юаней. В рамках проекта ванадий-титановые магнетитовые хвосты перерабатываются в порошок из хвостов, который служит высококачественным сырьем для производства строительных материалов на цементных заводах, бетонных заводах, заводах по производству сухих строительных смесей и различных кирпичных заводах.

VII. Перспективы инвестиций и прогноз развития рынка

7.1 Поддержка со стороны руководства продолжает укрепляться

В последние годы государство неуклонно усиливает политическую поддержку в области ресурсосберегающего использования промышленных твердых отходов. Комплексное использование ванадио-титанового шлака соответствует национальным циркулярная экономика и “двойной углерод” стратегические направления. Во многих регионах проекты по созданию линий по производству ванадио-титанового шлакового порошка включены в перечень ключевых инженерных инициатив, а объем инвестиций в них колеблется от десятков до сотен миллионов юаней.

7.2 Высокий рыночный спрос

С точки зрения рынка спрос на порошок ванадий-титанового шлака продолжает расти. Только в регионе Панчжихуа спрос на порошок хвостов со стороны гражданского рынка составляет около 4 миллиона кубических метров в год. В связи с продвижением низкоуглеродного цемента и экологически чистого бетона рыночные перспективы ультрадисперсного ванадио-титанового шлакового порошка в качестве высококачественной минеральной добавки будут продолжать расширяться.

7.3 Тенденции развития

Разведка: В системах VRM, как правило, используются Системы автоматизации на базе ПЛК/СКП, что обеспечивает возможность удаленного мониторинга, автоматического управления и раннего оповещения о неисправностях.

Крупномасштабный: Миллион тонн в год Линии по производству ванадий-титанового шлакового порошка постепенно становятся основным направлением.

Сверхтонкий: Возможности сверхтонкого измельчения в 400–3250 меш диапазон продолжает совершенствоваться, открывая все новые возможности для применения в высокодоходных областях.

Зелёный: Экологически безопасные технологии, такие как энергосбережение, снижение выбросов пыли и утилизация отработанного тепла, становятся всё более отработанными.

Процесс измельчения ванадий-титанового шлака представляет собой зелёная дорожка который преобразует твердые отходы металлургического производства в ценные ресурсы. Благодаря научно обоснованному проектированию технологического процесса и правильному подбору оборудования, ориентированному на вертикальная вальцовая мельница, предприятия могут превратить проблемный “шлак” в “сокровище”, приносящее прибыль.”

От добавок для цемента до добавок для бетона, от добычи ванадий-титановых сплавов до производства диоксида титана, от экологических адсорбционных материалов до низкоуглеродных цементных материалов — сферы применения ультрадисперсного порошка ванадий-титанового шлака становятся всё более разнообразными, а рыночный сегмент продолжает расширяться. Под влиянием поддержка со стороны государства, технический прогресс и рыночный спрос, отрасль по переработке ванадий-титанового шлака вступает в беспрецедентный «золотой век» развития.

Как для предприятий по производству стали, так и для предприятий по производству строительных материалов создание научно обоснованной линии по измельчению ванадио-титанового шлака — это не только неизбежный выбор для выполнения обязательств в области охраны окружающей среды но также стратегический шаг, направленный на сокращение затрат, повышение эффективности и открытие новых перспектив роста.