0 前言

钒钛磁铁矿是一种多金属共生的复合矿，其中共生有铁、钛、钒、铬、镓、

钪、钴、镍、铜、铂族元素等多种有用元素。攀西地区钒钛磁铁矿中的钛和钒的储量在全世界占有重要地位。钒、钛是非常重要的战略金属，钒能够显著改善钢的性能，是生产高强钢不可或缺的重要元素。钛具有比强度高、耐腐蚀性好、使用温度范围大、性能可调性好等优点，被广泛应用于航天与航海中。中国近来在科技领域所取得的重大成就，即以天宫一号为代表的航天科技、以蛟龙号在太平洋进行的7000 米深的潜水试验为代表的海洋科技的发展，都离不开钛。钛合金是生产大飞机、航天器、军舰和潜艇等关系国家科技事业发展和国家军事安全的重要材料。据统计，中国目前年消耗钛精矿500万t左右，每年进口的钛矿总量超过220万t，占中国需求量的40%以上。虽然中国是钛资源储量大国，但攀西地区的钒钛磁铁矿因为成分复杂，难选难冶炼，致使攀西地区钒钛磁铁矿的资源综合利用率低（钛的利用率只有17%左右），需要国家组织有关科研院所和高校的科研人员，继续开展科技攻关，使中国钒钛磁铁矿资源综合利用水平得以大幅度提高，使攀西地区的优势钒钛磁铁矿资源为国家的发展做出更大的贡献。

由于钒钛磁铁矿资源是中国的优势资源，钒、钛又是非常重要的战略金属，2012年8月初，国家发改委发布的《钒钛资源综合利用和产业发展“十二五”规划》，明确了将重点开发攀西地区钒钛磁铁矿资源，建设攀西国家级战略资源创新开发试验区。为此，本报告特对攀西钒钛磁铁矿优劣势分析、钒和钛的利用及回收途径、攀枝花钛资源的利用前景等方面做相关阐述，以期为省经信委制定相关规划及政策提供科学依据和参考建议。

1 钒钛磁铁矿概述

钒钛磁铁矿是一种多金属元素共生的复合矿，是以含铁、钒、钛为主的共生磁性铁矿石。由于其铁钛紧密共生，绝大部分钒与铁矿物以类质同象赋存于钛磁铁矿中，因此，这种矿石通常称为钒钛磁铁矿。钒钛磁铁矿属岩浆型铁矿床，主要矿石矿物是钛磁铁矿、铁尖晶石及磁铁矿、钛铁矿、赤铁矿等。

钒钛磁铁矿主要生成于基性或超基性岩体中，其中含有90 多种矿物，主要是铁、钛、钒的氧化物和各种硅酸盐矿物，还有少量的硫、砷化合物，磷酸盐矿物等。常见的有价矿物主要为钛磁铁矿和钛铁矿，此外还有少量的磁铁矿、赤铁矿和硫化物等。钒钛磁铁矿中一般含TFe为10%～50%，TiO₂为1%～15%，V₂O₅ 为0.1%～2%。

1.1  国外钒钛磁铁矿资源现状

1.1.1 国外钒钛磁铁矿资源储量及分布

从国外钒钛磁铁矿的分布情况来看，主要集中在南非、俄罗斯、澳大利亚、加拿大、芬兰、挪威等国家。这些国家的钒钛磁铁矿储量占全球总量的

南非钒钛磁铁矿属低钛、高钒型钒钛磁铁矿矿，主要集中分布于德兰士瓦（Transvaal）东部的布什维尔德（Bushveld）杂岩中。其钒以固溶体形式存在于磁铁矿－钛铁晶石中，品位稳定，基础储量为1200万t，占世界钒总基础储量的31%，目前居世界第一位。钛则主要以固溶体存在于富钛磁铁矿相中。值得一提的是马波茨（Mapochs）矿山，它是南非极具代表性的钒钛磁铁矿矿山，露天矿储量达2亿t以上，矿石含V₂O₅ 1.4%~1.9%、Fe 44%~57%、TiO₂ 9.7%~13%，Cr₂O₃ 0.15%~0.6%，SiO₂ 1.0%~1.8%，A1₂O₃ 2.5%~3.5%。

俄罗斯钒钛磁铁矿有低钛型和高钛型两种，拥有全球约50%的钒钛磁铁矿储量，已发现的40多个钛磁铁矿矿床，主要矿物是钛磁铁矿、钛铁矿，有的矿点是钙钛矿和磁铁矿，矿物构成从带有钛铁矿、钛磁铁矿的钛磁铁矿逐渐变为带有磁铁矿、钛磁铁矿的钛铁矿。俄罗斯钒钛磁铁矿实现了铁、钒、钛的全面回收利用。

澳大利亚最大的钒钛磁铁矿Balla Balla储量约65700万t，其中TiO₂14%，V₂O₅ 0.64%；其次为Unaly Hill矿山，拥有约18000万t的储量，矿石含V₂O₅ 0.69%~0.9%、Fe 30%~44%、TiO₂ 9.0%~13%，此外还有6个储量较小的矿山。

加拿大的钒钛磁铁矿矿石主要分布于马格皮、摩林、拉克圣乔等几个矿床，其典型化学成分为（以魁北克省七星岛东北部的马格皮矿床为代表）：FeO 20.6%、Fe₂O₃ 36.1%、TFe 46.3%、TiO₂ 12.0%、Al₂O₃ 9.7%、V₂O₅ 0.4%、CaO 0.3%、S 0.06%，MgO 5.3%，其钒以固溶体形式存在于磁铁矿中。钒钛磁铁矿综合利用利用了钒、钛、铁和铬。其中，钒和铬采用炼钢前吹炼钒铬渣的方法回收。

芬兰钒钛磁铁矿（高钛、低钒型）主要有奥坦马基和木斯塔瓦拉两个重要矿床。奥坦马基矿石主要为颗粒状致密矿石，矿石的矿物成分主要为钛铁矿及磁铁矿，平均TFe 35％~40%、TiO₂ 13%、V₂O₅ 0.38%；木斯塔瓦拉矿为钛磁铁矿，该矿石中TFe/TiO₂为8%~9%，TiO₂ 4%~8%，V₂O₅约1.6%。奥坦马基钒钛磁铁矿开发研究较早，早在1954年就已研究其选矿及铁、钛 、钒的回收工艺，并投入了生产，主要回收利用铁、钛，木斯塔瓦拉开发利用较晚，主要回收利用钒。

挪威的钒钛磁铁矿主要是特尔尼斯矿和勒德萨德矿，以利用铁、钛为主，并且浮选出含Cu、Ni的硫化精矿，实现了这两种元素的利用，挪威是欧洲主要的钛矿石生产国。

1.1.2 国外钒钛磁铁矿资源特点

（1）钒钛磁铁矿资源集中在少数国家和地区，集中度高。俄罗斯、南非、澳大利亚和加拿大这4个国家的钒钛磁铁矿石占世界总储量的约45%。

（2）从矿石质量看南半球富矿多，北半球富矿少，但北半球储量多。南半球的钒钛磁铁矿大致可分为高钒型和高钛型。其中，高钒型以南非的马波茨（Mapochs）矿为代表，该矿石含V₂O₅为1.4%～1.9%，Fe为44%～57%，TiO₂为9.7%～13%；高钛型以澳大利亚的巴里摩尔（Barrambie）矿为代表，该矿石含V₂O₅为0.63%，Fe为32.2%，TiO₂为22.12%。

1.2我国钒钛磁铁矿资源储量及分布

我国钒钛磁铁矿床分布广泛，储量丰富。截止2012年底，我国共查明钒钛磁铁矿的矿资源储量约201.9亿t、TiO₂资源量约13.47亿t、V₂O₅资源量3175万t；其中工业矿石（TFe≥20%）资源量中的矿石资源量约125亿t、TiO₂资源量约10.9亿t、V₂O₅资源量2674万t。我国钒钛磁铁矿资源储量及分布见表1。

表1  我国钒钛磁铁矿资源储量及分布  万t

1.2.1 承德地区钒钛磁铁矿资源储量及分布

承德地区高低品位钒钛磁铁矿储量及分布情况见表2和表3。可以看出，承德地区作为我国钒钛磁铁矿储量第二大地区，高品位钒钛磁铁矿共计24968万t，而低品位钒钛磁铁矿约为344545万t，且低品位矿中的钒含量极少。

表2 承德地区高品位钒钛磁铁矿资源储量及分布  万t

表3  承德地区低品位钒钛磁铁矿资源储量及分布  万t

注：数据来源于河北国土资源厅

1.2.2 攀西地区钒钛磁铁矿资源储量及分布

攀西地区是中国最大的钒钛磁铁矿资源基地。主要集中分布在四川攀枝花和西昌地区200公里的范围内，由南往北有攀枝花、白马、红格和西昌太和四大矿区。四大矿区及其外围共查明大、中型矿床20处（其中大型矿床10处、中型矿床10处），查明铁矿石资源/储量153.38亿t，TiO₂资源量12.86亿t；V₂O₅资源量3084万t；其中工业矿石（TFe≥20%）资源储量中的矿石资源量116.22亿t，占全国钒钛磁铁矿工业矿石资源量的92.96%，TiO₂资源量10.34亿t，V₂O₅资源量2587万t。因此，选取攀西钒钛磁铁矿资源进行分析具有一定的代表性。

1.2.3 攀西钒钛磁铁矿资源特点

攀西钒钛磁铁共生矿含有14种有价元素。作为铁矿石资源，是贫铁矿；作为钛矿石资源，其品质远不如砂矿资源，在国外基本不作为钛资源统计。攀钢通过半个多世纪连续不断开发，在我国将钒钛磁铁矿中的51% Ti0₂开发为可利用的钛资源，并实现了大规模、产业化利用，已成为支撑我国钒钛产业发展的资源基础。

1.2.3.1 攀西钒钛磁铁矿的优势

（1）储量巨大、分布集中、埋藏浅且开采条件优越（为露天开采）；

（2）综合利用价值高。攀西钒钛磁铁矿中除铁、钒、钛外，还含有铬、钴、镍、镓等多种稀贵金属，属典型的多金属共生矿床。其中，攀枝花红格南矿区属于高铬型钒钛磁铁矿，仅该矿区的铬储量就达36亿t；

（3）该地区钛产品品质最多，且钒产量位居全球第二，这对国家战略安全意义重大。

1.2.3.2 攀西钒钛磁铁矿的劣势

（1）含铁品位低。从钒钛磁铁矿中选铁获得的铁精矿中钛含量高（10%~12%），不利于提高铁精矿品质，因此，精矿品质不如普通铁矿；

（2）丰而不富。该钒钛磁铁矿含有价元素多，但可作为资源利用的少。按我国现行矿产资源评价标准，钒钛磁铁矿中除铁、钛是资源外，钒达到综合利用标准。其余有价元素只能在工业利用铁、钛的现有流程中出现富集时，才可能考虑综合利用；

（3）难选难分离。钒钛磁铁矿由钛铁矿和钛磁铁矿组成钛铁混合矿石，而钒则以类质同象赋存于钛磁铁矿中。钒钛磁铁矿中的钛铁矿因其嵌布粒度细，须采用重、电、磁、浮全套选矿技术方可选出；钛铁晶石粒度极细并以网络状镶嵌，用机械选矿方法难以单体分离，造成了选矿成本的增加。不仅如此，依照现有技术只能将钒钛磁铁矿中含TiO₂约51%的粒状钛铁矿通过选矿流程分离获得，这也造成了资源的浪费；

（4）Ca、Mg含量高。从钒钛磁铁矿选出的钛精矿中Ca、Mg 合量达5%～8%，难以作为沸腾氯化原料；而铁精矿在高炉冶炼中，由于铁品位低和TiO₂含量高（10%~12%），导致冶炼难度极大；

（5）外部环境：交通不便，造成运输成本高，可能会限制企业自身发展。

因此，攀西钒钛磁铁矿较之普通矿而言是一种多元素致密共生，难选难分离的特殊矿种。攀钢在现有技术经济条件下，目前仅产业化回收利用了铁、钒、钛和钴这四种元素，回收率均不够高。其中，铁、钒、钛三大资源利用率分别为70%（原矿到生铁）、41%（原矿到氧化钒）和17%（原矿到钛精矿），钴的利用率为13%，一些稀缺金属如铬、钪、镓等还未得到产业化利用。

2 钒钛磁铁矿中钒资源概述

2.1 钒钛磁铁矿作为钒资源储量

钒主要和一些金属矿共生，已找到含钒矿物有65 种。以储量计，世界98.6%的钒都产于钒钛磁铁矿（未统计中国的石煤中的钒资源）。其中，国外有97.6%的钒产于钒钛磁铁矿；实际生产的钒中，83.3%来源于钒钛磁铁矿，国外为73%。2013 年，美国地质调查局产品概览（Mineral Commodity Summaries）公布全世界钒资源储量为2428.81万t V₂O₅，2012年的产量为11.19万t V₂O₅，相关内容见表4。目前，中国的钒储量居世界第一，俄罗斯和南非分列第二和第三。

  表4  美国地质调查局2012年世界钒储量及产量（V₂O₅计）

注：数据来源于2013 年美国USGS。W：保密，NA：不能得到，以上不包括中国独特的石煤资源，以及俄罗斯远东地区等新发现的钒磁铁矿资源。

2.2 钒资源提取

在自然界中，钒很难以单一体存在，主要与其它矿物形成共生矿或复合矿，主要有钒钛磁铁矿、钾钒铀矿（美国等地是这种矿物的主要产地）和石油伴生矿（这种矿寄生在原油中）3种。现已探明的钒资源储量绝大多数赋存于钒钛磁铁矿中。钒钛磁铁矿提钒工艺见图1。

图1 钒钛磁铁矿提钒工艺流程图

2.3 钒产品简介

钒是一种高熔点难熔稀有金属，作为重要的战略资源被称为“现代工业的味精”，广泛应用于钢铁、化工、航空航天等领域。

钒产品的主要原料有钒钛磁铁矿、石油灰渣、废钒触媒、铝土矿和石煤等。钒产品的主要形式为五氧化二钒、三氧化二钒、钒铁（80钒铁和50钒铁）和氮化钒。其中，五氧化二钒和三氧化二钒是制取诸如钒铁、氮化钒和碳化钒等后续钒制品的主要原料。钒产品的产品等级可分为初级、二级和三级产品。初级产品包括含钒矿物，如精矿、钒渣、报废的石油精炼的废催化剂，报废的触媒及其它残渣。二级产品包括五氧化二钒，也可以是一种可用的工业产品，即生产硫酸的触媒和生产石油精炼用的催化剂。三级产品包括钒铁、钒氮合金、钒铝合金、钼钒铝合金、硅锰钒铁合金及钒化合物，其中钒铁是最重要的钒材料，它占钒消费量的85%。主要的钒产品见图2。

图2 主要的钒产品

2.4 钒资源的利用途径

钒是一种重要的合金元素，目前主要用于钢铁工业。含钒钢具有强度高，韧性大，耐磨性好等优点，因而广泛应用于机械、汽车、造船、铁路、航空、桥梁、电子技术、国防工业等行业，其用量约占钒消耗量的85%，钢铁行业的用量在钒的用途中占最大比重。钢铁行业的需求直接影响到钒市场行情。大约有10%的钒用于生产航天工业所需的钛合金。钒在钛合金中可以作为稳定剂和强化剂，使钛合金具有很好的延展性和可塑性。此外，钒除在化学工业中主要作为催化剂和着色剂外，还被用于生产全钒液流电池。

2.4.1 钢铁行业

85%左右的金属钒是以钒铁和钒氮合金的形式被添加于钢铁生产中，以提高钢的强度、韧性、延展性和耐热性。含钒的高强度合金钢广泛应用于输油/气管道、建筑、桥梁、钢轨等生产建设中。含钒高强度合金钢主要有：高强度低合金（HSLA）钢（综合）、HSLA钢板、HSLA型钢、HSLA带钢、先进高强度带钢、建筑用螺纹钢筋、高碳钢线材、钢轨、工具和模具钢等。

值得一提的是，我国住建部和工信部联合出台的《关于加快应用高强钢筋的指导意见》中明确规定了于2013年底淘汰在建筑工程中用335Mpa螺纹钢筋，在应用400MPa级螺纹钢筋为主的基础上，对大型高层建筑和大跨度公共建筑优先采用500MPa级螺纹钢筋。由于在高强钢筋中需要加入钒和钛等元素以提高其性能，这对于在钢铁行业增加钒的用量无疑是一个机遇。

2.4.2 航天工业

大约有8%~10%的金属钒以钛-铝-钒合金的形式被用于航天工业，如飞机发动机、宇航船舱骨架、导弹、蒸汽轮机叶片、火箭发动机壳等方面。此外钒合金还应用于磁性材料、硬质合金、超导材料及核反应堆材料等领域。

2.4.3 化工行业

在化工领域中，钒主要用于制造硫酸和硫化橡胶的催化剂，也用于抑制发电厂中产生氧化亚氮。其它化工钒制品则主要用于催化剂、陶瓷、玻璃着色剂、显影剂、干燥剂等方面。

2.4.4 新能源领域——全钒液流电池

2.4.4.1 简介

全钒液流电池（Vanadium Redox Battery，缩写为RVB）是一种新型清洁能源存储装置，其研究始于20世纪80年代的澳大利亚新南威尔士大学。在美国、日本、澳大利亚等国家有应用验证，与其它化学电源相比，钒电池具有功率大、容量大、效率高、寿命长、响应速度快、可瞬间充电、安全性高和成本低等明显的优越性，被认为是太阳能、风能发电装置配套储能设备、电动汽车供电、应急电源系统、电站储能调峰、再生能源并网发电、城市电网储能、远程供电、UPS系统等领域的优先选择。

2.4.4.2 工作原理

全钒液流电池是一种新型储能和高效转化装置，将不同价态的钒离子溶液分别作为正极和负极的活性物质，分别储存在各自的电解液储罐中，通过外接泵把电解液泵入电池堆体内，使其在不同的储液罐和半电池的闭合回路中循环流动，采用离子交换膜作为电池组的隔膜，电解质溶液平行流过电极表面并发生电化学反应，通过双电极板收集和传导电流，使存储在溶液中的化学能转化为电能。这个可逆的反应过程使钒电池可顺利完成充电、放电和再充电。全钒液流电池工作原理见图3。

图3 全钒液流电池工作原理

2.4.4.3 全钒液流电池发展现状

近年来钒电池发展迅猛，其中普能公司、大连融科、华鼎储能、日本住友等企业已销售了十多套MW级钒电池。据悉，普能公司中标张北国家风光储输示范项目，为风光储输示范项目一期工程提供了规模为8MWh的全钒液流电池系统。从目前钒电池生产情况来看，1GW需要5万tV₂O₅，这对于钒的用量增长及整个钒产业来说是一个很好的机会。但也要清晰地看到现存的问题，即由于钒电池所用的电解液是通过高纯氧化钒制备而成，在成本方面费用非常高，还迫切需要开发出低成本高浓度的钒电解液生产工艺。

3 钒钛磁铁矿中钛资源概述

钛是地壳中分布最广和丰度较高的元素之一，被称为是继“铁、铝之后处于发展中的第三金属”。钛具有强烈亲氧性，在自然界中多以氧化物或钛酸盐的形式存在，且常与铁共生。目前，已发现的钛矿物（TiO₂＞1%）有140多种。，我国钛资源储量世界第一，约占全球总储量的30%，但绝大多数的钛资源是以原生钒钛磁铁矿形式赋存。

3.1 钒钛磁铁矿作为钛资源储量

世界钛资源主要是钛铁矿型和金红石型，其中钛铁矿中的钛占钛资源的92%。钛铁矿型资源中又分为岩矿类和砂矿类。钒钛磁铁矿则属岩矿类钛铁矿中的特殊部分，所以有些文献，尤其是西方一些文献也简单地称钒钛磁铁矿为岩矿钛铁矿。目前开采钒钛磁铁矿作为钛资源利用的国家有加拿大、挪威、中国。

2013 年，美国地质调查局产品概览（同上）公布全世界钛铁矿（砂矿和岩矿）资源储量为6.5亿t TiO₂，2012产量为617万t TiO₂（见表5）。

 表5  美国地质调查局2012年世界钛铁矿（岩矿和砂矿）储量及产量统计（TiO₂）

注：来源于2013 年美国USGS； NA：不能得到

3.2 钛产品简介

钛作为重要的战略金属，可用于航空航天、舰船、军工、冶金、化工、机械、电力、海水淡化、交通运输、轻工、环境保护、医疗器械等领域。

钛产品主要包括钛原料（钛精矿、钛渣）、钛白粉、海绵钛及钛加工材。

3.3 钛资源的回收利用

随着现代工业钛需求量的不断增加，钛的回收问题也不断受到重视。各地矿石性质的差异决定了选钛指标的差异，而这种差异同时也体现于TiO₂在钛铁矿中的分布率（即理论回收率）方面。不同矿区的入选粒度与分选指标见表6。可以看出，由于矿石性质的不同，钛回收率也不尽相同。这里选取钒钛磁铁矿作为代表进行分析。

表6 不同矿区的入选粒度与分选指标

注：*1989年小型试验指标，其余为扩大试验指标

3.3.1钒钛磁铁矿的选钛回收工艺

攀西地区钛资源储量占世界钛资源的35%，中国钛资源的90%，因此攀西地区钛资源利用率的好坏，直接关系到中国钛资源综合利用水平的高低。目前攀

西地区都是用钒钛磁铁矿选铁尾矿作为选钛原料，选钛回收工艺根据各个选钛厂

自身情况选择以下一种或两种工艺：

第一种：螺旋溜槽粗选+摇床精选工艺（小型民营企业）；

第二种：螺旋粗选+干式强磁选工艺（或电选工艺）+浮选（安宁铁钛）；

第三种：二段强磁+浮选工艺（攀钢密地选矿厂、龙蟒红格选矿厂）；

第四种：强磁+重选+浮选工艺（白马选矿厂设计工艺，还未建成）。

通过对以上四种工艺调查，“第三种工艺是分选钛铁矿最为典型的工艺，大

型选矿厂普遍使用，其它则根据各厂情况选择使用。

3.3.2 钒钛磁铁矿中钛资源的回收途径

由钒钛磁铁矿中提钛形成的钛产业主要包括钛原料、钛白和金属钛三大产业。其中钛原料形成的产品有钛精矿、钛渣、UGS、人造金红石、天然金红石等，具体产业链如图4所示。

图4  从钒钛磁铁矿中生产钛原料的工艺流程链图

钛白产业形成的产品主要有颜料钛白、高纯钛白、特种钛白、纳米钛白、钛氧化物基功能材料等。考虑到产业链延伸，将钛白基涂料、氧化钛薄膜电池等也列入该产业链，具体产业链如图5所示。

图5 钛白生产产业链图

金属钛产业主要有Kroll法生产海绵钛和铝热法生产钛合金法两大产业，具体见图6。

图6 金属钛产业链图

4 攀枝花钛资源在航空航天级领域的利用前景

从长远来看，攀枝花的钛资源能够做到航空航天级利用，并且也是一定会做到这一级别。从目前来看，攀枝花的钛资源还未涉及航空航天级领域，但攀钢也已在宇航级的钒铝合金方面开展了相关工作。

攀枝花钛资源目前还未涉及航空航天领域的主要原因如下：

（1）攀枝花钛资源的特殊性致使企业需投入较多资金进行技术研发、装备配套等，加之研发周期长、人力资源紧缺，这对于企业，尤其是攀钢目前的经营状况来说具有很大困难；

（2）针对航空航天级这一有限领域，不仅每年的钛材用量有限，而且在这一领域已形成了固有的供销关系，企业要想快速进入该领域并能分一杯羹也非易事；

（3）国外对航空航天级钛产品的生产和检测标准均实行严格封锁，国内也未有先进的相关经验可以借鉴，目前若盲目生产，只会对企业造成更大损失。

总之，航空航天级领域的钛产品范围较小，且已在该领域占有一定市场份额的企业也不会轻易退出，加之生产标准和检测标准的封锁，这使得外部企业要再想挤入并分占一定市场份额有很大难度。针对此种情况，攀钢目前正在紧盯海洋领域，工艺技术上在防腐及钛钢复合板的焊接方面还在做进一步的探索及改进。以期先将钛资源拓展到海洋领域之后再转入航空航天级产品的开发。