引言 钛主要用于生产钛白和钛海绵。钛白广泛应用于建筑、塑料和涂料领域，而钛海绵则是制造航空发动机部件、高温结构零件和人工关节等精密制品的重要原料[1]、[2]、[3]。随着市场对含钛基础原料和高纯度钛产品需求的持续增长，以及钛的战略价值日益凸显，确保钛产品的稳定供应已成为资源开采领域的重要问题。 钛资源主要来自钛铁矿和金红石，其中钛铁矿约占储量的90%。值得注意的是，钛铁矿主要是从钒钛磁铁矿（VTM）中分离铁的过程中产生的副产品。由于VTM中钛和铁在原子尺度上的紧密共生和晶格关联，从铁分离过程中获得的富铁精矿仍含有大量钛。随着高品位天然金红石资源的逐渐枯竭，从VTM中回收钛的潜力变得愈发重要。在全球绿色低碳转型的背景下，钛提取技术必须同时满足日益严格的环境法规要求，并保持经济可行性[4]、[5]。在各种含钛资源中，VTM是最丰富但提取难度最大的原料之一。因此，开发高效的VTM及其衍生渣料的分离和回收策略已成为该领域的研究重点。 作为最具代表性的含钛资源，VTM是一种多金属矿物，其中铁、钒、钛等元素共生共存，既是重要的铁来源，也是战略钒和钛金属的主要载体。如图1(a)所示，全球钛铁矿资源主要分布在中国、南非、俄罗斯、澳大利亚等地[6]。鉴于钛资源与钒钛磁铁矿之间的密切关系，这些国家也拥有丰富的VTM矿床。从矿物学角度来看，“钒钛磁铁矿”是指以磁铁矿和钛铁矿为主要结晶相的特定矿石类型，伴有长石和辉石等脉石矿物。结构上，Fe3+阳离子常被Ti4+或V3+通过同晶替代，形成含有钒和钛的磁铁矿固溶体。钛铁矿通常以细小颗粒的形式分散存在，导致铁和钛在原子尺度上的共生，给矿物加工和冶金分离带来根本性挑战。传统矿物加工方法可将原矿分离为VTM精矿和含钛尾矿，分别用于铁冶炼和钛回收。近年来，对VTM资源综合利用的研究兴趣持续增加。图1(b)展示了2010–2024年间Web of Science上以“Titanium resource”和“Titanium magnetite”为关键词的论文发表趋势，显示出该领域已成为国际研究热点。
为了进一步揭示研究重点，本文基于Web of Science上1000篇相关论文的关键词共现分析，绘制了图2(a)。高频出现的关键词“magnetite”、“iron”和“TiO2”表明矿石解离和Ti-Fe分离仍是基本研究主题；如图2(b)所示，姜涛、吕学伟和薛向新等研究人员在该领域做出了重要贡献。关键词分布表明，VTM提取的基本挑战在于分解磁铁矿晶格并实现有效的Ti-Fe分离，主要技术路线包括火法冶金还原和湿法冶金处理。高炉工艺是目前唯一实现VTM大规模工业加工的炼铁技术，但其钛回收率极低，且能耗高、污染严重[7]、[8]。为提高钛资源利用率，非高炉冶炼技术受到了广泛关注[9]、[10]、[11]。然而，这些方法获得的钛产品通常品位低、杂质含量高，无法满足高纯度钛颜料的要求。受钛氧化物还原热力学的限制，直接还原途径在实现有效Ti-Fe分离方面仍面临困难，精确控制还原温度和金属化程度进一步阻碍了商业化应用。湿法冶金技术因能耗低、适应复杂低品位矿石能力强以及金属回收率高等优点而显示出潜力[12]、[13]、[14]、[15]、[16]。然而，钛铁的共生特性导致分离过程漫长且能耗持续较高。为了强化反应，通常需要焙烧和球磨等预处理方法[17]、[18]、[19]、[20]、[21]，这不仅增加了能耗，还可能引入杂质，加重后续处理负担。因此，选择VTM处理路线时必须平衡目标产品、经济效益和环境影响。遗憾的是，当前工业实践仍以铁回收为主，大部分钛资源被废弃在渣料中，导致战略金属的严重损失，亟需技术创新以实现高效提取。
