钒、钛是世界公认的重要战略资源,是国民经济发展和国家安全的重要物质保障,广泛应用于冶金化工、航空航天、国防军事等领域。钒钛磁铁矿作为钒钛资源的重要载体,其广泛遍布于我国的攀西、承德、汉中、襄阳等地,其远景储量丰富,仅攀西地区就超过100亿吨。由于钒钛磁铁矿“贫”、“细”、“散”、“杂”的特点,使得该矿在传统高炉冶炼中铁与钒、钛的综合利用率低下,造成了严重的资源浪费和环境污染。针对当前钒钛磁铁矿冶金流程资源利用率低、环境负荷高等核心问题,本文提出了钒钛磁铁矿金属化还原-选分新工艺。通过原料特性分析,研究了钒钛磁铁矿的化学组成、物相组成、矿物嵌布特征。基于原料特性分析,制定了金属化还原-选分新工艺的实验研究方案。通过实验,研究了磁场强度、还原温度、还原时间、配碳比、还原煤粒度等工艺参数对新工艺指标的影响规律,并将选分产物在高温碳管炉内熔分,与“高炉法”做对比,考察了新工艺的可行性。在此基础上,本文进一步研究了钒钛磁铁矿碳热还原过程中含铁矿物的相变历程。通过本研究,可以得出以下结论：(1)钒钛磁铁矿主要由钛铁矿和钛磁铁矿等矿物组成,其矿相结构复杂,颗粒嵌布细。矿物稀散分布于数种不同特性的矿物中,难以用常规方法实现其铁与钒钛的有效分离；(2)金属化还原-选分新工艺可以实现钒钛磁铁矿中铁钒钛元素的高效综合利用,获得高品位的含钒铁粉和富钛渣；当配碳比为1.0、还原煤粒度为-75μm、还原温度为1350℃、还原时间为60min、磁场强度为50mT时,可获得较优的工艺指标：选分产物中铁品位86.56%、金属化率96.18%、铁的收得率97.48%、钒的收得率75.68%；尾矿中TiO2的品位为55.39%,TiO2的收得率为80.08%；(3)新工艺得到的选分产物为金属化率高的含钒铁粉,在低配碳电热熔分后可获得优质铁块和含钒渣,实现了铁与钒的有效分离,整个工艺中铁的收得率为95.07%,钒的收得率为71.6%；(4)钒钛磁铁矿碳热还原含铁物相的还原历程为：Fe2O3→Fe3O4→FeO→Fe; Fe2TiO5→Fe2TiO4→FeTiO3→FeTi2O5。