Способ переработки лейкоксенового концентрата
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
Комитет Российской Федерации по патентам и товарным знакам (21) 5003247/02 (22) 0307.91 (46) 15.10.93 Бюл. Мю 37 — 38 (71) Институт металлургии Уральского отделения
АН СССР (72) Алексеев Jl.Ô.. Берсенева А.М.; Ватолин НА.;
Дмитриев А.Н.; Леонтьев Л.И.; Пряхина ТА.;
Самойлова Г.Г; Сапожникова Т.В.; Ченцов А.В.; Шаврин С.В. (73) Институт металлургии Уральского отделения
PAH (54) СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ ЛЕЙКОКСЕНОВОГО КОНЦЕНТРАТА
pe) вгг и> гпонзгаг (51) 5 С22В34 И (57) Использование: неорганическая химия, цветная металлургия, производство пигментного диоксида титана из пейкоксеновых концентратов по сернокислотной технологии Сущность изобретения: при получении пигментного диоксида титана лейкоксеновый концентрат подвергали восстановительному обжигу при температуре 1200 — 1350 С в течение
20 — 150 мин Обожженный концентрат измельчают до крупности 75 мм и смешивают с концентрированной серной кислотой, нагревают до 200 С выдерживают при этой температуре 1,5 с последующим охлаждением и выщелачиванием. 1 табл
2001138 смеси до температуры 250-300 С, выдержку втечение двух часов при 280 С, охлаждение до 80"С продувкой воздухом и выщелачивание спека, Недостатком. этого способа является высокая температура разложения. которая по условиям стойкости оборудования не может быть реализована на имеющихся предприятиях. Кроме того проведение процесса в указанном интервале температур, близких к температуре кипения серной кислоты (330 С) связано с проблемой очистки отходящих газов оТ оксидов серы и паров кислоты. По этим причинам максимальная температура реакции рээложенил не должна п ревы ша ть 200-210 С, 45
Изобретение относится к производству пигментного диоксида титана из лейкоксеновых концентратов по сернокислотной технологии.
Сырьем для производства пигментного диоксида титана яВляются ильменитоВые концентраты (44-56 TIOz, 25-35 Fe); шлаки (65-70 TIOz. 5-12 FeO), выплавляемые в электропечах из титансодержащих руд (в том числе из нестандартных ильменитовых 10 концентратов), а также сфеновые (СаО ТIO2 S!Ог), перовскитовые (СаО TIO2) и лейкоксеновые концентраты (45-50 TIOz. 40-45 SION 1,5-3,0 Fe).
Эти материалы перерабатывают по способу, включающему иэмельчению концентрата, смешение с концентрированной серной кислотой, нагрев и разложение при температурах 180-200 С с последующим выщелачиванием образовавшегося спека.
Недостатком способа является очень низкая степень разложения лейкоксеновых концентратов серной кислотой (20-30 ), изза чего они практически не используются. несмотря на острый дефицит ильменитовых концентратов и шлаков. Между тем эти концентраты имеют ряд принципиальных преимуществ перед ильменитовыми: благодаря незначительному содержанию в них оксидов железа снимается проблема отходов железного купороса при одновременном уменьшении расхода серной кислоты на единицу диоксида титана теоретически в
1,3-1,5 раза. Кроме того, отношение Сг20з и
VzOg к Т 02 в лейкоксеновых концентратах меньше, чем в ильменитовых, соответственно в 5-10 и 1,5-2 раза, что должно положительно влиять на качество пигмента.
Известен способ получения диоксида титана из лейкоксенового концентрата, 40 включающий его размол, смешение с KQHцентрированной серной кислотой в массовом соотношении Т: Ж = 1,2:1,0, нагрев
Наиболее близким к предлагаемому пп технической сущности и дос игаемы л результатам является способ (прототип) переработки лейкоксенового концентрата, разработанный Коми научным центром УрО
АН СССР, согласно которому концентрат обжигают в окислительной атмосфере при температурах 600-700 С в течение 3-4 ч, охлаждают и размалывают до крупности менее 75 мкм. Далее с целью очистки от хромофорных примесей и фосфора, а также с целью повышения реакционной способности оксидов титана, обрабатывают 40-43 серной кислотой при Т:Ж = 1,5 и температуре 120-130 С в течение 6-8 ч. Затем концентрат сушат при 100-200 С, смешивают с концентрированной серной кислотой при
Т;Ж = 1,2:1, нагревают смесь до 270 С, выдерживают при этой температуре 10,5-2 ч, охлаждают и выщелачивают.
Способ по прототипу обеспечивает высокую степень разложения концентрата (до
98 ), но существенным его недостатком, несмотря на дополнительные по сравнению с аналогами операции (обжиг и обработка
40-43 серной кислотой) остается необходимость проведения основной стадии (разложение концентрированной серной кислотой) при температуре, неприемлемой по условиям экологии, и стойкости оборудования для существующих производств. Снижение же температуры до обычного уровня (180-200 С) сопровождается снижением степени разложения 20-30 . Объясняется это тем, что оксиды титана в лейкоксеновом концентрате находятся в форме рутила и анатаза, имеющих низкую реакционную способность, для компенсации чего и необходима высокая температура разложения.
Целью изобретения является устранение недостатка прототипа, а именнс улучшение экологии и условий работы оборудования за счет снижения температуры разложения.
Указанная цель достигается тем, что в известном способе переработки лейкоксенового концентрата, включающем его обжиг, измельчение, смешение с концентрированной серной кислотой. разложение и выщелачивание. концентрат подвергают восстановительному обжигу с выдержкой B интервале температур от 1200 до 1350 С в течение времени от 20 до 150 мин.
Способ осуществляют следующим образом. Исходный лейкоксеновый концентрат и измельченный до крупности 3 0 мм твердый в ос стан овител ь (ко к си к, н ест я ной кокс) загружают в аппарат для обжи а например, в наклонную вращающуюся и» II.. e которой с помо,цью гаэогорелочнь х л 1,ч;йств обес2001138
55 печивзют восстановительную атмосферу, для <его с>кигают топливо (например, природный газ) с коэффициентол избытка воздуха (а)меньше 1,0. Конкретное значение (1 подбирз<от экспериментально по условию обеспечения температуры концентрата на выходе из печи в пределах от 1250 до
1350"С. Скорость вращения печи(или время пребывания материалов в печи шахтного типа) подбирают экспериментально по условию обеспечения времени пребывания концентрата н районе температур от 1200 до 1350"С н пределах от 20 до 150 мин, Обожженный концентрат охлаждают в воде или в специальном агрегате, в котором поддерживают восстановительную атмосферу эз счет остаточного твердого восстановителя и использования, нзприл ер, части газов, отходящих из печи для обжига, Расход твердого восстановителя подбирают эксперименталь<«о по условию восстановления ру<илз (Т<О>) до аносонитз (730;,) при минимально возможном содержании углерода B охлажденном концентрате. Затем концентрат pàэмалываioT, сMåøènýþò с концентрировзнHой сер<ной кислотой при Т:Ж = 1,2:1, нагревают смесь до 180-200 С. выдерживают при этой температуре 1.5-2 <, охлаждают и выщелачинзют.
Указанные пределы температуры и времени восстановительного обжига взаимозависимы. Нижний предел температуры (1200 С) обосновывается тем, что удовлетворительную степень разложе«ия лейкоксенового концентрата (<85%) удается получить только при времени обжига 150 и более минут, Поэтому дальнеишее снижение температуры и соответствующее увеличение времени нецелесообразно из-за прогрессирующего уменьшения производительности агрегата для обжига. Верхний предел (1350 С) обосновывается тем, что при дальнейшем повышении температуры концентрат спекзется и повышаются э«ергетические затраты, в том числе и расход твердого восстановителя (из-за повышения tL и скорости взаимодействия твердого углерода о газовой фазой). Время на обжиг при этой температуре может быть уменьше«о до 20 мин.
Таким обрззол,, сущность предлагаемого изобретения состоит в том, что лейкоксеновый концентрат подвергают восстановительному обжигу, при которол< высшие оксиды титана восстзнзнливз<отся до аносовита, решетка которо о. будучи более дефектной, является и более р<;<кционноспособной.
Пример ы осуществления.
Способ <«рпн р ii v, лаборз<орнь<х условиях применител«о к лейкоксеновому кон5
45 центрэту Ярегского месторождения с л<зссовой долей.%: Т10р 48,0, 3102 40,7, FeO 2,5, А1 Оз 2,4, MgO 0,5, СаО 0,28. МпО 0.0-1, Р О„
0,15 ЧгОь 0,10.
Кроме того, исходный концентрат содержал (после флотации и экстрзкции) 2,3% нефти, Указанный концентрат подвергали восстановительному обжигу в грзфитоном тигле, который помещали в угольную печь сопротивления, Восстановительная атмосфера создавалась за счет графита тигля, стенок печи и нефти, содержащейся в
Koнцентрате, Обожженный концентра измельчзли до крупности менее 75 мкл<, сл ешивэли с концентрированной серной кислотой при Т:Ж =- 1,2:1, нагревали до
200 С, выдерживали при этой температуре
1,5 ч, охлаждали, выщелачивзли водой и по выходу диоксида титана определяли степень разложения концентрата. Результаты опы он приведены в таблице, из которой видно, что минимальная температура, начиная с которой наблюдается резкое повышение реакционной способности концентрата, составляет 1200 С, à оптималь<«о;е время обжига при этой температуре — 150 r ин, тэк кзк дзльнейшее ego увеличение практически н» дает эффекта. По леере повышения температуры степень разложе«ия кочцентрата повышается, а оптимальное время обжига уменьшается. При 1350"С и времени обжига 20 минут степень рэзложе«ия уже превышает 80%, что и позволяе< указать это время в качестве нижнего предела.
Таким образом, предлэгземь<й способ переработки лейкоксеновых концентратов обеспечивает возможность полу «ения из них пигментного диоксида титана при достаточно высоком извлечении (до 98 "у,) н условиях действу<ощих производств. Тем самь<л< решается проблема сырьевой базы пигментной промыLUленi Авторское свидетельство СССР N. 235883, кл. С 22 В 34/12. опублик, 24.01.69, БИ, 1969, N 6. Конык О,А., Попова Н.А., Глокмзч 1О.И., Белых Г.Г. Технико-экономические основы комплексной переработки лейкоксеноного сь<рья, Коми научный центр. Серия и репринтов сообщений "Научные рекомендации - народному хозяйству", выпуск 85, Сыктывкар, 1990, с. 48. 200»38 Результаты опытов по разложению Ярегского концентрата 1ч. опыта Условия восстановитель- Фазовыйсостав пробы послеобжиСтепень разложения, ф, ного обжига га температувремя, мин ра, С 1 (прототип) Сагенитовая структура зерен. Состав; кварц, рутил, анатаэ 97,6 2 (аналог) 25,6 1100 Начало образования фазы магнели (Т1 6011) Замещение рутила фазой магнели 26,0 1200 53,9 59,2 1200 Одновременное присутствие Т16011 и анОСОвита (TI30g) Содержание аносовита преобладает над фазой магнели 67,8 1200 88.0 1200 120 1200 150 180 1200 1300 10 См.on. 6. Появляется кристобалит См.on, 7 1300 1300 12 Исчезает фаза Магнели, присутствуют кварц и кристобалит 1300 60 1300 90,2 1300 89,6 1350 70,4 1350 1350 19 1350 1350 +В опыте йт 1 температура разложения 270 С. в остальных 200 С ты оборудования за счет снижения температуры разложения, перед измельчением концентрат подвергают восстановительному обжигу при температурах в пределах от 1200 до 1350 С в течение времени 20 - 150 мин. Формула изобретения СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ ЛЕИКОКСЕНОВОГО KOHцентРАТА, включающий обжиг, измельче. ние. смешение с концентрированной серной кислотой, разложение и выщелачивание, отличающийся тем, что, с целью улучшения экологии и условий рвбо88,9 89,1 . 57,0 58,9 61,0 83,3 81,0 90,3 98,5! 94,1
