Способ обогащения лейкоксенового концентрата

 

Изобретение относится к способу обогащения лейкоксенового концентрата, включающему его помол и последующий обжиг. Сущность: в сырье добавляют углерод в количестве 3 - 11 мас.%, перемешивают и формируют брикеты путем прессования, обжиг брикетов ведут в вакууме при температуре 1300 - 1500^oC, при этом удаляется газообразное соединение кремния SiO.

Изобретение относится к способам получения оксидов титана из титансодержащего минерального сырья, в частности из 50%-ного лейкоксенового концентрата нефтетитанового месторождения Республики Коми, и может быть использовано при производстве титансодержащих керамических материалов с регулируемыми электрическими свойствами.

Повышение содержания TiO₂ в лейкоксеновых концентратах традиционно проводится путем кислотного или щелочного растворения SiO₂.

Известен способ получения пигментной TiO₂ из раствора Ti₂(SO₄)₃, полученного при разложении лейкоксенового концентрата серной кислотой путем его упаривания до содержания TiO₂ - 240 250 г/л и pH 1,8 1,85, восстановления в нем Fe(III) с помощью железной стружки. После введения зародышевого золя производят гидролиз при кипячении. По окончании гидролиза образовавшуюся пульпу фильтруют, просеивают и прокаливают при 900 1000^oC в течение 8 часов.

Известен способ, по которому лейкоксеновый концентрат прокаливается при температуре 800 900^oC с добавкой фосфорной кислоты, а затем обрабатывается кипящим n-бутанолом и выщелачивается разбавленной серной кислотой при температуре 60 180^oC при повышенном давлении.

Недостатками этих способов получения TiO₂ является большой расход химических реагентов и необходимость утилизации отходов.

В качестве прототипа выбрана обжигмагнитная схема обогащения, включающая восстановительный обжиг лейкоксенсодержащих руд при 1150^oC и последующая сухая магнитная сепарация, но которая не позволяет уменьшить содержание кварца ниже 28 34% Дальнейшее более глубокое обогащение титанового концентрата эффективно при использовании флотации в щелочной среде с керосиновой эмульсией и выщелачивании в концентрированной серной кислоте.

Недостатками указанного способа являются его многостадийность, большой расход экологически опасных реагентов, значительные затраты на утилизацию отходов.

Задачей настоящего изобретения является разработка экологически чистого, безотходного и простого способа обогащения лейкоксенового концентрата, сокращение расхода реагентов. В этом состоит новый технический результат, находящийся в причинно-следственной связи с существенными признаками изобретения.

Существенными (и отличительными в то же время) признаками изобретения являются введение в помолотый лейкоксеновый концентрат углерода в количестве от 3 до 11 мас. прессование брикетов и обжиг их в вакууме при температуре 1300 1500^oC.

В процессе обжига лейкоксенового концентрата с углеродом при температуре выше 1150^oC начинается химическая реакция, которую суммарно можно записать в следующем виде: где TiO₂ + SiO₂ лейкоксеновый концентрат, представленный упрощенно смесью двух указанных оксидов; Ti₃O₅ Ti₂O₃ TiO₂ твердый раствор, имеющий кристаллическую решетку типа псевдобрукита; SiO монооксид кремния, переходящий в газообразное состояние при температуре выше 1000^oC.

Таким образом, в конечном продукте содержание оксида кремния уменьшается.

Способ осуществляют следующим образом.

Для обогащения используют лейкоксеновый концентрат следующего химического состава, мас. TiO₂ 48,0; SiO₂ 41,0; Fe₂O₃ 2,5; Al₂O₃ 2,4; MgO 0,5; CaO 0,3; MnO 0,04; P₂O₅ 0,15; V₂O₅ 0,1; Cr₂O₃ 0,006; ZrO₂ 0,25; Nb₂O₅ 0,065; Ta₂O₅ 0,0005.

Реакционную массу готовят путем смешивания предварительно помолотого лейкоксенового концентрата, стехиометрических количеств углерода и связки. Из полученной шихты прессуют таблетки диаметром 30 мм, толщиной 15 мм. После сушки образцов на воздухе производят обжиг таблеток в техническом вакууме.

Полученный после обжига спек черного цвета имеет практически монофазную кристаллическую структуру типа псевдобрукита в стеклофазной матрице, количество которой зависит от степени обогащения.

Пример 1.

Варьирование содержания в шихте углерода от 0 до 22 мас. показало, что явление обогащения (увеличение доли кислородных соединений титана) наблюдается в интервале концентраций от 3 до 11 мас. При меньших концентрациях углерода реакция практически не идет, а при больших кроме полного удаления SiO₂ происходит образование других титансодержащих фаз, что является нежелательным процессом.

Пример 2.

Обжигу подвергают образцы в виде некомпактированного порошка и в виде брикета, отпрессованного с усилием не ниже 30 МПа. При одинаковых условиях обжига высокотемпературная реакция, приводящая к удалению SiO₂, в некомпактированном образце идет на порядок слабее, что наблюдалось с помощью рентгенофазового анализа. Причина этого заключается в том, что для эффективного протекания реакции необходим плотный контакт между частицами.

Пример 3.

Три образца готовят по описанной выше технологии с примесью углерода 11 мас. Первый обжигают при температуре 1300^oC, второй при 1400^oC, третий при 1500^oC в течение часа. Исследование полученных образцов с помощью рентгеноструктурного анализа показало, что во всех случаях наблюдается уменьшение содержания SiO₂: в первом случае концентрация кристаллического диоксида кремния составила около 20 мас. во втором и в третьем практически 0 мас.

Пример 4.

Два образца готовят по описанной выше технологии с примесью углерода 11 мас. Первый обжигают в техническом вакууме при давлении около 10^-2 Па, а второй на воздухе (P 10⁵ Па) при той же температуре. Исследование фазового состава второго образца показало, что явления обогащения не произошло, атмосферный обжиг приводит к окислению углерода, и ненасыщенные оксиды титана и кремния не образуются.

Формула изобретения

Способ обогащения лейкоксенового концентрата, включающий его измельчение, смешивание с углеродистым восстановителем и обжиг, отличающийся тем, что смешивание ведут с углеродистым восстановителем, взятым в количестве 3 11 мас. перед обжигом шихту брикетируют путем прессования, обжиг ведут в вакууме при 1300 1500^oС с удалением образующихся газообразных соединений кремния SiO из концентрата.