Способ обогащения титанокремнистых концентратов

 

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано для получения искусственного рутила из титаносодержащего сырья, в частности, из лейкоксеновых концентратов, полученных при обогащении титанокремнистых руд. В способе в печи создают температуру, выше температуры металлической ванны. Загружают на поверхность жидкой металлической ванны шихту, содержащую лейкоксеновый концентрат, и выдерживают расплав до разделения по плотности кремнетитанового и титанокремнистого расплавов, которые затем сливают порознь. Температуру в печи поддерживают в диапазоне 1700-1800^oС. Предлагаемое изобретение позволяет получать титанистые шлаки, которые могут быть направлены на дальнейшую переработку. Побочная кремнистая фаза может быть использована в виде ценного ситаллового литья. Предлагаемая технология проста, экономична и эффективна. 1 з.п. ф-лы, 1 табл.

Изобретение относится к металлургии титана и может быть использовано для получения искусственного рутила из титаносодержащего сырья, в частности из лейкоксеновых концентратов, полученных при обогащении кремнисто-титановых руд.

Известен пирометаллургический способ получения искусственного (синтетического) рутила из ильменита (Elgar G.W., Kirby D.E., and Rhoads S. C. "Producing synthetic Rutile from Ilmenite by Pyrometallurgy, Pilot Plant Studies and economic Evaluation. Rept. Invest. Bur. Mines V.S. Dep. Inter., 1976).

Ильменит, перемешанный с коксом и известью, плавится в электрической дуговой печи, в результате чего из него извлекается железо в виде товарного чугуна и получается шлак, обогащенный двуокисью титана, который затем обрабатывается кислородом и пирофосфатом титана, при этом окислы титана переходят в кристаллический рутил, а примеси переходят в фосфатное стекло. Обработанный шлак измельчается и выщелачивается серной кислотой для выделения кристаллов рутила, которые затем обогащаются физическими способами.

Известный способ позволяет получить искусственный продукт (рутил) с содержанием TiO₂ до 88% (вес). Однако этот способ неприменим в случае использования лейкоксенового концентрата, содержащего 45-60% TiO₂ и 30-45% SiO₂.

Известен также способ обогащения титановой шихты в рудно-термической электропечи, заключающийся в проведении избирательной восстановительной плавки с наведением в печи жидкометаллической ванны, при этом титановый концентрат перед загрузкой в печь шихтуют с углем и брикетируют.

В результате плавки образуются низкоуглеродистый чугун, содержащий более 2,5% С, и шлак, содержащий оксиды титана (65-85%), кремнезем (10-15%) и другие оксиды. Шлак при охлаждении саморассыпается. Порошкообразный шлак направляют во вторую, основную операцию - хлорирование ("Технология металлов и конструктивные материалы" под ред. Б.А. Кузьмина. М., "Машиностроение" 1989 г., с.175-177).

Однако этот способ имеет те же недостатки, что и вышеописанный, и пригоден только для использования ильменитовых концентратов и неприменим для лейкоксеновых концентратов с повышенным содержанием кремнезема, например получаемых из титанокремнистых руд Ярегского месторождения. В лейкоксене рутил находится в виде тонкого срастания с кварцем. Зерна лейкоксена образуют из рутиловых нитей сетчатую матрицу, зацементированную мелкодисперсным кварцем. В этих сетках толщина нити обычно составляет 1-5 мкм. В лейкоксеновом концентрате содержание ТiO₂ колеблется в пределах 45-60%, a SiO₂ - 30-45%. Помимо оксидов титана и кремния в лейкоксеновом концентрате содержится, мас.%: 2,5-3,5 Fе₂О₃; 3,0-4,5 Аl₂О₃, до 0,5 MgO и до 0,5 Сао и в незначительном количестве другие примесные компоненты. Такой состав и структура лейкоксеновых концентратов практически не поддаются дальнейшему их обогащению известными способами. Кроме того, обогащение титановых концентратов по известному способу восстановительной плавки требует больших затрат электроэнергии, материальных затрат и физического труда.

Предлагаемое изобретение направлено на устранение вышеперечисленных недостатков.

Это достигается тем, что при выполнении способа обогащения титанокремнистого концентрата, заключающемся в наведении в печи жидкометаллической ванны, в которую загружают титанокремнистую шихту, в печи создают температуру, выше температуры плавления металлической ванны, и загружают на поверхность металлической ванны шихту, содержащую лейкоксеновый концентрат и выдерживают расплав до разделения по плотности кремнисто-титанового и титанокремнистого расплавов, которые затем сливают порознь.

Температура металлической ванны в процессе обогащения поддерживается в диапазоне 1700-1800^oС.

Сущность изобретения состоит в следующем.

Как отмечалось выше, титанокремнистые концентраты некоторых месторождений, например Ярегского, содержат помимо TiO₂ (45-60%) большое количество кремнезема (30-45% SiO₂). Такие концентраты не поддаются дальнейшему обогащению посредством восстановительной плавки с добавлением в шихту больших количеств восстановителя-науглероживателя (коксика). В то же время, согласно диаграмме состояния бинарной системы SiO₂-TiO₂ в такой системе имеется область расслоения в жидком состоянии при температурах выше 1780^oС. Если такую оксидную систему расплавить, то она самопроизвольно разделится на две жидкости: одну на основе оксида титана (по-другому - титанистую или титанокремнистую) и другую - на основе оксида кремния (кремнистую или кремнетитановую). Лейкоксеновые концентраты, в т.ч. концентраты Ярегского местонахождения, по своему химическому составу отвечают особенностям поведения диаграммы состояния SiO₂-TiO₂ и подвержены самопроизвольному расслоению, при этом прочие примеси лейкоксеновых концентратов (оксиды алюминия, железа, кальция и магния) незначительно уменьшают эффективность расслоения, а следовательно, и степень обогащения. Диапазон температур, при которых в этом случае происходит расслоение, находится в пределах от 1700 до 1800^oС.

Однако при содержании в системе 20-30% третьего оксида область расслоения в жидком состоянии существенно снижается.

Явление расслоения не исчезает в присутствии жидкого железа, что позволяет использовать жидкометаллическую ванну для прогрева шлака, поддержания его в жидком состоянии, для удаления примесей из шлака и защиты футеровки печи от разъедания компонентами шлаковой системы.

Для осуществления способа обогащения лейкоксеновых концентратов проводили серию плавок в открытой трехфазной дуговой электрической печи типа ДС-6П1 с магнезитовой футеровкой. Можно также с успехом использовать ферросплавные печи постоянного тока, в которых отсутствует магнито-гидродинамический эффект выноса пылевидных фракций концентрата. Однако такие печи дороги. При первом старте печи в ней расплавляется при температуре 1450-1500^oС железоуглеродистый расплав с 2-3% С для предохранения футеровки падины печи от разъедающего действия жидких концентратов. Затем температуру металлического расплава доводят до 1700-1750^oС и на его поверхность подают шихту из исходного концентрата в смеси с 2-3% коксика (от массы концентрата). Содержание ТiO₂ в исходном концентрате было 48,5-58%, SiO₂ - 35-45%. Начинается разделительный период плавки, при этом концентрат плавится и разделяется на две несмешивающиеся фазы. Мощность печи и темп подачи шихты выбираются таким образом, чтобы сформировать на откосах и стенах печи слой защитного гарнисажа. Для полного разделения жидкого концентрата его температура доводится до 1760-1780^oС, при которой расплав выдерживают в течение 20-40 минут.

После накопления достаточного количества расплава и полного разделения шлаковых фаз температура в печи понижается до 1700^oС для перевода силикатного расплава в вязкотекучее состояние, открывается летка печи и из нее выпускается в чугунную шлаковую чашу только целевая титанистая фаза (титанокремнистая), которая в силу меньшей плотности располагается под силикатным шлаком. В это время металлическая фаза и кремнеземистый расплав остаются в печи.

После удаления титанистого шлака производится удаление силикатного расплава с поверхности металлической ванны. Для очистки печи от вязкого силикатного расплава можно использовать механические методы, например скребки, либо в печь вводится, например, известьсодержащий материал для разжижения шлака и выпуска его из печи самотеком. При этом наиболее оптимальным является соотношение в известьсодержащем материале SiO₂/CaO=1,5 и присутствие в нем оксидов кристаллизаторов типа TiO₂ и Сr₂О₃.

Металлический расплав из печи не выпускается. Он остается в ней постоянно, при этом выполняет защитную функцию предохранения футеровки от растворяющего действия жидкого концентрата. Кроме того, если в концентрате присутствуют примеси благородных металлов, то они будут растворяться в железном расплаве с накоплением. Расплав, таким образом, выполняет дополнительную функцию геттера металлов, у которых сродство к кислороду меньше, чем у железа.

После очистки металлической ванны от остатков кремнеземистого шлака снова проводят разделительный период плавки с подачей на жидкую металлическую поверхность исходного концентрата.

После кристаллизации в шлаковой чаше титанистого расплава из шлакового слитка удаляется незатвердевшая центральная ликвационная зона, обогащенная кремнеземом, что повышает среднюю концентрацию оксидов титана в целевом продукте.

Другие технологические операции при осуществлении способа проводятся в соответствии с известными, действующими на металлургических предприятиях инструкциями.

В таблице приведены результаты опытных плавок, где представлены данные по составу исходных концентратов, а также получаемых титанистой и кремнеземистой фаз после обогащения лйкоксеновых концентратов по предлагаемому способу.

Можно заключить, что в зависимости от состава исходного концентрата параметры расслоения меняются. В случае концентрата с 48,5% TiО₂ нижняя титанистая фаза содержит в среднем 68% TiO₂ и 18,5% SiO₂ (титанокремнистая фаза). Степень извлечения оксида титана в целевой продукт равна 55%. Верхняя кремнистая фаза содержит в среднем 35% TiO₂ и 57% SiO₂ (кремнетитановая фаза). Это означает, что с кремнистой фазой удаляется около 75% общего количества кремнезема концентрата, а в целевой титанистой фазе остается 25% вредного кремнезема от его общего количества.

Для концентрата с 58% TiO₂ титанистая фаза содержит в среднем 73% TiO₂ (максимум 74,5% TiO₂) и 18,1% SiO₂ (минимум 16,9% SiO₂). Степень извлечения оксида титана в целевой продукт равна 80-84%.

Кремнистая фаза, при этом, содержит в среднем 35% TiO₂ и 55-65% SiO₂. В целевой титанистой фазе остается 15-20% общего количества кремнезема.

Получаемые с помощью предлагаемой технологии титанистие шлаки по содержанию в них оксида титана соответсвуют товарным шлакам, которые могут быть направлены на дальнейшую переработку (обогащение) и на получение пигментной TiO₂ наиболее перспективным и эффективным хлорным процессом, который в меньшей степени, чем, например, сернокислый, загрязняет окружающую среду.

Побочная кремнистая фаза может быть также использована для выпуска попутной продукции в виде ценного ситаллового литья.

Металлическая часть после завершения обогащения концентрата также может быть использована в металлургическом переделе.

Таким образом, предлагаемый способ обогащения титанокремнистых концентратов достаточно прост, экономичен и эффективен.

Формула изобретения

1. Способ обогащения титанокремнистого концентрата, включающий создание в печи жидкой металлической ванны, загрузку и плавление шихты, содержащей титанокремнистый концентрат, отличающийся тем, что в печи создают температуру выше температуры плавления металлической ванны, загружают на поверхность жидкой металлической ванны шихту, содержащую лейкоксеновый концентрат, и выдерживают расплав до разделения по плотности кремнетитанового и титанокремнистого расплавов, которые затем сливают порознь.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что температуру в печи поддерживают в диапазоне 1700-1800°С.

РИСУНКИ

Рисунок 1