Главная | Обратная связь

IV.5. Титано-магнетитовый концентрат – комплексное сырье для металлургической и лакокрасочной промышленности

Растущая потребность народного хозяйства страны в так на­зываемом металле будущего – титане – обусловлена тем, что он по своим физико-химическим и механическим свойствам яв­ляется весьма уникальным металлом. Титан очень прочный и тугоплавкий, хорошо поддается механической обработке, обла­дает высокой коррозионной устойчивостью, не растворяется в кислотах и в сильных щелочах. Эти и многие другие свойст­ва титана делают его практически незаменимым во многих отраслях промышленности. Однако основным потребителем ти­тана и его сплавов является авиационная промышленность, так как применение этого металла в самолетостроении способству­ет снижению веса машин в сочетании с максимальной проч­ностью деталей.

Уникальными свойствами обладают и различные соедине­ния титана, об одном из которых – пигментном диоксиде тита­на – достаточно подробно сказано выше при рассмотрении пе­реработки сфенового концентрата.

Производство титана и его соединений в нашей стране в ос­новном базируется на переработке высококачественных ильменитовых руд. Однако постепенное истощение запасов богатых по титану руд, а также возрастание потребности в металличе­ском титане и его соединениях требуют изыскания других ис­точников сырья для их производства. К такому сырью, в част­ности, относится хибинский титано-магнетит, получаемый из апатито-нефелиновых руд Кольского полуострова, который вследствие больших запасов и особенностей своего состава (13 – 19% TiO₂> 78 – 80% Fe₂O₃, 0,4% V₂O₅) может и должен стать сырьем для производства титана и его соединений, же­леза и ванадия.

Проблема использования титано-магнетита, как комплексно­го сырья, содержащего титан, железо и ванадий, изучение ме­таллургических свойств получаемого из хибинских руд титано-магнетитового концентрата, разработка технологии его перера­ботки на конечные товарные продукты и определение экономической целесообразности его применения в народном хозяйстве – были темой многочисленных работ, выполненных в Институте металлургии им. А. А. Байкова [42 – 44]. В про­цессе выполнения этих работ были определены главные метал­лургические свойства титано-магнетитового концентрата, т. е. восстановимость и начальное шлакообразование, которые ха­рактеризуют пригодность концентрата как сырья для получения титана и микролигированного металлического полупродукта.

Восстановимость – это относительная способность оксидно­го материала отдавать кислород в сравнимых восстановитель­ных условиях. Зная это свойство концентрата, для него можно установить степень развития прямого восстановления, интен­сивность его протекания и т. д. Восстановимость титано-магнетитового концентрата изучалась на материале крупностью 0,074 мм, через который в течение часа со скоростью 18,5 см/мин пропускался водород. В результате было установлено, что вос­становимость хибинского титано-магнетита прямо пропорцио­нальна доле прямого восстановления, а расход восстановите­ля – углерода на 1 т концентрата составляет 156 кг.

Начальное шлакообразование – второе очень важное ме­таллургическое свойство рудного сырья. Оно связано с частич­ным оплавлением концентратов и образованием новых твердых растворов и химических соединений, имеющих температуру плавления выше температуры спекания. Это приводит к умень­шению газопроницаемости шихты и замедлению восстановле­ния оксидов. Температура, при которой происходит заметное уменьшение скорости восстановления, и является температурой начального шлакообразования. Поэтому это металлургическое свойство рудного сырья определяет, насколько легко восстанав­ливается железо из концентратов и оплавляется «пустая» по­рода.

При определении температуры начального шлакообразова­ния хибинского титано-магнетитового концентрата восстановле­ние его осуществлялось при температуре от 800 до 1300 °С.

В результате было выявлено, что скорость восстановления кон­центрата резко падает при температуре около 1300°С, а сле­довательно, вблизи этой температуры и лежит температура его начального шлакообразования.

Исследования по термическому разложению титано-магнетитового концентрата проводились по технологической схеме, включающей подготовку шихты к плавке, предварительное вос­становление на твердой стадии оксидов железа, электроплавку нагретой и восстановленной шихты в электропечи. В соответ­ствии с этой схемой восстановление концентрата углеродом осуществлялось в шахтной электропечи при 1250 °С в течение 3 ч, что обеспечило достаточно высокую степень металлизации титано-магнетита, достигающую 92%. Плавка восстановленной шихты проводилась в электропечи, в результате были получе­ны чугун (выход до 60%), содержащий от 1,9 до 3,1% углеро­да и 0,4% ванадия, а также титановый шлак (выход до 21%), содержащий до 72% диоксида титана [42 – 44]. В конечном итоге эти работы позволили установить оптимальные условия получения из титано-магнетитового концентрата металла и ти­танового шлака, изучить их свойства, определить дальнейшие пути использования и разработать непрерывную двухстадий-ную электротермическую технологию его комплексной перера­ботки (рис. IV-14).

Сущность этой технологии заключается в том, что титано-магнетитовый концентрат в виде углесодержащих окатышей предварительно восстанавливают при 1100 – 1250 °С во враща­ющихся трубчатых печах или печах кипящего слоя. При этом оксиды железа восстанавливаются на 65 – 95% (в этих усло­виях диоксид титана практически не восстанавливается). На­гретый и восстановленный материал затем плавится в мощных руднотермических электропечах, где завершается разделение продуктов плавки на ванадиевый чугун и титановый шлак и осуществляется раздельный их выпуск из печи.

Рис. IV-14. Принципиальная схема переработки титано-магнетитового кон­центрата

Получаемый по этой технологии титановый шлак, содержа­щий до 70% ТiO₂, по своему составу вполне пригоден для переработки известными приемами на металлический титан и пигментный диоксид, а ванадиевый чугун – для переработки существующими в черной металлургии методами на сталь и ванадиевый шлак, который в дальнейшем может быть исполь­зован для производства пентоксида ванадия или феррованадия, являющегося добавкой к высококачественной стали.

Аналогичная схема переработки хибинского титаномагнетитового концентрата предложена и финской фирмой А/О «Оутокумпу», которая рекомендует восстановление проводить в барабанной печи, а плавление восстановленного продукта – в электропечи. При этом титансодержащий шлак рекомендуется использовать в производстве титановых пигментов, а чугун – конвертировать с получением стали и ванадиевого шлака, из которого, в свою очередь, производить феррованадий или ва­надий и его сплавы [45].

Извлечение ванадия из титано-магнетитового концентрата возможно не только рассмотренным выше пирогидрометаллургическим способом. В настоящее время известен и гидрометал­лургический способ получения ванадия непосредственно из ти­тано-магнетитового концентрата, т. е. без металлургической его переработки на ванадиевый шлак [46]. В основе этого способа положен окислительно-натрирующий обжиг смеси титано-маг­нетитового концентрата с содой, в результате содержащийся в нем ванадий переходит в хорошо растворимое в воде соеди­нение – ванадат натрия.

Гидрометаллургический способ успешно используется на заводах фирмы А/О «Раутаруукки» (Финляндия); эта же фир­ма исследовала возможность извлечения этим способом вана­дия из хибинского титано-магнетитового концентрата. Для этого из смеси титано-магнетитового концентрата с различны­ми добавками соды были спрессованы брикеты массой 10 – 20 г., которые подвергались обжигу при температурах 1150, 1200 и 1250 °С в электропечи, помолу и экстракции водой. Было показано, что при оптимальных условиях (содержание соды в исходной шихте 2% и температура обжига 1200°С) извлече­ние ванадия составило 95 – 98%.

Анализ вещественного состава и металлургических свойств титано-магнетитового концентрата, а также результаты лабо­раторных, опытных и промышленных работ по переработке ильменитового и титано-магнетитовых концентратов различ­ных месторождений показывает, что использование хибинского титано-магнетитового концентрата, характеризующегося комп­лексным составом, большими запасами и нулевой стоимостью при добыче, дроблении и измельчении руды, экономически вполне оправдано, причем это особенно эффективно при комп­лексном использовании концентрата, когда титан, глинозем и ванадий будут извлекаться в товарной форме.

Однако несмотря на уже имеющуюся весьма эффективную технологию переработки титано-магнетитового концентрата, обеспечивающую получение из него весьма ценных для народ­ного хозяйства продуктов, этот процесс пока не нашел широ­кого применения. В ближайшей перспективе наиболее вероят­ным является подшихтовка титано-магнетитового концентрата к ильменитовому концентрату и совместная их переработка на титановый шлак и ванадиевый чугун.