Способ переработки ванадийсодержащего железотитанового концентрата
METHOD OF PROCESSING VANADIUM CONTAINING IRON-TITANIUM CONCENTRATE

Изобретение относится к способам переработки железотитановых руд и концентратов, преимущественно титаномагнетитов, содержащих ванадий, с получением солей ванадия, концентрата металлического железа и титанооксидного концентрата.
Ванадий является рассеянным элементом и в мире имеется лишь небольшое количество месторождений минералов с высоким содержанием ванадия. В российских месторождениях ванадий представлен в основном примесями в титаномагнетитах, запасы которых значительны. Вследствие низкого (0,3-0,6%) содержания ванадия в титаномагнетитах их предварительно перерабатывают пирометаллургическим методом на титано-ванадиевый шлак, в котором концентрируется титан и ванадий и из которого они затем извлекаются также пирометаллургически. Однако пирометаллургический метод является весьма энергоемким, мало селективным, имеет ограниченную возможность контроля разрушения исходной шпинельной структуры и концентрирования титана и ванадия. Более технологичным, с этой точки зрения, является гидрометаллургический метод переработки, в котором легче задавать и контролировать состояние минеральной системы путем добавления расчетного количества реагентов и регулирования температуры. Современная гидрометаллургическая переработка титаномагнетитов включает пирометаллургические переделы, но при более низких температурах, чем в чисто пирометаллургических процессах. Это требует использования специфических реагентов или дополнительных операций для обеспечения необходимой селективности при высокой степени извлечения целевых компонентов,
2
Известен способ переработки ванадийсодержащего железотитанового концентрата (см. пат. Канады 403418, МПК С22В 3/00, 3/06, 1942), включающий восстановление ванадийсодержащего концентрата в присутствии соли натрия при температуре 500-800°С с последующим частичным окислением концентрата, в результате чего железо частично восстанавливается до металлического состояния, а ванадий частично превращается в растворимый щелочной ванадат. Титан при этом остается неизменным. В качестве соли натрия используют карбонат натрия, хлорид натрия, сульфат натрия. Затем осуществляют обработку восстановленного концентрата водой, чтобы выщелочить растворимый щелочной ванадат. Нерастворимый остаток разделяют магнитной сепарацией на часть, содержащую железо, и часть, содержащую невосстановленное железо, титан и нерастворенный щелочной ванадат. После этого производят обжиг части, не содержащей железа, для дополнительного растворения нерастворенного щелочного ванадата и выщелачивают растворимый ванадат, чтобы отделить его от соединений титана. Содержание металлического железа в магнитном концентрате составляет 93% при содержании в нем TiO 0,5% и ванадия 0,07%.
2
К недостаткам данного способа следует отнести относительно невысокое содержание металлического железа в восстановленном продукте и повышенное содержание в железе титана (TiO) и ванадия. В качестве реагентов используются дорогостоящие карбонат натрия и сульфат натрия.
Известен также принятый в качестве прототипа способ переработки ванадийсодержащего железотитанового концентрата (см. пат. РФ 2385962, МПК С22В 34/12, 34/22, 1/02, 5/10 (2006.01), 2010), включающий формирование шихты из концентрата и карбоната натрия, совместный помол компонентов, термообработку полученной шихты при температуре 850-1300°С и восстановление компонентов шихты в присутствии взятого с избытком углеродсодержащего восстановителя с образованием спека. Полученный частично восстановленный спек, содержащий натриевую соль ванадия, соединения железа и титана, измельчают до крупности не более 300 мкм. Затем проводят выщелачивание водой ванадия из спека и отделяют остаток выщелачивания от ванадатного раствора. Затем остаток выщелачивания подвергают гравитационной сепарации в водном потоке с разделением металлизированной и оксидной фаз. После гравитационной сепарации из металлизированной и оксидной фаз выделяют фракции крупностью менее 50 мкм, доизмельчают и возвращают в соответствующие фазы. Металлизированную и оксидную фазы раздельно подвергают мокрой магнитной сепарации для получения металлического железа и титанооксидного концентрата. Извлечение металлического железа в железосодержащий концентрат достигает 98,3%, оксида титана в титаноксидный концентрат - 95,2%. Содержание ванадия в концентрате металлического железа составляет 0,03%.
+3
+5
Известный способ характеризуется недостаточно высоким извлечением металлического железа и оксида титана в их концентраты, а также повышенным содержанием ванадия в железе. При этом не решается вопрос окисления ванадия V в V. В качестве реагента при формировании шихты используется дорогостоящий карбонат натрия.
Настоящее изобретение направлено на достижение технического результата, заключающегося в повышении извлечения железа, титана и ванадия в их концентраты при обеспечении в железосодержащем концентрате однородной структуры металлического железа и пониженного содержания в нем ванадия. Технический результат заключается также в использовании более дешевых и доступных реагентов.
Технический результат достигается тем, что в способе переработки ванадийсодержащего железотитанового концентрата, включающем формирование шихты из концентрата и соли натрия, помол шихты, термообработку полученной шихты при повышенной температуре с образованием спека, содержащего натриевую соль ванадия, соединения железа и титана, измельчение спека, его выщелачивание водой с переводом в раствор 1 натриевой соли ванадия и образованием первичного остатка выщелачивания, содержащего нерастворенные соединения ванадия, железа и титана, отделение ванадийсодержащего раствора 1 от первичного остатка выщелачивания и дальнейшую обработку остатка с получением железосодержащего и титанооксидного концентратов, согласно изобретению в качестве соли натрия берут хлорид натрия в количестве 5-15% от массы концентрата, помол шихты ведут до крупности частиц 300-500 мкм, термообработку шихты осуществляют в присутствии кислорода с переводом ванадия в пятивалентное состояние, первичный остаток выщелачивания обрабатывают раствором реагента, содержащего cepy(IV), с образованием раствора 2, содержащего натриевую соль ванадия(IV), и вторичного остатка, содержащего железо, титан и недоизвлеченный ванадий(V), полученный вторичный остаток отделяют и обрабатывают раствором серной кислоты с рН 2,5-3 с образованием раствора 3, содержащего ванадий(V), и третичного железотитансодержащего остатка, полученные ванадийсодержащие растворы 1, 2 и 3 объединяют и обрабатывают щелочью до рН 7-8 с осаждением смеси солей ванадия, а третичный остаток подвергают восстановительной обработке с получением железосодержащего и титанооксидного концентратов.
Достижению технического результата способствует то, что термообработку шихты ведут при температуре 800-1200°С.
Достижению технического результата способствует также то, что измельчение спека ведут до крупности 50-70 мкм.
Достижению технического результата способствует также и то, что в качестве раствора реагента, содержащего cepy(IV), используют раствор сульфита натрия или раствор сернистого газа в воде с концентрацией оксида серы(IV) 0,6-10 г-экв/л.
Достижению технического результата способствует и то, что обработку вторичного остатка раствором серной кислоты ведут в течение 0,5-2 часов.
Достижению технического результата способствует также и то, что восстановительную обработку третичного железотитансодержащего остатка ведут при температуре 1100-1300°С в течение 0,2-3 часов с последующим измельчением полученного спека до крупности 50-70 мкм.
2
3
Сущность заявленного изобретения заключается в следующем. Исходный титаномагнетитовый концентрат обычно содержит ванадий в трехвалентном состоянии. Для разрушения исходной шпинельной структуры FeO⋅VO и перевода ванадия в водорастворимый щелочной ванадат его вначале термически окисляют до пятивалентного состояния с выщелачиванием соли пятивалентного ванадия водой и образованием первичного остатка. Затем, используя каталитическую способность ванадия(V) переводить четырехвалентную серу в шестивалентную с переводом самого ванадия из пятивалентного состояния в более растворимое в воде четырехвалентное, обработку первичного остатка выщелачивания раствором реагента, содержащего cepy(IV), ведут согласно схеме:
+4
+6
+5
+4
S-2е→S, 2V+2е→2V.
Образовавшийся вторичный остаток выщелачивают серной кислотой с переводом в раствор водо- и сульфитонерастворимых соединений пятивалентного ванадия в виде ванадиевых бронз и формированием третичного железотитансодержащего остатка. Полученные ванадийсодержащие растворы объединяют и нейтрализуют с осаждением смеси солей ванадия и образованием концентрата ванадия. Третичный железотитансодержащий остаток подвергают восстановительной обработке с получением железосодержащего и титанооксидного концентратов.
Существенные признаки заявленного изобретения, определяющие объем правовой охраны и достаточные для получения вышеуказанного технического результата, выполняют функции и соотносятся с результатом следующим образом.
Использование хлорида натрия в качестве соли натрия в количестве 5-15% от массы концентрата позволяет провести хлорирующий обжиг шихты, содержащей ванадий, с разрушением исходной шпинельной структуры и подготовить шихту для дальнейшей переработки. Использование хлорида натрия в количестве менее 5% от массы концентрата является недостаточным для разрушения исходной шпинельной структуры ванадийсодержащего железотитанового концентрата, а использование хлорида натрия в количестве более 15% - избыточным.
Помол шихты до крупности частиц 300-500 мкм основан на экспериментальных данных и позволяет снизить энергозатраты при подготовке шихты для термообработки. При крупности частиц шихты менее 300 значительно возрастают энергозатраты на ее помол. При крупности частиц более 500 мкм затрудняется прямая диффузия реагента в виде соли натрия и продуктов ее разложения на всю глубину частиц шихты и обратная диффузия продуктов окисления. Повышенная крупность помола требует меньших энергозатрат на помол частиц шихты, однако при термообработке шихты необходима повышенная температура, что нежелательно.
Термообработка шихты, содержащей хлорид натрия, в присутствии кислорода воздуха позволяет окислить трехвалентный ванадий до пятивалентного и перевести ванадий в водорастворимый щелочной ванадат.
Обработка первичного остатка выщелачивания раствором реагента, содержащим cepy(IV), с образованием раствора 2 позволяет перевести серу из четырехвалентного состояния в шестивалентное с одновременным переводом ванадия из пятивалентного в четырехвалентное состояние, при котором обеспечивается высокая растворимость солей ванадия в воде. Это приводит к увеличению извлечения ванадия в ванадатный раствор и уменьшению его содержания в железосодержащем концентрате.
Обработка вторичного остатка, содержащего железо, титан и недоизвлеченный ванадий(V), раствором серной кислоты с рН 2,5-3 с образованием раствора 3, содержащего ванадий(V), и третичного железотитансодержащего остатка позволяет доизвлечь часть ванадия, находящегося во вторичном остатке в виде ванадиевых бронз, которые разрушаются серной кислотой, что также приводит к увеличению извлечения ванадия в ванадатный раствор. Обработка вторичного остатка раствором серной кислоты с рН менее 2,5 ведет к извлечению в раствор титана наряду с ванадием. При этом образующийся ванадат загрязняется соединениями титана, что нежелательно. Обработка вторичного остатка раствором серной кислоты с рН более 3 не обеспечивает необходимую степень извлечения ванадия.
Объединение ванадийсодержащих растворов 1, 2 и 3 позволяет максимально полно извлечь ванадий, что крайне важно при малом его содержании в исходном концентрате.
Нейтрализация объединенного раствора до рН 7-8 с осаждением смеси солей ванадия обеспечивает концентрирование ванадия в отдельном твердом продукте. Нейтрализация объединенного раствора до рН менее 7 вызывает соосаждение нежелательных примесей, загрязняющих ванадий, нейтрализация до рН более 8 не позволяет достаточно полно осадить соли ванадия.
Восстановительная обработка третичного железотитансодержащего остатка обусловлена необходимостью наиболее полного извлечения металлического железа и оксида титана с получением железосодержащего и титанооксидного концентратов.
Совокупность вышеуказанных признаков необходима и достаточна для достижения технического результата изобретения, заключающегося в повышении извлечения железа, титана и ванадия в их концентраты при обеспечении пониженного содержания ванадия в железосодержащем концентрате и в использовании более дешевых и доступных реагентов.
В частных случаях осуществления изобретения предпочтительны следующие операции и режимные параметры.
2
2
Термообработку шихты предпочтительно проводить при температуре 800-1200°С, что позволяет наиболее полно окислить трехвалентный ванадий до пятивалентного состояния. Термообработка шихты при температуре менее 800°С не приводит к интенсивному разложению NaCl на NaO и Cl и не позволяет достаточно эффективно разрушить шпинельную структуру трехвалентного ванадия с последующим его окислением до пятивалентного. Термообработка ванадийсодержащей шихты при температуре более 1200°С вызывает образование кислотоупорных ванадиевых бронз, а также химически устойчивых соединений азота и ванадия, которые сложны для последующей переработки заявляемым способом.
Измельчение спека до крупности 50-70 мкм обеспечивает доступ выщелачивающих реагентов к частицам спека, содержащих ванадий, что позволяет извлекать растворимый ванадий в растворы, отделяя их от образующихся остатков. Измельчение спека до крупности менее 50 мкм энергетически затратно, а измельчение до крупности более 70 мкм затрудняет протекание диффузионных процессов.
Использование раствора сульфита натрия или раствора сернистого газа в воде с концентрацией оксида серы(IV) 0,6-10 г-экв/л для обработки первичного остатка позволяет перевести часть ванадия в четырехвалентное состояние, в котором он лучше растворим, чем пятивалентный ванадий, образовавшийся при обжиге в окислительной атмосфере. При концентрации оксида серы(IV) в растворе сульфита натрия или в растворе сернистого газа в воде менее 0,6 г-экв/л не достигается восстановление всего пятивалентного ванадия в четырехвалентное состояние за технологически приемлемое время, поскольку оксида серы(IV) будет недосточно для полного протекания реакции окисления-восстановления. Концентрация оксида серы(IV) более 10 г-экв/л нежелательна с экологической точки зрения.
Проведение обработки вторичного остатка раствором серной кислотой в течение 0,5-2 часов позволяет перевести часть ванадия, нерастворенную водой или сульфитным раствором, в водорастворимое состояние. Обработка раствором серной кислоты в течение менее 0,5 часа не позволяет перевести часть ванадия в раствор, а время обработки более 2 часов является неоправданным со стехиометрической точки зрения.
Восстановительная обработка третичного железотитансодержащего остатка при температуре 1100-1300°С в течение 0,2-3 часов обусловлена необходимостью получения после отделения раствора, содержащего ванадий, товарных железосодержащего и титанооксидного концентратов. Обработка железотитансодержащего остатка при температуре ниже 1100°С и времени менее 0,2 часа снижает интенсивность процесса восстановления, а при температуре выше 1300°С и времени более 3 часов образуется много проплавленных зон, препятствующих диффузии восстановителя через остаток, и имеет место повышенный расход энергии.
Измельчение восстановленного спека до крупности 50-70 мкм позволяет исключить подготовительные операции в виде классификации и магнитной сепарации при получении товарных железосодержащего и титанооксидного концентратов.
Вышеуказанные частные признаки изобретения позволяют осуществить способ в оптимальном режиме с точки зрения повышения извлечения целевых компонентов - железа, титана и ванадия в их концентраты при пониженном содержании ванадия в железосодержащем концентрате.
На Фиг. 1 приведена микрофотография аншлифа металлического железа в железосодержащем концентрате, полученном согласно изобретению, где светлым цветом обозначены зоны с содержанием железа Fe 99%.
На Фиг. 2 приведена микрофотография аншлифа металлического железа в железосодержащем концентрате, полученном по прототипу, где темно-серым цветом обозначена зона 1 с содержанием железа Fe 97%, а светло-серым цветом - зона 2 с содержанием железа Fe 98%.
Сущность заявляемого способа может быть пояснена следующими примерами.
3
4
2
2
5
2
3
2
5
2
5
Пример 1. Формируют шихту из 150 г ванадийсодержащего железотитанового концентрата с содержанием, мас. %: FeO - 83,2, TiO - 8,45, VO - 0,63 и соли натрия в виде хлорида NaCl в количестве 15 г (10% от массы концентрата). Производят помол шихты до средней крупности частиц 300 мкм. Шихту помещают россыпью на керамическую подложку и проводят термообработку в течение 2 часов в присутствии кислорода воздуха при температуре 1200°С и перемешивании с переводом ванадия в пятивалентное состояние и образованием спека, содержащего натриевую соль ванадия и соединения железа и титана. Полученный спек измельчают до средней крупности 50 мкм. Берут 100 г измельченного спека и выщелачивают его 100 мл дистиллированной воды с переводом в раствор 1 натриевой соли ванадия и образованием первичного остатка выщелачивания, содержащего нерастворенные соединения ванадия, железа и титана. Ванадийсодержащий раствор 1 отделяют от первичного остатка выщелачивания, который обрабатывают раствором сульфита натрия NaSO с концентрацией оксида серы(IV) 10 г-экв/л при температуре 80°С в течение 2 часов и Т:Ж=1:5 с образованием раствора 2, содержащего натриевую соль ванадия(IV), и вторичного остатка, содержащего железо, титан и недоизвлеченный ванадий(V). Полученный вторичный остаток отделяют и обрабатывают раствором серной кислоты с рН 2,5 при Т:Ж=1:10 в течение 2 часов с образованием раствора 3, содержащего ванадий(V), и третичного железотитансодержащего остатка. Полученные растворы 1, 2, 3 объединяют с получением 515 мл раствора, содержащего 1 г/л VO. Степень извлечения ванадия в раствор в пересчете на VO составила 98%. Объединенный раствор нейтрализуют NaOH до рН 7 с осаждением смеси солей ванадия в количестве 0,59 г. Степень извлечения ванадия в его концентрат составила 92%.
2
Третичный железотитансодержащий остаток подвергают восстановительной обработке в корундовом тигле твердым углеродом при температуре 1300°С в течение 3 часов с получением восстановленного спека. Спек охлаждают, измельчают до средней крупности 50 мкм и подвергают гравитации и мокрой магнитной сепарации. В результате получено 81 г концентрата металлического железа с содержанием железа Fe 98% и 8,9 г титанооксидного концентрата с содержанием титана в пересчете на TiO 88%. Степень извлечения металлического железа в железосодержащий концентрат составила 99,2%, оксида титана в титанооксидный концентрат - 96,1%. Полученное металлическое железо имеет однородную структуру (см. Фиг. 1). Содержание ванадия в железосодержащем концентрате - 0,025%.
3
4
2
2
5
2
3
2
5
2
5
Пример 2. Формируют шихту из 150 г ванадийсодержащего железотитанового концентрата с содержанием, мас. %: FeO - 83,2, TiO - 8,45, VO - 0,63 и соли натрия в виде хлорида NaCl в количестве 7,5 г (5% от массы концентрата). Производят помол шихты до средней крупности частиц 400 мкм. Шихту помещают россыпью на керамическую подложку и проводят термообработку в течение 1 часа в присутствии кислорода воздуха при температуре 1100°С и перемешивании с переводом ванадия в пятивалентное состояние и образованием спека, содержащего натриевую соль ванадия и соединения железа и титана. Полученный спек измельчают до средней крупности 60 мкм. Берут 100 г измельченного спека и выщелачивают его 100 мл дистиллированной воды с переводом в раствор 1 натриевой соли ванадия и образованием первичного остатка выщелачивания, содержащего нерастворенные соединения ванадия, железа и титана. Ванадийсодержащий раствор 1 отделяют от первичного остатка выщелачивания, который обрабатывают раствором сульфита натрия NaSO с концентрацией оксида серы(IV) 1 г-экв/л при температуре 70°С в течение 0,5 часа и Т:Ж=1:5 с образованием раствора 2, содержащего натриевую соль ванадия(IV) и вторичного остатка, содержащего железо, титан и недоизвлеченный ванадий(V). Полученный вторичный остаток отделяют и обрабатывают раствором серной кислоты с рН 3 при Т:Ж=1:9 в течение 0,5 часа с образованием раствора 3, содержащего ванадий(V), и третичного железотитансодержащего остатка. Полученные растворы 1, 2, 3 объединяют с получением 500 мл раствора, содержащего 1,22 г/л VO. Степень извлечения ванадия в раствор в пересчете на VO составила 98,5%. Объединенный раствор нейтрализуют NaOH до рН 8 с осаждением смеси солей ванадия в количестве 0,61 г. Степень извлечения ванадия в его концентрат составила 92%.
2
Третичный железотитансодержащий остаток подвергают восстановительной обработке в корундовом тигле твердым углеродом при температуре 1200°С в течение 1,2 часа с получением восстановленного спека. Спек охлаждают, измельчают до средней крупности 60 мкм и подвергают гравитации и мокрой магнитной сепарации. В результате получено 82,4 г концентрата металлического железа с содержанием железа Fe 97% и 8,9 г титанооксидного концентрата с содержанием титана в пересчете на TiO 88%. Степень извлечения металлического железа в железосодержащий концентрат составила 98,5%, оксида титана в титанооксидный концентрат - 95%. Полученное металлическое железо имеет однородную структуру. Содержание ванадия в железосодержащем концентрате - 0,03%.
3
4
2
2
5
2
2
5
2
5
Пример 3. Формируют шихту из 150 г ванадийсодержащего железотитанового концентрата с содержанием, мас. %: FeO - 83,2, TiO - 8,45, VO - 0,63 и соли натрия в виде хлорида NaCl в количестве 22,5 г (15% от массы концентрата). Производят помол шихты до средней крупности частиц 360 мкм. Шихту помещают россыпью на керамическую подложку и проводят термообработку в течение 2 часов в присутствии кислорода воздуха при температуре 800°С и перемешивании с переводом ванадия в пятивалентное состояние и образованием спека, содержащего натриевую соль ванадия и соединения железа и титана. Полученный спек измельчают до средней крупности 70 мкм. Берут 100 г измельченного спека и выщелачивают его 100 мл дистиллированной воды с переводом в раствор 1 натриевой соли ванадия и образованием первичного остатка выщелачивания, содержащего нерастворенные соединения ванадия, железа и титана. Ванадийсодержащий раствор 1 отделяют от первичного остатка выщелачивания, который обрабатывают раствором сернистого газа SO в воде с концентрацией оксида серы(IV) 10 г-экв/л при температуре 80°С в течение 2 часов и Т:Ж=1:5 с образованием раствора 2, содержащего натриевую соль ванадия(IV), и вторичного остатка, содержащего железо, титан и недоизвлеченный ванадий(V). Полученный вторичный остаток отделяют и обрабатывают раствором серной кислоты с рН 2,5 при Т:Ж=1:9 в течение 1 часа с образованием раствора 3, содержащего ванадий(V), и третичного железотитансодержащего остатка. Полученные растворы 1, 2, 3 объединяют с получением 500 мл раствора, содержащего 1,12 г/л VO. Степень извлечения ванадия в раствор в пересчете на VO составила 95%. Объединенный раствор нейтрализуют NaOH до рН 8 с осаждением смеси солей ванадия в количестве 0,56 г. Степень извлечения ванадия в его концентрат - 87%.
2
Третичный железотитансодержащий остаток подвергают восстановительной обработке в корундовом тигле твердым углеродом при температуре 1250°С в течение 0,25 часа с получением восстановленного спека. Спек охлаждают, измельчают до средней крупности 60 мкм и подвергают гравитации и мокрой магнитной сепарации. В результате получено 79,8 г концентрата металлического железа с содержанием железа Fe 97% и 9,4 г титанооксидного концентрата с содержанием титана в пересчете на TiO 78%. Степень извлечения металлического железа в железосодержащий концентрат составила 98,6%, оксида титана в титанооксидный концентрат - 92,1%. Полученное металлическое железо имеет однородную структуру. Содержание ванадия в железосодержащем концентрате составило 0,02%.
3
4
2
2
5
2
3
2
5
2
5
Пример 4. Формируют шихту из 150 г ванадийсодержащего железотитанового концентрата с содержанием, мас. %: FeO - 83,2, TiO - 8,45, VO - 0,63 и соли натрия в виде хлорида NaCl в количестве 15 г (10% от массы концентрата). Производят помол шихты до средней крупности частиц 500 мкм. Шихту помещают россыпью на керамическую подложку и проводят термообработку в течение 2 часов в присутствии кислорода воздуха при температуре 1100°С и перемешивании с переводом ванадия в пятивалентное состояние и образованием спека, содержащего натриевую соль ванадия, и соединения железа и титана. Полученный спек измельчают до средней крупности 60 мкм. Берут 100 г измельченного спека и выщелачивают его 100 мл дистиллированной воды с переводом в раствор 1 натриевой соли ванадия и образованием первичного остатка выщелачивания, содержащего нерастворенные соединения ванадия, железа и титана. Ванадийсодержащий раствор 1 отделяют от первичного остатка выщелачивания, который обрабатывают раствором сульфита натрия NaSO с концентрацией оксида серы(IV) 0,6 г-экв/л при температуре 70°С в течение 2 часов и Т:Ж=1:5 с образованием раствора 2, содержащего натриевую соль ванадия(IV), и вторичного остатка, содержащего железо, титан и недоизвлеченный ванадий(V). Полученный вторичный остаток отделяют и обрабатывают раствором серной кислоты с рН 3 при Т:Ж=1:8 в течение 0,5 часа с образованием раствора 3, содержащего ванадий(V), и третичного железотитансодержащего остатка. Полученные растворы 1, 2, 3 объединяют с получением 500 мл раствора, содержащего 1,02 г/л VO. Степень извлечения ванадия в раствор в пересчете на VO составила 90%. Объединенный раствор нейтрализуют NaOH до рН 7,5 с осаждением смеси солей ванадия в количестве 0,42 г. Степень извлечения ванадия в его концентрат составила 82%.
2
Третичный железотитансодержащий остаток подвергают восстановительной обработке в корундовом тигле твердым углеродом при температуре 1200°С в течение 0,2 часа с получением восстановленного спека. Спек охлаждают, измельчают до средней крупности 70 мкм и подвергают гравитации и мокрой магнитной сепарации. В результате получено 81,1 г концентрата металлического железа с содержанием железа Fe 97% и 9,85 г титанооксидного концентрата с содержанием титана в пересчете на TiO 80%. Степень извлечения металлического железа в железосодержащий концентрат составила 98,4%, оксида титана в титанооксидный концентрат - 97%. Полученное металлическое железо имеет однородную структуру. Содержание ванадия в железосодержащем концентрате составило 0,03%.
3
4
2
2
5
2
3
2
5
2
5
Пример 5. Формируют шихту из 150 г ванадийсодержащего железотитанового концентрата с содержанием, мас. %: FeO - 83,2, TiO - 8,45, VO - 0,63 и соли натрия в виде хлорида NaCl в количестве 15 г (10% от массы концентрата). Производят помол шихты до средней крупности частиц 300 мкм. Шихту помещают россыпью на керамическую подложку и проводят термообработку в течение 0,5 часа в присутствии кислорода воздуха при температуре 850°С и перемешивании с переводом ванадия в пятивалентное состояние и образованием спека, содержащего натриевую соль ванадия и соединения железа и титана. Полученный спек измельчают до средней крупности 60 мкм. Берут 100 г измельченного спека и выщелачивают его 100 мл дистиллированной воды с переводом в раствор 1 натриевой соли ванадия и образованием первичного остатка выщелачивания, содержащего нерастворенные соединения ванадия, железа и титана. Ванадийсодержащий раствор 1 отделяют от первичного остатка выщелачивания, который обрабатывают раствором сульфита натрия NaSO с концентрацией оксида серы(IV) 10 г-экв/л при температуре 80°С в течение 2 часов при Т:Ж=1:5 с образованием раствора 2, содержащего натриевую соль ванадия(IV), и вторичного остатка, содержащего железо, титан и недоизвлеченный ванадий(V). Полученный вторичный остаток отделяют и обрабатывают раствором серной кислоты с рН 2,5 при Т:Ж=1:9 в течение 2 часов с образованием раствора 3, содержащего ванадий(V), и третичного железотитансодержащего остатка. Полученные растворы 1, 2, 3 объединяют с получением 500 мл раствора, содержащего 1,06 г/л VO. Степень извлечения ванадия в раствор в пересчете на VO составила 95%. Объединенный раствор нейтрализуют NaOH до рН 8 с осаждением смеси солей ванадия в количестве 0,62 г. Степень извлечения ванадия в его концентрат - 90%.
2
Третичный железотитансодержащий остаток подвергают восстановительной обработке в корундовом тигле твердым углеродом при температуре 1100°С в течение 0,2 часа с получением восстановленного спека. Спек охлаждают, измельчают до средней крупности 70 мкм и подвергают гравитации и мокрой магнитной сепарации. В результате получено 82,1 г концентрата металлического железа с содержанием железа Fe 96% и 8,9 г титанооксидного концентрата с содержанием титана в пересчете на TiO 87%. Степень извлечения металлического железа в железосодержащий концентрат составила 98,5%, оксида титана в титанооксидный концентрат - 95,3%. Полученное металлическое железо имеет однородную структуру. Содержание ванадия в железосодержащем концентрате составило 0,02%.
3
4
2
2
5
2
5
Пример 6 (по прототипу). Формируют шихту из 100 г титаномагнетитового концентрата, содержащего, мас. %: FeO - 83,2, TiO - 8,45, VO - 0,63, 50 г карбоната натрия (массовое соотношение концентрата и карбоната натрия 1:0,5) и 11,2 г древесного угля, взятого в количестве 130% по отношению к стехиометрии, путем совместного помола в виброистирателе в течение 3 минут до обеспечения общей крупности частиц - 300 мкм. Полученную шихту засыпают в корундовый тигель, нагревают до 1100°С в инертной атмосфере и выдерживают при этой температуре в течение 2 часов до обеспечения содержания металлического железа в диапазоне размеров частиц 10-200 мкм не менее 95% с получением 125,3 г частично восстановленной реакционной массы в виде спека металлизированной и оксидной фаз. Спек охлаждают, измельчают до крупности 60 мкм и выщелачивают водой при 80°С и Ж:Т=5 в течение 2 часов с переводом ванадия в ванадатный раствор, который отделяют от остатка выщелачивания и нейтрализуют до рН 7,5 разбавленной серной кислотой с осаждением смеси солей ванадия в количестве 0,57 г. Степень извлечения ванадия в раствор в пересчете на VO составила 90,5%, а в его концентрат - 80%. Остаток выщелачивания в количестве 84,6 г в пересчете на сухое вещество подвергают гравитационной сепарации в потоке технической воды с получением металлизированной и оксидной фаз, из которых выделяют фракции крупностью менее 50 мкм, доизмельчают и возвращают соответственно в металлизированную и оксидную фазы. В итоге получают 67,9 г металлизированной фазы и 12,5 г оксидной фазы, которые раздельно подвергают мокрой магнитной сепарации при напряженности поля соответственно 50 Э и 300 Э.
2
2
5
2
Выделенные одноименные магнитные и немагнитные фракции обеих фаз объединяют с получением 76 г концентрата металлического железа состава, мас.%: Fe - 97,5, TiO - 0,2, VO - 0,035 и 9,1 г титанооксидного концентрата, содержащего 82,5 мас.% TiO. Степень извлечения металлического железа в железосодержащий концентрат составила 98%, оксида титана в титанооксидный концентрат - 92%. Полученное металлическое железо имеет неоднородную ячеистую структуру (см. Фиг. 2). Содержание ванадия в железосодержащем концентрате составило 0,035%.
Из вышеприведенных примеров 1-6 видно, что предлагаемый способ переработки ванадийсодержащего железотитанового концентрата позволяет по сравнению с прототипом повысить степень извлечения металлического железа в железосодержащий концентрат до 99,2% при его улучшенной структуре и повысить степень извлечения оксида титана в титанооксидный концентрат до 97%. Способ обеспечивает высокую (до 92%) степень извлечения ванадия в его концентрат при содержании ванадия в металлическом железе 0,02-0,03%. В способе используются более дешевые и доступные реагенты. Заявляемый способ относительно прост и может быть реализован с использованием стандартного оборудования.