АППАРАТУРНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ПЕРЕРАБОТКИ ТИТАНСОДЕРЖАЩИХ КОНЦЕНТРАТОВ

Предлагаемая полезная модель относится к области металлургии и, в частности, к применяемым в титано-магниевой подотрасли аппаратурно-технологическим системам переработки титансодержащих концентратов с получением различных товарных продуктов - металлического титана и соединений ванадия.
Известна (В.Г. Воскобойников, В.А. Кудрин, A.M. Якушев. Общая металлургия. М.: ИКЦ «Академкнига», 2005, с - 768) аппаратурно-технологическая система переработки титансодержащих концентратов, включающая руднотермическую печь для восстановительной электроплавки ильменитовых концентратов, солевой хлоратор для хлорирования (при 800-850°С) в расплаве хлоридов металлов титановых шлаков, оборудование для конденсации парогазовой смеси и очистки технического тетрахлорида титана от примесей и аппараты для магниетермического получения металлического титана - титановой губки.
Недостатком известной «Аппаратурно-технологической системы переработки титансодержащих концентратов» является отсутствие в ее составе оборудования для переработки и обезвреживания образующихся на различных стадиях процесса аэрозольных, газообразных, твердых и жидких отходов производства.
Из известных аналогов наиболее близким по технической сущности и достигаемому при этом техническому результату является известная (В.А.Гармата, A.M.Петрунько, И.В.Галицкий, Ю.Г.Олесов, А.А.Сандлер. Титан. Свойства, сырьевая база, физико-химические основы и способы получения. М.: Металлургия, 1983, с. - 559) «Аппаратурно-технологическая система переработки титансодержащих концентратов» - принята за ПРОТОТИП.
Аппаратурно-технологическая система по прототипу включает в себя руднотермическую печь, снабженную устройством для подготовки исходной композиционной смеси, установкой для очистки отходящих газов от пыли с бункерами-сборниками уловленной пыли и установкой для дробления и измельчения титанового шлака, установку приготовления шихты для хлорирования в расплаве хлоридов металлов, солевой хлоратор, оборудованный установкой для газоочистки, оборудование для конденсации парогазовой смеси с баком-сборником технического тетрахлорида титана, отделение для химической и ректификационной очистки тетрахлорида титана, емкость для окситрихлорида ванадия и емкость для очищенного тетрахлорида титана, соединенные соответственно с участком для получения пентаоксида ванадия и переделом для магниетермического производства металлического титана.
«Аппаратурно-технологическая система переработки титансодержащих концентратов» по прототипу обеспечивает получение высококачественной титановой губки, применяемой для приготовления различных конструкционных материалов, в том числе авиакосмического назначения. Кроме того, известная по прототипу «Система» предусматривает утилизацию из исходного минерального сырья - ильменитовых концентратов соединений ванадия в форме товарных продуктов - пентаоксида ванадия. Известная система также предусматривает очистку отходящих газов руднотермической печи от пыли и очистку отходящих хлорсодержащих газов солевого хлоратора.
Недостатком «Аппаратурно-технологической системы переработки титансодержащих концентратов» по прототипу является:
- неудовлетворительная производительность «Системы» по выпускаемому товарному пентаоксиду ванадия, что обусловлено относительно невысокой концентрацией соединений ванадия в исходном минеральном сырье - ильменитовом концентрате;
- отсутствие в известной - по прототипу «Системе» оборудования для переработки, обезвреживания и утилизации хлоридных отходов, образующихся в процессе хлорирования титановых шлаков в солевом хлораторе;
- в известной системе не предусмотрена очистка ванадий-содержащих сточных вод и утилизация вторичных отходов, образующихся при очистке отходящих хлорсодержащих газов от солевого хлоратора;
Задачей предлагаемой полезной модели является повышение эффективности работы и обеспечение условий обезвреживания и утилизации отходов производства.
Технический результат, который может быть достигнут при реализации разработанного технического решения является увеличение выпуска товарных соединений ванадия при одновременном решении вопросов, связанных с утилизацией отходов и предотвращением загрязнения окружающей природной среды высокотоксичными веществами.
Поставленная задача решается с достижением вышеуказанного технического результата предлагаемой полезной моделью - «Аппаратурно-технологической системой переработки титансодержащих концентратов», включающей (см. рис.) руднотермическую печь (1), снабженную устройством для подготовки исходной композиционной смеси (2), установку для очистки отходящих газов от пыли (3), бункер-сборник уловленной пыли (4) и установку для дробления и измельчения титанового шлака (5), установку приготовления шихты для хлорирования в расплаве хлоридов металлов (6), солевой хлоратор (7), установку для газоочистки (8), оборудование для конденсации парогазовой смеси (9) с баком-сборником технического тетрахлорида титана (10), отделение для химической и ректификационной очистки технического тетрахлорида титана от примесей (11), емкость для окситрихлорида ванадия (12) и емкость для очищенного тетрахлорида титана (13), соединенные соответственно с участком для
получения пентаоксида ванадия (14) и переделом для магниетермического производства металлического титана (15).
Новым в предлагаемой полезной модели является то, что (см. рис.) устройство для подготовки исходной композиционной смеси (2) имеет соединение с бункером-дозатором (16) и накопительной емкостью для техногенного оксидного ванадий-титанового сырья (17), установка приготовления шихты для хлорирования в расплаве хлоридов металлов (6), соединенная с дозировочным бункером (18) и расходной емкостью (19) для ванадий-титановых концентратов, солевой хлоратор (7) оборудован ванной гидроудаления (7-1) отработанного хлоридного расплава солевого хлоратора, выход хлоридной пульпы из ванны гидроудаления отработанного расплава соединен с последовательно установленным гидроотстойником (20) для выделения грубой фракции нерастворимого остатка и циркуляционным баком (21), на крышке которого имеется патрубок (22) для подвода в циркуляционный бак сточных вод производства пентаоксида ванадия, нижний слив (23) из циркуляционного бака соединен с реактором (24) для нейтрализации и осаждения суммы оксигидратов металлов, на крышке реактора имеется патрубок для подсоединения к баку-дозатору магнезиального молока (25), имеющего соединение с емкостью, снабженной мешалкой (26) и бункером с тонкодисперсными серпентинитовыми отходами (26-1) для приготовления магнезиального молока, бак-дозатор (25) имеет также соединение с установкой для газоочистки (8), патрубок нижнего слива (27) реактора (24) для нейтрализации и осаждения имеет соединение с фильтр-прессом (28), выход осадка суммы оксигидратов металлов из корыта (29) фильтр-пресса (28) направлен в смеситель (30), к которому подсоединены бункер-дозатор (31) нерастворимого остатка, соединенный с гидроотстойником (20), бункер-дозатор пыли (32), уловленной из отходящих газов руднотермической печи, бункер-дозатор (33) тонкодисперсных отходов переработки серпентинитового сырья, бункер-дозатор (34) инертного наполнителя, например, древесного опила, бак-дозатор магнезиального
молока (35) и бак-дозатор (36) отработанной поглотительной жидкости с установки для газоочистки (8) солевого хлоратора (7), выход из смесителя направлен в обогреваемое устройство для формования и прессования блоков (37).
Совокупность вышеперечисленных конструктивных элементов, согласно предлагаемой «Аппаратурно-технологической системе переработки титансодержащих концентратов», их взаиморасположение и определенная взаимосвязь между установленным технологическим оборудованием обеспечивают повышение эффективности работы «Системы», увеличение ее производительности по ванадию и дает возможность обезвреживать образующиеся отходы производства от токсичных металлов.
РЕАЛИЗАЦИЯ ПРЕДЛАГАЕМОЙ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ
Разработанное - согласно предлагаемой полезной модели техническое решение - «Аппаратурно-технологической системы для переработки титансодержащих концентратов» работает и эксплуатируется следующим образом.
3
2
2
2
5
Исходные титансодержащие концентраты в качестве которых могут быть использованы ильменитовые (FеТiO) и/или ильменорутиловые концентраты (FeO*2TiO) (50-65% TiO) смешивают в устройстве (2) для подготовки композиционной смеси (2) с углеродным восстановителем, измельченный антрацит, нефтяной или пековый кокс с ванадий-титановым оксидным техногенным сырьем (2-5% VO) поступающим из бункера-дозатора (16) и из накопительной емкости (17). Полученную композицию загружают в руднотермическую печь, электроплавку ведут при 1600-2000°С. В этих условиях в результате протекания в руднотермической печи окислительно-восстановительных реакций железо преимущественно переходит в чугун, в который также переходит до 20% от общего содержания ванадия в композиционной смеси и микроколичества легирующих металлов
2
2
2
5
3
(хрома, марганца, титана, циркония, редких и рассеянных металлов). Титан, а также примеси хрома, марганца, железа и других металлов образуют титановый шлак (80-88% ТiO). Пылегазовую смесь, образующуюся в верхней части руднотермической печи направляют в установку (3) для очистки отходящих газов от пыли, уловленную пыль собирают в бункере-сборнике (4) и направляют затем для ее утилизации в смеситель (30), в частности в бункер-дозатор (33). Титановый шлак после охлаждения направляют на установку (5) для дробления и измельчения, из которой измельченный шлак поступает в установку (6) для приготовления шихты для хлорирования в расплаве хлоридов металлов. В эту же установку (6) загружают нефтяной и/или пековый кокс, хлориды натрия и/или калия, и/или отработанный электролит электролизеров магниевого производства, работающих на карналлитовом сырье (70-80% КСl, а также NaCl, MgCl, MgO и др.). Кроме того, из расходной емкости (19) и дозировочного бункера (18) в установку (6) загружают ванадий-титановый концентрат (10-30% VО). Образующуюся смесь тщательно перемешивают, загружают непрерывно или периодически в солевой хлоратор (7), куда постоянно поступает газообразный хлор - анодный хлор-газ электролизеров магниевого производства. Отходящие газы солевого хлоратора (7) направляют на установку (8) для газоочистки, в качестве поглотительной жидкости используют магнезиальное молоко (до 100-150 г/дм MgO), получаемого на основе отходов переработки серпентинитового сырья в емкости (26). Отработанный расплав из солевого хлоратора (7) периодически (2-3 раза в смену) сливают в ванну гидроудаления (7-1), в которую поступает вода и/или оборотные растворы из циркуляционного бака (21) при соотношении расплав: водная фаза =1:(8÷12). Пульпу, образующуюся в ванне гидроудаления (7-1) направляют сначала в гидроотстойник (20), в котором происходит выделение грубой («песочной») фракции нерастворимого остатка непрохлорированной части шихты, поступающей в солевой хлоратор (7) из установки (6). Из гидроотстойника хлоридная пульпа поступает в
2
2
3
3
3
2
5
4
3
3
3
циркуляционный бак (21), откуда вновь пульпу закачивают в ванну гидроудаления для «гидроразмыва» очередной партии сливаемого из солевого хлоратора (7) отработанного расплава. Циркуляцию ведут таким образом 4-6 раз до образования насыщенного по сумме хлоридов металлов (КСl, NaCl, MgCl, FeCl, FеСl, СrСl, АlСl, хлориды и оксихлориды других металлов Zr, Sc, Th, Ti, Zr, Nb, Та и др.). В процессе циркуляции пульпы в циркуляционный бак вводят через патрубок (22) сточные воды из участка (14) производства пентаоксида ванадия - VO из окситрихлорида ванадия, в частности маточные растворы и промводы метаванадата аммония NНVO, содержащие до 1-2 г/дм ванадия. После образования в циркуляционном баке (21) насыщенного по сумме хлоридов металлов раствор (пульпу) через патрубок (23) нижнего слива подают в реактор (24) для нейтрализации и осаждения суммы оксигидратов металлов. Для обезвреживания этих растворов и очистки от ионов Fe, Cr, Mn, Al, Ti, Zr, Th, S и др. металлов в реактор (24) из емкости с мешалкой (26) и дозатора (25) закачивают магнезиальное молоко (до 100-150 г/дм MgO), приготовляемого в емкости (26) с мешалкой, в которую предварительно заливают воду и из бункера (26-1), загружают тонкодисперсные (менее 100-200 мкм) отходы процесса переработки серпентинитового сырья.
После обработки концентрированных хлоридных растворов в реакторе (24) магнезиальным молоком образующуюся пульпу подают -закачивают на фильтр-пресс (28) хлоридный раствор, очищенный от Fe, Cr, Mn, Al, Ti, Zr, Th, S и др. металлов сбрасывают в цеховую канализацию, осадок суммы оксигидратов металлов после заполнения рам фильтр-пресса сбрасывают с рам фильтр-пресса в корыто фильтр-пресса (29) и затем направляют через бункер-дозатор (31) в смеситель (30), в который одновременно поступают практически все твердые и жидкие отходы - промпродукты титанового производства, в частности, через бункер-дозатор (32) в смеситель (30) загружают нерастворимый остаток из гидроотстойника (20), ванны гидроудаления (7-1) через бункер-дозатор (33) в смеситель (30)
3
2
загружают пыль, уловленную из пылегазовой смеси руднотермической печи (1) в установке (3), через бункер-дозатор (34) в смеситель (30) загружают тонкоизмельченные (тонкодисперсные - менее 100-200 мкм) отходы процесса переработки серпентинитового сырья, через бункер-дозатор (35) в смеситель (30) загружают сухие, измельченные древесные отходы, например древесный опил, через бак-дозатор (36) в смеситель заливают (например, закачивают) магнезиальное молоко (до 100-150 г/дм MgO), получаемое в емкости (26), из бака-дозатора (37) в смеситель (30) заливают (закачивают) отработанную поглотительную жидкость (HgCl + MgO и др.) с установки (8) газоочистки солевого хлоратора (7). Многокомпонентную композицию в смесителе тщательно перемешивают и направляют затем в обогреваемое устройство для последующего формования и прессования в блоки. В результате этой операции все отходы титанового производства - пылевые, твердые, пастообразные, жидкие отверждаются и превращаются в блоки заданной формы и заданных размеров, которые затем используются в качестве вспомогательных строительных материалов, например при сооружении фундаментов, подорожного покрытия и т.п.
Аппаратурно-технологическая система переработки титансодержащих концентратов
1. руднотермическая печь (РТП);
2. устройство для подготовки исходной композиционной смеси;
3. установка для очистки отходящих газов РТП от пыли;
4. бункер-сборник уловленной пыли;
5. установка для дробления и измельчения титанового шлака;
6. установка для приготовления шихты для хлорирования в расплаве хлоридов металлов;
7. солевой хлоратор;
7-1. ванна гидроудаления из солевого хлоратора отработанного хлоридного расплава;
8. установка для газоочистки отходящих газов солевого хлоратора;
9. оборудование для конденсации парогазовой смеси;
10. бак-сборник технического тетрахлорида титана;
11. отделение для химической и ректификационной очистки технического тетрахлорида титана от примесей;
12. емкость для окситрихлорида ванадия;
13. емкость для очищенного тетрахлорида титана;
14. участок для получения пентаоксида ванадия;
15. передел для магниетермического производства металлического магния;
16. бункер-дозатор техногенного ванадий-титанового сырья;
17. накопительная емкость для техногенного ванадий-титанового оксидного сырья (для РТП);
18. дозировочный бункер ванадий-титановых концентратов;
19. расходная емкость для ванадий-титановых концентратов;
20. гидроотстойник для выделения из пульпы грубой («песочной») фракции нерастворимого (непрохлорированного) остатка;
21. циркуляционный бак;
22. патрубок на крышке циркуляционного бака для подвода в циркуляционный бак сточных вод производства пентаоксида ванадия;
23. патрубок нижнего слива раствора (пульпы) из циркуляционного бака;
24. реактор для нейтрализации и осаждения из раствора суммы оксигидратов металлов;
25. бак-дозатор магнезиального молока;
26. емкость с мешалкой для приготовления магнезиального молока;
26-1. бункер с тонкодисперсными отходами переработки серпентинитового сырья;
27. нижний слив пульпы из реактора для нейтрализации и осаждения суммы оксигидратов металлов;
28. фильтр-пресс для выделения из пульпы осадка суммы оксигидратов металлов;
29. корыто фильтр-пресса;
30. смеситель;
31. бункер-дозатор оксигидратного осадка из корыта фильтр-пресса;
32. бункер-дозатор нерастворимого (непрохлорированного) остатка, выделенного в гидроотстойнике из исходной хлоридной пульпы;
33. бункер-дозатор пыли, уловленной из отходящих газов руднотермической печи в установке (3);
34. бункер-дозатор тонкодисперсных отходов переработки серпентинитового сырья;
35. бункер-дозатор инертного наполнителя, например древесного опила;
36. бак-дозатор магнезиального молока на основе отходов переработки серпентинитового сырья;
37. бак-дозатор отработанного поглотительной жидкости - раствора/ пульпы хлорида магния с установки (8) газоочистки солевого хлоратора;
38. обогреваемое устройство для формования и прессования блоков.