ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЛИНИЯ ДЛЯ ПЕРЕРАБОТКИ ТИТАНОВОГО СЫРЬЯ

Полезная модель относится к цветной металлургии, в частности к производству губчатого титана из титансодержащего сырья.
Известна технологическая линия для переработки титанового сырья (кн. Титан. Свойства, сырьевая база, физико-химические основы и способы получения. - В.А.Гармата, А.М.Петрунько, И.В.Галицкий, Ю.Г.Олесов, А.А.Сандлер. - М.: Металлургия, 1983, с.167-212, 220-277, 284-453), включающая руднотермическую печь, снабженную установкой для подготовки исходного титанового сырья, установку для очистки отходящих газов от пыли с бункерами-сборниками уловленной пыли и установкой для дробления и измельчения титанового шлака, установку для приготовления шихты для хлорирования титановых шлаков, солевой хлоратор с системой конденсации парогазовой смеси, реактор для очистки тетрахлорида титана от ванадия, герметичный отстойник, бак-сборник технического тетрахлорида титана, отделение ректификационно-химической очистки технического тетрахлорида титана, сборник очищенного от примесей тетрахлорида титана, комплекс оборудования для магниетермического получения титана.
Недостатком данной технологической линии является низкая степень очистки тетрахлорида титана от ванадия и тем самым низкое качество готового продукта. Кроме того, технологическая
линия не содержит отделение по переработке медно-ванадиевых пульп и и окситрихлорида ванадия до пентаоксида ванадия.
Известна технологическая линия для переработки титанового сырья (Патент РФ на полезную модель №72975, опубл. 10.05.2008), включающая руднотермическую печь, установку для подготовки исходного титанового сырья, соединенную через запорно-регулирующую арматуру с последовательно-установленным дозатором и приемно-накопительной емкостью ванадий-, титан-, железосодержащего техногенного сырья, смесительное устройство для приготовления шихты для хлорирования титановых шлаков, солевой хлоратор, снабженный системой конденсации парогазовой смеси, ванной гидроудаления отработанного расплава, соединенной с циркуляционным баком, на крышке которого имеется патрубок, соединенный с трубопроводом ванадийсодержащих сточных вод процесса получения метаванадата аммония, нижний слив циркуляционного бака соединен с реактором для нейтрализации и обезвреживания растворов и сточных вод, на крышке которого имеется патрубок для подвода известкового молока, слив образующейся в реакторе оксигидратной пульпы направлен на фильтр-пресс, вывод из которого очищенного от тяжелых металлов хлоридного раствора направлен в канализацию, отделение ректификационно-химической очистки технического тетрахлорида титана, сборник очищенного от примесей посторонних металлов тетрахлорида титана и емкость для окситрихлорида ванадия, комплекс оборудования для магниетермического получения титана, гидрометаллургическое отделение для разложения окситрихлорида ванадия, кристаллизации метаванадата аммония и получения пентаоксида ванадия.
Недостатком указанной технологической линии для переработки титанового сырья является то, что при очистке
тетрахлорида титана от ванадия методом ректификации при достижении необходимой степени очистки (95%) с отделяемым окситрихлоридом ванадия теряется значительное количество тетрахлорида титана, вследствие близости температур кипения тетрахлорида титана (130°С) и окситрихлорида ванадия (127°С). Кроме того,
3
Известна технологическая линия для переработки титанового сырья (кн. Тарасов А.В. - Металлургия титана.- М.:ИКЦ«Академкнига», 2003. - стр.77-88, 133-251), включающая руднотермическую печь, установку для подготовки исходного титанового сырья, смесительное устройство для приготовления шихты для хлорирования титановых шлаков, солевой хлоратор, снабженный системой конденсации парогазовой смеси и ванной гидроудаления отработанного расплава. Система конденсации включает теплообменники типа «труба в трубе», кулеры, оросительные конденсаторы, сборный бак пульпы, сгуститель, фильтр, кюбель. После системы конденсации и отделения твердых взвесей технический тетрахлорид титана, содержащий, масс.% 0,1-0,15V, 0,001-0,02Si, 0,07-0,15Cl, фосгена и хлорацетилхлоридов - 0,003-0,25, твердого остатка - 2-4 г/см, остальное - тетрахлорид титана, направляют на трехступенчатую очистку, сочетающую химическую очистку и ректификационную очистку. Для химической очистки сначала используют медный порошок, который подают в каскад реакторов с мешалками. В первый реактор непрерывно подают технический тетрахлорид титана, медный порошок и активированный уголь. В результате взаимодействия меди с трихлоридом ванадия образуется твердая взвесь, суспендированная в тетрахлориде титана. Суспензию направляют на фильтрацию или отстаивание. Для этого используют сгустители, из которых осажденные частицы в виде медно-ванадиевого кека
удаляют шнеком и направляют на дальнейшую переработку для доизвлечения тетрахлорида титана и ванадия. Затем тетрахлорид титана направляют в отделение ректификационно-химической очистки, где осуществляют совместную очистку трихлоридом титана. Для чего в куб-испаритель загружают алюминиевую пудру, в количестве, необходимом для получения трихлорида титана. Технологическая установка для ректификационной очистки тетрахлорида титана состоит из двух ректификационных колонн. Тетрахлорид титана из куба-испарителя в парообразном состоянии поступает в нижнюю часть колонны, поднимается вверх, встречая стекающий поток флегмы. В дефлегматоре конденсируются чистый тетрахлорид титана, часть которого отводят в сборник очищенного тетрахлорида титана, а другую часть направляют на орошение колонны в качестве флегмы. В результате работы колонн в кубах-испарителях накапливаются пульпа в виде хлороксида титана и хлороксида ванадия и других соединений, которую непрерывно отводят из куба-испарителя в емкость. Окситрихлорид ванадия направляют на получение пентаоксида ванадия. Для чего его направляют в гидрометаллургическое отделение для разложения окситрихлорида ванадия, кристаллизации метаванадата аммония и получения пентаоксида ванадия. Очищенный от примесей тетрахлорид титана поступает на получение губчатого титана магниетермическим восстановлением в аппаратах восстановления с последующей вакуумной сепарацией и переработкой блока губчатого титана на товарные фракции.
Недостатком известной технологической линии является то, что в процессе химической очистки технического тетрахлорида титана не предусмотрена переработка образующейся медно-ванадиевой пульпы в технологической линии для переработки титанового сырья. Что приводит к значительным потерям ванадия и
меди с медно-ванадиевой пульпой, к загрязнению окружающей среды техногенными отходами.
Технический результат направлен на повышение степени извлечения ванадия из медно-ванадиевых пульп за счет дальнейшей переработки меди и доизвлечения окситрихлорида ванадия из медно-ванадиевой пульпы. При этом, образующийся окситрихлорид ванадия после системы конденсации объединяется с основным потоком окситрихлорида ванадия из системы ректификации и поступает в отделение для получения пентаоксида ванадия, а соединения меди, извлекаемые из солевой печи, используют для получения медного купороса. Таким образом, технологическая линия позволяет значительно снизить количество отходов, поступающих на захоронение в окружающую среду.
Технический результат достигается тем, что предложена технологическая линия для переработки титанового сырья, включающая руднотермическую печь, устройство для приготовления шихты, солевой хлоратор для хлорирования с ванной гидроудаления отработанного расплава, систему конденсации парогазовой смеси, реактор с мешалкой для очистки медьсодержащим реагентом технического тетрахлорида титана, сгуститель для разделения тетрахлорида титана и медно-ванадиевой пульпы, отделение ректификационно-химической очистки технического тетрахлорида титана с кубом-испарителем, сборник очищенного от примесей тетрахлорида титана и емкость для окситрихлорида ванадия, комплекс оборудования для магниетермического получения титана, гидрометаллургическое отделение для разложения окситрихлорида ванадия, кристаллизации метаванадата аммония и получения пентаоксида ванадия, приемный бак для ванадийсодержащих сточных вод, в которой новым является то, что она содержит кюбель для
транспортировки и загрузки медно-ванадиевой пульпы в солевую печь, линию подачи сжатого воздуха для распульповки медно-ванадиевой пульпы, солевую печь, вторую систему конденсации парогазовой смеси, при этом кюбель для транспортировки и загрузки медно-ванадиевой пульпы соединен со сгустителем, с линией подачи сжатого воздуха для распульповки медно-ванадиевой пульпы и с солевой печью, солевая печь соединена с системой конденсации, которая соединена с емкостью для окситрихлорида ванадия.
Кроме того, на линии подачи сжатого воздуха установлено сигнальное устройство для определения времени распульповки медно-ванадиевой пульпы до однородной консистенции и времени для закачки пульпы.
Включение в технологическую линию для переработки титанового сырья дополнительного оборудования для извлечения соединений ванадия и меди из медно-ванадиевой пульпы, позволяет дополнительно извлекать из отходов производства окситрихлорид ванадия, а также использовать соединения меди в качестве готового продукта. Это позволит также повысить степень извлечения ванадия из титанового сырья, снизить загрязнение окружающей среды.
На фиг.1 показана технологическая линия переработки титанового сырья.
Технологическая линия включает: руднотермическую печь 1, устройство 2 для приготовления шихты для хлорирования титановых шлаков, солевой хлоратор 3 для хлорирования с ванной гидроудаления 4 отработанного расплава, систему конденсации 5 парогазовой смеси, реактор 6 с мешалкой для предварительной очистки технического тетрахлорида ванадия медьсодержащим реагентом, сгуститель 7 для разделения медно-ванадиевой пульпы
и тетрахлорида титана, отделение 8 ректификационно-химической очистки технического тетрахлорида титана с кубом-испарителем 9, сборник 10 очищенного от примесей тетрахлорида титана, комплекс оборудования 11 для магниетермического получения титана, линию подачи сжатого воздуха 12 для распульповки медно-ванадиевой пульпы в кюбеле, сигнальное устройство 13, кюбель 14 для транспортировки и загрузки медно-ванадиевой пульпы в солевую печь 15, система конденсации 16 парогазовой смеси, емкость 17 для окситрихлорида ванадия, гидрометаллургическое отделение 18 для разложения окситрихлорида ванадия, кристаллизации метаванадата аммония и получения пентаоксида ванадия, приемный бак 19 для ванадийсодержащих сточных вод. Пример работы технологической линии.
2
2
Исходное сырье - титансодержащее сырье в виде ильменитового концентрата с содержанием TiO 50-60 мас.% смешивают с углеродистым восстановителем и загружают в руднотермическую печь 1 на электроплавку при температуре 1600-2000°С. В результате протекания в руднотермической печи 1 окислительно-восстановительных реакций получают чугун и титановый шлак с содержанием TiO 80-88 мас.%. Титановый шлак после охлаждения направляют на устройство 2 для приготовления шихты для хлорирования в расплаве хлоридов металлов. Для этого его предварительно дробят и измельчают, смешивают с нефтяным или с пековым коксом и с хлоридом натрия. Образующуюся смесь тщательно перемешивают и загружают непрерывно в солевой хлоратор 3, куда постоянно поступает газообразный хлор - анодный хлор-газ с электролизеров для получения магния. Процесс хлорирования ведут при температуре 700-800°С. В результате химической реакции при обработке хлором образуются хлориды металлов. Периодически - по мере увеличения вязкости,
отработанный расплав из хлоратора 3 сливают в ванну гидроудаления 4. Образующуюся в процессе хлорирования парогазовую смесь направляют в систему конденсации 5 парогазовой смеси солевого хлоратора 3 для разделения компонентов парогазовой смеси на высококипящие твердые хлориды металлов (хлориды кальция, магния, марганца, железа, калия и натрия), низкокипящие твердые хлориды (хлориды титана, кремния, углерода, ванадия и др.), неконденсируемые в условиях производства газы, (хлорид водорода, азот, углекислый газ, двуокись углерода и др). После конденсации получают технический тетрахлорид титана. Находящиеся в техническом тетрахлориде титана примеси разделяют на газообразные, жидкие и твердые. Для очистки тетрахлорида титана от примесей применяют первоначально химическую очистку от ванадия, в частности медьсодержащим реагентом. Медь взаимодействует с растворенным в тетрахлориде титана окситрихлоридом ванадия по реакции:
3
2
VOCl+Cu=VOCl+CuCl.
Образующиеся соединения ванадия и меди не растворимы в тетрахлориде титана и выпадают в осадок. Технический тетрахлорид закачивают в реактор 6 с мешалкой и одновременно загружают медный порошок. Полученную суспензию направляют в сгуститель 7 для разделения тетрахлорида титана от медно-ванадиевой пульпы. Очищенный от ванадия технический тетрахлорид титана подают в куб-испаритель 9 на дальнейшую очистку в отделение ректификационно-химической очистки 8. Из куба-испарителя 9 постоянно выгружают пульпу, содержащую окситрихлорид ванадия, в емкость. Тетрахлорид титана, очищенный от примесей, собирают в сборнике 10. Очищенный тетрахлорид титана направляют на получение металлического
титана (титановой губки) магниетермическим методом на комплекс оборудования 11 для получения губки. Из сгустителя 7 медно-ванадиевую пульпу загружают в кюбель 14 для транспортировки и загрузки медно-ванадиевой пульпы в солевую печь. В кюбель 14 одновременно подают сжатый воздух для перемешивания (распульповки) по линии подачи сжатого воздуха 12. Сигнальное устройство 13 определяет время распульповки медно-ванадиевой пульпы до однородной консистенции и время закачки пульпы. Перемешивание медно-ванадиевой пульпы до однородной консистенции проводят в течение 15 минут. Затем в течение 30 минут при одновременном перемешивании сжатым воздухом медно-ванадиевую пульпу закачивают в солевую печь 15. В солевую печь 15 также загружают смесь хлоридов натрия и калия и подают сжатый воздух. При подаче воздуха происходит резкое дехлорирование хлоридов металлов, входящих в состав медно-ванадиевой пульпы, с образованием хлора:
n
2
n-2
2
2MeCl+O=2MeOCI+Cl+Q
Процесс проводят при температуре 350-600°С. Оксихлорид ванадия окисляется в солевой печи до образования газообразного окситрихлорида ванадия:
2
2
3
VOCl+1/2Сl=VОСl.
Образующуюся в процессе парогазовую смесь окситрихлорида ванадия направляют во вторую систему конденсации 16 парогазовой смеси. Полученный после конденсации окситрихлорид ванадия собирают в приемную емкость 17. Окситрихлорид ванадия направляют либо на получение очищенного окситрихлорида ванадия, либо на получение пентаоксида ванадия в гидрометаллургическое отделение 18. Для получения пентаоксида ванадия технический окситрихлорид ванадия разлагают концентрированным раствором гидроксида натрия с образованием
водного раствора метаванадата натрия, в который добавляют хлорид аммония с образованием пульпы метаванадата аммония. Пульпу фильтруют с одновременной промывкой водой от хлорида аммония. После фильтрации получают осадок метаванадата аммония, маточные и промывные растворы, которые объединяют вместе в приемном баке 19 и подвергают дальнейшему обезвреживанию. Осадок метаванадата аммония подвергают прокалке с получением пентаоксида ванадия.
2
3
2
В солевой печи высококипящие хлориды (CuCl, AlCl, FeCl и др.) связываются с хлоридами щелочных металлов (KCI и NaCI) в нелетучие комплексные соединения и остаются в расплаве. Из солевой печи 15 выгружают твердый осадок, содержащий не менее 20,0 мас.% меди, который направляют на дальнейшую переработку, например, на получение медного купороса.
Таким образом, технологическая линия для переработки титанового сырья позволяет за счет включения в технологическую линию для переработки титанового сырья дополнительного оборудования для извлечения соединений ванадия и меди из медно-ванадиевой пульпы, позволяет дополнительно извлекать из отходов производства окситрихлорид ванадия, а также использовать соединения меди в качестве готового продукта. Это позволит также повысить степень извлечения ванадия из титанового сырья, снизить загрязнение окружающей среды.