СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ РЕДКОМЕТАЛЛИЧЕСКОГО КОНЦЕНТРАТА ИЗ ХЛОРИДНЫХ ВОЗГОНОВ, ОБРАЗУЮЩИХСЯ ПРИ ОЧИСТКЕ ПАРОГАЗОВОЙ СМЕСИ ПРОИЗВОДСТВА ТЕТРАХЛОРИДА ТИТАНА
METHOD FOR OBTAINING RARE-METAL CONCENTRATE FROM CHLORIDE SUBLIMATES, FORMED IN PURIFICATION OF STEAM-GAS MIXTURES OF TITANIUM TETRACHLORIDE PRODUCTION

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к получению редкометаллического концентрата из хлоридных возгонов, образующихся приочистке парогазовой смеси производства тетрахлорида титана.
Известен способ получения редкометаллического концентрата из хлоридных возгонов, образующихся при очистке парогазовой смеси производства тетрахлорида титана (ст. Технология комплексной переработки возгонов производства тетрахлорида титана с получением различных товарных продуктов и концентратов. - Ж. Цветная металлургия, №7, 1997, с. 37-42). Способ включает выщелачивание водой хлоридных возгонов, образующихся в пылевой камере при конденсации парогазовой смеси, с получением пульпы, ее фильтрование с отделением нерастворимого осадка, промывку осадка, прокаливание при температуре 500-700°C с получением редкометаллического концентрата титан-тантал-цирконий-ниобий. Выход осадка составляет до 100 кг на 1 тонну возгонов. Редкометаллический концентрат содержит после прокаливания, масс. %: 10-20 оксида ниобия, 1-2 оксида тантала, 40-60 оксида циркония, до 20 диоксида титана и примеси железа, алюминия, хрома и др. Полученный концентрат редких металлов может использоваться в качестве исходного сырья для получения индивидуальных соединений ниобия, тантала, циркония, например, хлорированием в расплаве хлоридов щелочных металлов.
Недостатком данного способа является то, что полученный по данной технологии редкометаллический концентрат содержит высокое содержание соединений циркония, присутствие которых не позволяет получить редкометаллический концентрат с высокими потребительскими свойствами и расширить область его применения. В виду того, что цирконий и ниобий схожи по своим свойствам, их разделение требует значительных затрат. Данная технология не позволяет получить редкометаллический концентрат с пониженным содержанием в нем циркония.
Известен способ получения редкометаллического концентрата из хлоридных возгонов, образующихся при очистке парогазовой смеси производства тетрахлорида титана (ст. Комплексная переработка возгонов титановых хлораторов. - Ж. Цветные металлы, 1998, №7, стр. 54-58). Способ включает выщелачивание водой хлоридных возгонов, образующихся в пылевой камере при очистке парогазовой смеси производства тетрахлорида титана с получением пульпы, обработку пульпы (восстановление) стальным скрапом или магнием, затем щелочью до pH=3,5-4,5 и 0,2-0,6% раствором полиакриламида. В результате реакции получают осадок, содержащий гидроксиды алюминия, хрома, титана, циркония, ниобия и тантала, который отделяют фильтрацией от раствора хлоридов железа, калия и натрия. Осадок репульпируют в растворе гидроксида натрия, при этом алюминий переходит в водную фазу в форме алюминат-ионов, а остальные металлы остаются в осадке. Осадок промывают и прокаливают при температуре 500-700°C с получением редкометаллического концентрата титан-тантал-цирконий-ниобий. Выход осадка составляет до 100 кг на 1 тонну возгонов. Технология предусматривает расширить ассортимент выпускаемой продукции и обеспечивает получение редкометаллических концентратов, гидроксида и/или оксида алюминия и железооксидных пигментов широкой цветовой гаммы от желтого и красного до черного включительно.
Недостатком данного способа является то, что полученный редкометаллический концентрат содержит высокое содержание циркония, присутствие которого не позволяет получить редкометаллический концентрат с высокими потребительскими свойствами и расширить область его применения. В виду того, что цирконий и ниобий схожи по своим свойствам, их разделение требует значительных затрат. Данная технология не позволяет получить редкометаллический концентрат с пониженным содержанием в нем циркония.
Известен способ получения редкометаллического концентрата из хлоридных возгонов, образующихся при очистке парогазовой смеси производства тетрахлорида титана (авт. свид. СССР №1015672, опубл. 20.05.99, бюл. 14), по количеству общих признаков принятый за ближайший аналог-прототип и включающий выщелачивание хлоридных возгонов водой или соляной кислотой при температуре 100-105°C при соотношении Ж:Т=(1-5):1 до полного растворения солевой части. Полученную пульпу обрабатывают последовательно восстановителем и осадителем, отстаивают в течение 1-10 часа, промывают раствором осадителя, отделяют осадок титано-тантало-ниобиевого концентрата. В качестве восстановителя используют металлы - железо, цинк, магний, олово, а также водород и соединения гидразина. В качестве осадителя применяют силикат натрия, и/или сульфат натрия, и/или серную кислоту и/или полиакриламид и/или титано-тантало-ниобиевый концентрат, предварительно термически обработанный при 100-500°C. При этом используют либо одно, либо группу из перечисленных веществ, которые вводят в пульпу последовательно одно за другим, либо в виде смеси. Полученный по данной технологии концентрат содержит, мас.%: диоксида титана - 33,1-48,3, пентаоксида тантала - 1,0-1,2, пентаоксида ниобия - 10,1-10,3, диоксида циркония - 0,1-16,6, оксида кремния - 1,9-3,0, углерода - 4,7-8,8. Полученный концентрат редких металлов может использоваться в качестве исходного сырья для получения индивидуальных соединений ниобия, тантала, циркония, например хлорированием в расплаве хлоридов щелочных металлов.
Недостатком известного способа является то, что предложенный способ получения редкометаллического концентрата включает дополнительные операции восстановления и осаждения пульпы, что приводит к большому расходу реагентов и увеличивает длительность процесса. Кроме того, полученный редкометаллический концентрат содержит высокое содержание циркония, присутствие которого не позволяет получить редкометаллический концентрат с высокими потребительскими свойствами и расширить область его применения. В виду того, что цирконий и ниобий схожи по своим свойствам, их разделение требует значительных затрат. Данная технология не позволяет получить редкометаллический концентрат с пониженным содержанием в нем циркония.
Технический результат изобретения направлен на устранение недостатков прототипа и позволяет повысить производительность процесса получения редкометаллического концентрата, снизить материальные затраты на химические реагенты, снизить содержание циркония в редкометаллическом концентрате и повысить степень его извлечения в раствор.
Задачей данного изобретения является снижение затрат на производство редкометаллического концентрата, повышение производительности процесса и получение редкометаллического концентрата с пониженным содержанием в нем циркония и с высокими потребительскими свойствами что позволяет расширить его область применения.
Поставленная задача решается тем, что предложен способ получения редкометаллического концентрата из хлоридных возгонов, образующихся при очистке парогазовой смеси производства тетрахлорида титана, включающий выщелачивание хлоридных возгонов с получением пульпы, отделение осадка, его промывку и прокалку полученного концентрата, в котором новым является то, что твердые отходы выщелачивают водным раствором сульфата натрия при соотношении Т:Ж, равным 1:(3-5), пульпу перемешивают, отделяют осадок и после промывки водой загружают в содовый раствор при соотношении Т:Ж, равным 1:(7-10), перемешивают, отделяют осадок, промывают водой и прокаливают.
Кроме того, для выщелачивания применяют раствор сульфата натрия с концентрацией 3-6 мас.%.
Кроме того, пульпу подогревают до температуры 50-80°C.
Кроме того, пульпу перемешивают в течение 2-4 часов.
Кроме того, содовый раствор подогревают до температуры 70-90°C.
Кроме того, содовый раствор используют с концентрацией, равной 20%.
Кроме того, осадок перемешивают в содовом растворе в течение 0,5-2 часа.
Кроме того, осадок прокаливают в течение 1-3 часа.
Применение в качестве водного раствора для выщелачивания сульфата натрия и подобранный режим выщелачивания хлоридных возгонов, в частности хлоридных возгонов, образующихся при очистке парогазовой смеси процесса производства тетрахлорида титана, позволяет исключить операции восстановления и осаждения пульпы химическими реагентами. Это позволяет уменьшить стоимость процесса производства редкометаллического концентрата и повысить его производительность. Кроме того, заявленная новая последовательность действий во времени позволяет наиболее полно перевести соединения циркония из возгонов в растворимую форму за счет образования растворимых сульфатных комплексов циркония и тем самым снизить содержание циркония в осадке, что позволяет получить редкометаллический концентрат заданного состава с пониженным содержанием в нем циркония.
Применение содового раствора с концентрацией 20% в качестве промывного раствора полученного осадка и подобранные режимы проведения процесса промывки позволяют дополнительно перевести соединения циркония в растворимую форму и тем самым снизить содержание циркония в осадке, что позволяет получить редкометаллический концентрат заданного состава с пониженным содержанием в нем циркония.
Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации, и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, позволил установить, что заявитель не обнаружил источник, характеризующийся признаками, тождественными (идентичными) всем существенным признакам изобретения. Определение из перечня выявленных аналогов прототипа, как наиболее близкого по совокупности признаков аналога, позволило установить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков в заявленном способе получения редкометаллического концентрата из хлоридных возгонов, образующихся при очистке парогазовой смеси производства тетрахлорида титана, изложенных в пунктах формулы изобретения. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию "новизна".
Для проверки соответствия заявленного изобретения условию "изобретательский уровень" заявитель провел дополнительный поиск известных решений, чтобы выявить признаки, совпадающие с отличительными от прототипа признаками заявленного способа. В заявленном изобретении имеется новая совокупность признаков, выразившаяся в новой последовательности действий во времени, новые дополнительные стадии процесса и новые условия осуществления действий. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию "изобретательский уровень".
Промышленную применимость предлагаемого изобретения подтверждает следующий пример осуществления способа.
3
3
3
Редкометаллический концентрат получают из хлоридных возгонов, образующихся в пылевых камерах при очистке (конденсации) парогазовой смеси производства тетрахлорида титана хлоридным способом в расплавных хлораторах. Хлоридные возгоны содержат, масс. %: 9-14 Na и K, 50-12 Fe(III), 4-10 Al, 1-10 Ti, 1-5 Zr, 0,5-5 Nb, 0,05-0,5 Ta, 2-5 С. Возгоны измельчают до крупности частиц не более 10 см и в количестве 310 кг загружают в подогретый до температуры 70°C раствор сульфата натрия, который готовят следующим образом. В реактор эмалированный типа Р-8 емкостью 2,5 м с мешалкой и обогреваемой рубашкой заливают 1,6 м воды, загружают 72 кг твердого порошка сульфата натрия (ГОСТ 6318-77 Натрий сернокислый технический) и растворяют при перемешивании. В результате получают раствор сульфата натрия с концентрацией 4,5 масс. %. Выщелачивание возгонов проводят при соотношении Т:Ж, равным 1:4, полученную пульпу перемешивают в течение 3 часов и подают на фильтрацию на фильтр-пресс рамного типа РОМСЧС-1Т-01, отделяют в течение 3 часов от маточного раствора осадок. Осадок промывают водой в количестве 2 м до полного удаления сульфат-ионов. Предварительно готовят содовый раствор в реакторе типа Р-8 с мешалкой и обогреваемой рубашкой, в который заливают 0,8 м воды и загружают 200 кг соды кальцинированной (ГОСТ 5100-85, марка Б Сода кальцинированная), перемешивают до полного растворения соды в воде до массовой концентрации 20%, одновременно подогревая раствор до 80°C. Затем осадок в количестве 44 кг загружают в подогретый до температуры 80°C содовый раствор и при соотношении Т:Ж, равным 1:8, перемешивают в течение 2 часов. Осадок отделяют на фильтр-прессе типа РОМСЧС-1Т-01, промывают водой в течение 1,5 часов до полного удаления карбонатных солей (показания pH, равного 7-8). Осадок прокаливают во вращающейся печи при температуре 550°C в течение 8 часов. В результате гидроксиды металлов переходят в оксиды. Затем сухой осадок выгружают из смесителя и упаковывают. В результате получают редкометаллический концентрат с содержанием ниобия не менее 8 мас.% и циркония не более 3,0 мас.%, соответствующий ТУ 1760-498-05785388-2013.
Таким образом, предложенный способ получения редкометаллического концентрата из хлоридных возгонов, образующихся при очистке парогазовой смеси производства тетрахлорида титана, позволяет уменьшить стоимость процесса производства редкометаллического концентрата и повысить его производительность. Кроме того, заявленная новая последовательность действий во времени позволяет наиболее полно перевести соединения циркония в растворимую форму из хлоридных возгонов титанового производства, в частности из возгонов, образующихся при конденсации парогазовой смеси при производстве тетрахлорида титана, и тем самым снизить содержание циркония в осадке. Это позволяет получить редкометаллический концентрат заданного состава с пониженным содержанием в нем циркония, что позволяет расширить область его применения.