ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЛИНИЯ ДЛЯ ПЕРЕРАБОТКИ ТИТАНОВОГО СЫРЬЯ

Полезная модель относится к цветной металлургии, в частности к производству губчатого титана из титансодержащего сырья и к обезвреживанию и утилизации отходов титанового производства, например отходов ванадиевых соединений.
Известна технологическая линия для переработки титанового сырья (кн. Титан. Свойства, сырьевая база, физико-химические основы и способы получения. - В.А.Гармата, A.M.Петрунько, И.В.Галицкий, Ю.Г.Олесов, А.А.Сандлер.- М.: Металлургия, 1983, с.167-411), 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, оборудованный установкой для газоочистки, системой конденсации парогазовой смеси с баком-сборником технического тетрахлорида титана, отделение ректификационно-химической очистки технического тетрахлорида титана, 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.
Недостатком данной технологической линии является то, что в процессе переработки титанового сырья в известной технологической линии не предусмотрена схема очистки сточных вод, в частности, от ванадиевых соединений.
Известна технологическая линия для переработки титанового сырья (Патент РФ на полезную модель №72975, опубл. 05.10.2008), включающая руднотермическую печь, снабженную установкой для подготовки исходного титанового сырья, смесительное устройство для приготовления шихты для хлорирования титановых шлаков, солевой хлоратор, снабженный ванной гидроудаления отработанного расплава, системой конденсации парогазовой смеси, отделение ректификационно-химической очистки технического тетрахлорида титана, 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, дозатор приемно-накопительная емкость для ванадийсодержащих сточных вод, реактор для нейтрализации и обезвреживания растворов сточных вод известковым молоком. Очищенные растворы направляют в канализацию, а твердые оксигидраты металлов - на утилизацию или в отвал.
Недостатком указанной технологической линии для переработки титанового сырья является то, что в процессе переработки ванадийсодержащих сточных вод известковым молоком выделяется большое количество газов по реакции:
4
2
3
2
2
NHCl+Са(ОН)=2NH+2 HO+СаСl
Кроме того, в процессе прокалки метаванадата аммония выделяется также большое количество аммиака, которое сбрасывается в атмосферу воздуха, создавая тем самым загазованность в цехе и в
атмосфере воздуха. Переработка газообразных отходов, связанных с переработкой метаванадиевых пульп с целью извлечения из них пентаоксида ванадия, в частности обезвреживание и утилизация аммиака в отходящих газах технологическая линия не предусмотрена.
Технический результат заключается в уменьшении выбросов азотсодержащих соединений в атмосферу за счет утилизации и обезвреживания аммиака из отходящих газов.
Технический результат достигается тем, что предложена технологическая линия для переработки титанового сырья, включающая руднотермическую печь, снабженную установкой для приготовления шихты для хлорирования титановых шлаков, солевой хлоратор, снабженный ванной гидроудаления отработанного расплава и системой конденсации парогазовой смеси, отделение ректификационно-химической очистки технического тетрахлорида титана, 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, бак для ванадийсодержащих сточных вод процесса получения метаванадата аммония, промышленную кислотную канализацию, она дополнительно содержит емкость для смешивания отходящих газов ванадиевого производства с отходящими газами магниевого производства, циркуляционную систему очистки смеси отходящих газов известковым молоком в виде скруббера - циркуляционного насоса- циркуляционного бака с мешалкой, при этом патрубок для отвода газов бака для ванадийсодержащих сточных вод соединен с патрубком емкости для смешивания с отходящими газами магниевого производства,
а патрубок емкости для смешивания соединен с патрубком скруббера для очистки отходящих газов.
Наличие в технологической линии для переработки титанового сырья дополнительной схемы для переработки отходящих газов переработки отходов титанового сырья - ванадиевых отходов - позволяет значительно снизить выбросы в атмосферу отходящих газов, что позволяет улучшить экологическую обстановку.
Технологическая линия показана на фиг.1 и включает:
1 - руднотермическую печь,
2 - установку для приготовления шихты для хлорирования титановых шлаков,
3 - солевой хлоратор,
4 - ванну гидроудаления отработанного расплава,
5 - систему конденсации парогазовой смеси,
6 - отделение ректификационно-химической очистки технического
тетрахлорида титана,
7 - сборник очищенного от примесей тетрахлорида титана,
8 - комплекс оборудования для магниетермического получения титана,
9 - емкость для окситрихлорида ванадия,
10 - гидрометаллургическое отделение для разложения окситрихлорида ванадия, кристаллизации метаванадата аммония и получение пентаоксида ванадия,
11 - приемный бак для аммонийсодержащих сточных вод,
12 - реактор с мешалкой для обезвреживания сточных вод ванадиевого производства,
13 - патрубок для отвода отходящих газов от реактора для обезвреживания отходов ванадиевого производства,
14 - емкость для смешивания отходящих газов,
15 - патрубок емкости для смешивания отходящих газов ванадиевого производства,
16 - систему очистки отходящих газов известковым молоком,
17- скруббер для обезвреживания смеси отходящих газов известковым молоком,
18 - патрубок скруббера,
19 - циркуляционный насос,
20 - циркуляционный бак,
21 - промышленная кислотная канализация.
Пример работы технологической линии.
2
2
Исходное сырье - титансодержащий концентрат 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 ТiO 80-88 мас.%. Титановый шлак после охлаждения направляют на установку 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 с 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 образуют хлориды металлов. Образующаяся в процессе хлорирования парогазовая смесь направляют в систему 5 конденсации 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. Отработанный расплав сливают в ванну гидроудаления 4, где его размывают водой и направляют на последующую переработку. Примеси, находящиеся в техническом тетрахлориде титана, разделяют на газообразные, жидкие и твердые в отделении 6 ректификационно-химической очистки и затем собирают в сборнике 7 реактификационно-химической очистки тетрахлорида титана. Очищенный тетрахлорид титана из сборника 7 поступает на комплекс 8 магниетермического восстановления для получения губчатого титана.
3
3
3
Переработка от соединений аммиака и ванадия. Окситрихлорид ванадия, образующийся в отделении 6 ректификационно-химической очистки (низшими хлоридами титана или медным порошком) поступает в сборник 9, откуда его подают на гидрометаллургическое отделение 10 для чего последовательно окситрихлорид ванадия последовательно 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, который прокаливают с получением товарного пентаоксида ванадия. После фильтрации получают и промывные воды и маточные растворы от фильтрации, содержащие 30-100 г/дм хлорида аммония, которые объединяют в приемном баке 11 и подвергают дальнейшей переработке. Для этого в реактор 12 подают в количестве 3,4 м аммонийсодержащие растворы с концентрацией хлорида аммония 100 г/дм. В качестве реактора используют стальной эмалированный автоклав
3
3
3
3
3
3
3
3
3
емкостью 6 м с мешалкой и паровой рубашкой для нагрева смеси растворов до температуры 85°С. Реактор работает при включенной мешалке, куда добавляют 1,7 м известкового молока (ГОСТ или ТУ) концентрацией 101 г/дм СаО в течение 5 часов со скоростью 350 дм/час. Получили очищенный раствор объемом 4,6 м при остаточном содержании в растворе 20 г/дм СаО. При этом степень обезвреживания растворов от ионов аммония составляет 99,5%. Обезвреженные сточные воды направляют в промышленную кислотную канализацию 20. Отходящие газы с содержанием 4 г/м аммиака (остальное воздух) из реактора 12 через патрубок 13 поступают в емкость 14 через патрубок 15 для смешивания отходящих газов ванадиевого производства с отходящими газами магниевого производства. Отходящие газы магниевого производства содержат 1 г/м хлорида водорода и до 4 г/м хлора при температуре 100°С. Газы получают в процессе электролитического разложения хлормагниевого сырья на магний и хлор, которые улавливают в санитарном отсосе и направляют на дальнейшее обезвреживание (см.кн. Металлургия магния и других легких металлов. - С.Л.Стефанюк.: Учебник для техникумов. М.: Металлургия, 1985, стр.137-138). В качестве емкости 14 для смешивания можно использовать трубопровод отходящих газов магниевого производства, поступающих на переработку в циркуляционную систему 16 очистки отходящих газов известковым молоком, выполненную в виде скруббера 17 с патрубком 18, циркуляционного насоса 19, циркуляционного бака 20. В емкости для смешивания 14 патрубок 15 с патрубком 18 скруббера 17. Смешивание газов проводят при соотношении аммиака к хлориду водорода, равном 1:2,2. При этом происходит обезвреживание аммиака по следующим реакциям:
3
4
NН+HCl=NHCl
3
2
2
2 NН+3Сl=6HCl+N
Полученный хлорид аммония соответствует ГОСТ 2210, выпадает в осадок и удаляется из емкости для смешивания. Степень обезвреживания отходящих газов от аммиака составляет более 99%. А остальные газы поступают в скруббер 17, куда подают при циркуляции известковое молоко из циркуляционного бака 20 с помощью циркуляционного насоса 19. Очищенные газы выбрасываются в атмосферу, а отработанное известковое молоко, содержащее активный хлор, направляют на дальнейшее обезвреживание.
Таким образом, наличие в технологической линии для переработки титанового сырья дополнительной схемы для переработки отходящих газов переработки отходов титанового сырья - ванадиевых отходов - позволяет значительно снизить выбросы в атмосферу отходящих газов, что позволяет улучшить экологическую обстановку.