СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ АРИЗОНИТОВЫХ И ИЛЬМЕНИТОВЫХ КОНЦЕНТРАТОВ

Изобретение относится к технологии железо-титансодержащего минерального сырья и переработке аризонитовых и ильменитовых концентратов путем их очистки от соединений железа и сопутствующих примесей. Изобретение позволяет получить продукт на основе оксида титана с содержанием оксида титана более 85%, который можно использовать как сырье для хлорирования взамен титановых шлаков, а также в качестве заменителя природного рутила.

Известен способ отделения соединений железа от титансодержащей основы методом плавки на шлак (А.Н. Зеликман, Б.Г. Коршунов. Металлургия редких металлов. - М.: Металлургия, 1991. - с.163-166.). Для отделения железа проводят восстановительную плавку ильменита с получением чугуна и титанового шлака (80-87% TiO₂) Восстановительную плавку проводят в трехфазных электродуговых печах мощностью 5-20 МВт. Процесс ведут при температурах 1200-1600°С. В качестве восстановителя оксидов железа используют углерод. В результате данной операции доля оксидов железа снижается в шлаке до 3-6,5%.

Недостатками данного способа являются: высокие температура и энергоемкость процесса; опасность разъедания футеровки печи высокоактивным шлаком; образование газообразного монооксида углерода, улавливание которого требует специального оборудования.

Известен также способ вскрытия ильменитового концентрата концентрированной серной кислотой (92-94%) (А.Н. Зеликман, Б.Г. Коршунов. Металлургия редких металлов. - М.: Металлургия, 1991. - с.179-181). Измельченный концентрат вводят в предварительно разогретую до 125-135°С концентрированную серную кислоту. Растворение протекает в экзотермическом режиме с саморазогревом до 180-200°С и заканчивается за 5-10 мин. Недостатком данного способа является растворение не только железа, но и всего титана, что требует проведения дополнительных процессов для их разделения. Кроме того, применение серной кислоты затрудняет ее повторное использование.

Известен также способ разложения минерального и техногенного сырья (патент РФ №2149908), который предусматривает использование в качестве реагента соляной кислоты, проведение процесса в замкнутом объеме при температуре выше 98°С и соотношении Т:Ж=1:(4,4-20). В этом способе обработку исходного сырья проводят в герметичных условиях концентрированной (35-40%) соляной кислотой при перемешивании и нагревании до 75-100°С. Допускается проведение процесса при повышенном давлении (0,2-0,5 МПа). Разложение минерального сырья проводится в режиме противотока. Этот способ по совокупности существенных признаков наиболее близок к заявляемому и принят за прототип.

Недостатками данного способа являются переход в раствор не только титана, но и всего железа, что требует введения дополнительных операций для разделения данных элементов. Кроме того, использование в процессе соляной кислоты высокой (выше 35%) концентрации создает трудности по повторному использованию избыточной кислоты, вследствие невозможности ее укрепления стандартной 37% кислотой, которая используется на гидрометаллургических предприятиях.

Целью изобретения является очистка титанового концентрата от соединений железа и от сопутствующих примесей и получение продукта на основе оксида титана с содержанием оксида титана более 85%.

В изобретении эта цель достигается за счет получения технического результата -селективного извлечения в раствор соединений железа и других примесей, которые содержатся в ильменитовом и аризонитовом концентратах, при минимальных потерях в раствор ценного компонента - титана.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе переработки аризонитовых и ильменитовых концентратов, включающем обработку исходных концентратов раствором соляной кислоты при контролируемом давлении и температуре в замкнутом объеме при температурах выше 99°С и выделение обогащенного титаном осадка и его обработки, перед выщелачиванием исходный концентрат подвергают предварительной механоактивации до уровня, обеспечивающего извлечение в раствор железа не менее 85%, а титана не более 5%.

В частном случае осуществления способа доля энергии механоактивации усвоенной концентратом аризонита в виде микродеформаций составляет не менее 10кДж/моль.

В другом частном случае осуществления способа доля энергии механоактивации усвоенной концентратом ильменита в виде микродеформаций составляет не менее 3 кДж/моль.

В другом частном случае обработку предварительно механоактивированных концентратов проводят соляной кислотой с концентрацией 30-34%.

В другом частном случае процесс проводят при температуре 99-180°С и давлении 0,1-0,6 МПа.

В другом частном случае избыток соляной кислоты выводят из реакционного объема в виде пара, который конденсируют, доукрепляют и возвращают для повторного использования.

В другом частном случае удаление избыточной соляной кислоты совмещают с термообработкой растворов выщелачивания при температуре 130-300°С. Конкретные примеры осуществления способа, его сущность и преимущества раскрыты и пояснены следующими примерами.

Пример 1. Процесс осуществляются без проведения механоактивации концентрата. 5 г исходного аризонитового концентрата, имеющего 98,4% фракций крупностью более 100 мкм и содержащего, %: Fe 14,5; Ti 28,9; Al 0,82; Cr 0,52; Mn 0,59; Mg 0,19; Ca 0,16; остальное кислород и нерастворимые в соляной кислоте компоненты, обрабатывали в замкнутом объеме, со свободным истечением паров в систему улавливания HCl, 34% соляной кислотой при соотношении Т:Ж=1:6 и температуре 99°С в течение одного часа. После отделения нерастворимого осадка фильтрацией извлечение железа в раствор составило 8%, а титана 6,9% от исходного.

Пример 2. Процесс осуществляют как в примере 1, но аризонитовый концентрат предварительно подвергают механообработке в ЦПМ с развиваемым ускорением 25 g в течение 2,5 мин при соотношении шары: материал Ш:М=800:10. Доля усвоенной энергии в виде микродеформации 10-11 кДж/моль. (Оценку доли энергии, запасенной в виде микродеформации проводили по методике, изложенной в работе Е.В. Богатыревой и А.Г. Ермилова «Оценка доли энергии, запасенной при механической активации минерального сырья» Неорганические материалы, 2008, том 44, с.242-247.) После отделения нерастворимого осадка, извлечение в раствор составило: Fe - 39,9%; Ti - 23,3. Повышение энергосодержания кристаллической решетки аризонита сопровождается увеличением начальной скорости извлечения в раствор железа в 5 раз, а титана в 3,4 раза.

Пример 3. Процесс осуществляют как в примере 2, но продолжительность обработки соляной кислотой увеличена с 1-го часа до 7. Извлечение в раствор составило: Fe - 86,4%; Ti - 3,46%. При этом содержание в осадках выщелачивания: Fe - 3,54%; Ti - 53,3%; Mg - 0,16%. Большая скорость реагирования железа с соляной кислотой приводит к снижению концентрации HCl, в результате чего доля перешедшего в раствор титана снижается. Результат по разделению железа и титана аналогичен получаемому в способе плавки на шлак. Снижение доли титана в раствор можно объяснить частичным гидролизом растворенного титана при снижении концентрации HCl вызванным реагированием с железом, а также «высаливанием» соединений титана из раствора с повышением концентрации хлоридов железа и примесных элементов в нем.

Пример 4. Процесс осуществляют как в примере 2, но обработку предварительно активированного аризонитового концентрата проводили 30% HCl при соотношении Т:Ж=1:10, температуре 158°С, давлении 0,6 МПа и продолжительности 20 мин. После фильтрации степень перехода в раствор составила: Fe - 88,29%; Ti - 0,88%; Al - 42,20%; Cr - 34,78%; Mn - 92,70%; Ca - 74,77%. Таким образом, параллельно осуществляется дополнительная очистка от других сопутствующих титану примесей более чем на 50%.

Пример 5. Процесс осуществляют как в примере 4, но продолжительность обработки соляной кислотой увеличена с 20 до 40 мин. После фильтрации степень перехода в раствор составила: Fe - 93,97%; Ti - 0,33%; Al - 51,68%; Cr - 46,31%; Mn - 96,86%; Mg - 71,45%; Ca - 87,39%.

Пример 6. Процесс осуществляют как в примере 4, но по окончании выщелачивания и отделения раствора с примесными соединениями Fe, Al, Cr, Mn, Mg, Ca от титансодержащего кека, раствор направляли на упаривание при температурах от 85 до 150°С.При этом возвращается на выщелачивание до 92% не прореагировавшей кислоты с концентрацией HCl до 20%. Доукрепление кислоты проводилось разбавлением 37% HCl.

Пример 7. Процесс осуществляют как в примере 6, но после отгонки HCl проводилась дополнительная выпарка ее в присутствии CaCl₂ при температуре 99°С в течение 1 часа. В результате получена 37% HCl.

Пример 8. 5 г исходного ильменитового концентрата, имеющего 98% фракций крупностью более 100 мкм и содержащего, % масс: Fe - 23,1; Ti - 29,5; Mg - 0,46 обрабатывали в замкнутом объеме со свободным истечением паров в систему улавливания HCl 34% соляной кислотой при соотношении Т:Ж=1:6 и температуре 99°С в течение 6 часов. После отделения нерастворимого осадка фильтрацией извлечение железа в раствор составило 53%, а титана 6,5% от исходного.

Пример 9. Процесс осуществляют как в примере 8, но ильменитовый концентрат предварительно подвергали механообработке в ЦПМ с развиваемым ускорением 25 g при соотношении шары: материал Ш:М=800:10. Менее стабильная, по сравнению с аризонитом, решетка ильменита определяет более интенсивную очистку кека от железа при аналогичных условиях механоактивации и обработке соляной кислотой. Данные представлены в таблице 1.

Обработка данных таблицы показывает, что при доле усвоенной энергии ильменитовым концентратом в виде микродеформации составляющей более 3 кДж/моль остаточное содержание Fe в осадке выщелачивания не превышает 3,5%.

Приведенные выше примеры осуществления способа показывают возможность промышленного использования для переработки аризонитовых и ильменитовых концентратов в процессе которой, осуществляется эффективная очистка материала от соединений железа и сопутствующих примесей. Использование изобретение позволяет получить продукт на основе оксида титана с высоким содержанием оксида титана более 85%, который можно использовать как сырье для хлорирования взамен титановых шлаков, а также в качестве заменителя природного рутила. Кроме того, предложенный способ позволяет существенно снизить расход кислоты за счет осуществления селективного растворения соединений железа и других примесей при обработке предварительно активированных аризонитовых и ильменитовых концентратов. Это позволяет использовать соляную кислоту с концентрацией 30-34%, проводить отгонку избыточной кислоты, ее доукрепление и возвратить в технологический цикл на стадию выщелачивания. Применение пониженной концентрации соляной кислоты при высокой скорости растворения сопутствующих титану примесей снижает переход в раствор основного компонента - титана, в том числе и за счет «высаливания». Кроме того изобретение позволяет и снизить объемы выбросов соляной кислоты и снизить затраты на нейтрализацию вредных сбросов.