Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ ТИТАНОВЫХ ШЛАКОВ

Изобретение относится к области цветной металлургии, в частности, к способам переработки титансодержащего сырья для получения концентрата диоксида титана, который может быть использован в качестве компонента обмазки сварочных электродов.

Известен способ автоклавного выщелачивания титанового шлака, содержащего 92,5% TiO₂, оксиды железа, кремния и алюминия, включающий выщелачивание шлака в 10-молярном растворе NaOH в течение 4 часов при температуре 220°C и отношении ж:т=4:1, охлаждение пульпы, фильтрацию, промывку и сушку осадка на основе Na₂Ti₃O₈, обработку осадка соляной кислотой в течение 5 часов при температуре 100°C, pH 0,2 и отношении ж:т=150:1 с получением концентрата диоксида титана, содержащего 99,4% TiO₂ (Yongjie Zhang, Tao Oi, Yi Zhang. Hydrometallurgy. 2009, 96, 52-56).

Недостатком способа является сложность его осуществления из-за использования автоклавного оборудования и применения больших объемов соляной кислоты.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является принятый за прототип способ переработки титанового шлака, содержащего (%): TiO₂ - 72,0; Fe_общ - 12,65; SiO₂ - 9,0; Al₂O₃ - 1,8, включающий смешивание шлака с кальцинированной содой в весовом соотношении Na₂CO₃:шлак=0,55:1, спекание смеси при температуре 850°C в течение 1 часа, выщелачивание спека в воде с получением железо-титансодержащего осадка, выщелачивание последнего в растворе 20% соляной кислоты при температуре кипения в течение 1 часа с переводом железа в раствор, фильтрацию пульпы с отделением кека, содержащего (%): TiO₂ - 87,5; SiO₂ - 9,25; Fe_общ - 0,05; Al₂O₃ - 0,75, обработку кека в 2-молярном растворе NaOH в течение 1 часа при температуре 60-70°C и отношении ж:т=3:1 для очистки от диоксида кремния (извлечение диоксида кремния - 79%), отделение осадка и прокалку его при температуре 900°C с получением концентрата диоксида титана, содержащего (%): TiO₂ - 97,0; SiO₂ - 1,9; Fe_общ - 0,05; Al₂O₃ - 0,25; CaO - 0,3; MgO - 0,15; Na₂O - 0,88, извлечение титана из шлака - 97,35% (T.A. Lasheen. Hydrometallurgy. 2008, 93, 124-128).

Недостатком способа является сложность технологического процесса, обусловленная тем, что при проведении спекания шлака с кальцинированной содой, взятых в отношении Na₂CO₃:шлак=0,55:1, в спеке образуются ферротитанат натрия (NaFeTiO₄) и нерастворимый в воде силикотитанат натрия (Na₂TiSiO₅). В результате этого при выщелачивании водой весь диоксид кремния остается в твердой фазе и при очистке осадка от железа в солянокислом растворе диоксид кремния переходит в гелеобразное состояние и этим резко снижает скорость фильтрации пульпы и затрудняет отмывку осадка от примесей, поэтому для очистки концентрата диоксида титана от диоксида кремния необходим дополнительный передел - обработка титансодержащего кека раствором NaOH с переводом диоксида кремния в раствор.

Техническим результатом заявляемого изобретения является упрощение технологического процесса за счет уменьшения количества переделов и повышения скорости фильтрации пульпы после солянокислого выщелачивания.

Указанный результат достигается тем, что в способе переработки титановых шлаков, включающем смешивание исходного титанового шлака с кальцинированной содой, спекание шихты и последовательное выщелачивание полученного спека сначала в воде с получением железо-титансодержащего осадка, а затем в солянокислом растворе с получением титансодержащего кека, фильтрацию пульпы с отделением осадка и получение концентрата диоксида титана, согласно изобретению спекание исходного шлака с кальцинированной содой ведут при температуре 900°C в весовом отношении Na₂CO₃:шлак, равном (0,98-1,15):1, при этом выщелачивание спека в воде осуществляют с переводом силиката натрия в раствор и получение концентрата диоксида титана ведут прокаливанием осадка, полученного после солянокислотного выщелачивания, а в качестве исходного титанового шлака используют шлак восстановительной плавки ильменита.

При проведении спекания исходного шлака с кальцинированной содой при температуре 900°C в весовом отношении Na₂CO₃:шлак, равном (0,98-1,15):1, происходит превращение основного компонента шлака (TiO₂) в нерастворимый в воде титанат натрия - Na₂TiO₃, а диоксида кремния в растворимый силикат натрия, который переходит в раствор при водном выщелачивании спека, что позволяет не проводить дополнительный передел для очистки титансодержащего кека от диоксида кремния и облегчает фильтрацию пульпы, т.к. при дальнейшем выщелачивании спека в солянокислом растворе не происходит образования геля.

Проведение спекания при весовом отношении Na₂CO₃:шлак менее 0,98 не обеспечивает выщелачивания значительной части диоксида кремния в воде, что приводит при последующей обработке кека в солянокислом растворе к гелеобразованию и снижению скорости фильтрации.

Увеличение содержания соды в шихте до весового отношения Na₂CO₃: шлак более 1,15 нецелесообразно из-за оплавления избыточного количества соды и образования прочных спеков и настылей на футеровке печи, что нарушает проведение технологического процесса.

При температуре спекания шихты менее 900°C снижается степень превращения диоксида кремния в силикат натрия и, соответственно, уменьшается степень водного выщелачивания диоксида кремния. Нагрев шихты выше 900°C ведет к оплавлению соды и образованию настылей в печи.

Способ осуществляли следующим образом.

Титановый шлак, содержащий (%): TiO₂ - 82,3; Fe_общ - 4,97; SiO₂ - 2,62; Al₂O₃ - 5,89; Mn_общ - 0,87; CaO - 0,35; MgO - 0,30; Cr₂O₃ - 0,62, измельчали до размера частиц менее 50 мкм, смешивали с кальцинированной содой, взятой в отношении Na₂CO₃:шлак, равном (0,98-1,15):1, и спекали при температуре 900°C в течение 1 часа. Полученный спек измельчали и выщелачивали в воде при температуре 80°C в течение 1 часа с получением железо-титансодержащего осадка и раствора, содержащего силикат и хромат натрия. Пульпу фильтровали под вакуумом через воронку Бюхнера. Осадок, содержащий титанат натрия, гидроксид железа и частично гидроксид кремния, обрабатывали солянокислым раствором (20% HCl) при ж:т=3:1 в течение 0,5 часа при температуре кипения. Раствор, содержащий хлорид железа, отделяли от осадка, содержащего ортотитановую кислоту (H₄TiO₄) и остаток диоксида кремния. Осадок сушили и прокаливали при температуре 900°C в течение 1 часа с получением концентрата диоксида титана, содержащего (%): TiO₂ - 97,15-97,25; Fe_общ - 0,70-0,98; SiO₂ - 1,00-1,31; Al₂O₃ - 0,06; Mn_общ - 0,03; CaO - 0,07-0,10; MgO - 0,07; Na₂O - 0,1-0,28.

Результаты сравнительных испытаний известного и предлагаемого способов приведены в таблице, из которой видно, что по предлагаемому способу скорость фильтрации пульпы после солянокислого выщелачивания увеличилась до 180-240 л/м²·час по сравнению с 3,5 л/м²·час по прототипу. Извлечение диоксида титана в концентрат по предлагаемому способу составило 97,3-97,7% с получением концентрата, содержащего 97,15-97,25% TiO₂ без проведения операции дополнительной очистки.

Основным преимуществом предлагаемого способа получения концентрата диоксида титана является упрощение технологического процесса за счет:

- сокращения этапов передела за счет исключения дополнительной очистки концентрата диоксида титана от диоксида кремния в растворе гидрооксида натрия;

- повышения в 51-68 раз скорости фильтрации пульпы после солянокислого выщелачивания и, соответственно, повышения производительности реактора выщелачивания.