Поточная линия для комплексной переработки титаносодержащего полиметаллического сырья

Предлагаемая полезная модель относится к области металлургии и, в частности, к производству титана и ванадия и может быть использована для комплексной переработки различного титанового и ванадиевого сырья, для обезвреживания отходов и промпродуктов производства с получением товарных продуктов. Задачей предлагаемой полезной модели является повышение комплексности использования сырья и создание условий, обеспечивающих предотвращение загрязнения окружающей природной среды высокотоксичными отходами производства. Технический результат, который может быть достигнут при реализации предлагаемого технического решения, заключается в извлечении и утилизации из отходов производства ценных компонентов - ванадия, титана, железа, хрома, марганца и др. и в увеличении объема и номенклатуры выпускаемой товарной продукции. Поставленная задача решается с достижением вышеуказанного технического результата предлагаемой полезной моделью - «Поточной линией для комплексной переработки титансодержащего полиметаллического сырья», включающей устройство для приготовления композиционной смеси и ее подачи в руднотермическую печь, оборудование для дробления и измельчения титанового шлака, установку для получения шихты, солевой хлоратор, оборудованный устройством для загрузки шихты и снабженный ванной гидроудаления отработанного хлоридного расплава, системой конденсации парогазовой смеси, сборную емкость для технического тетрахлорида титана, отделение ректификационно - химической очистки технического тетрахлорида титана от вредных примесей, бак для очищенного от примесей тетрахлорида титана, емкость для окситрихлорида ванадия, систему технологического оборудования для магниетермического

производства титана, участок для разложения окситрихлорида ванадия с получением пентаоксида ванадия. Новым в предлагаемой полезной модели является то, что устройство для приготовления композиционной смеси имеет соединение с дозировочным баком и накопительной емкостью для ванадий-титан - железосодержащих оксидных отходов производства, установка для получения шихты соединена с бункерами - дозаторами ванадий-титановых концентратов, вывод хлоридной пульпы из ванны гидроудаления солевого хлоратора направлен в циркуляционный бак для получения концентрированных хлоридных растворов, нижний патрубок циркуляционного бака имеет соединение с фильтр - прессом - I, выход раствора с фильтр-пресса - I направлен в расходно-накопительный бак, имеющий соединение с реактором для нейтрализации раствора и осаждения суммы оксигидратов металлов, на крышке реактора имеется патрубок для трубопроводного соединения с баком-сборником маточных растворов и промвод метаванадата аммония, другой патрубок соединен с дозатором раствора гидроксида натрия и баком для приготовления раствора гидроксида натрия, патрубок нижнего слива реактора соединен с фильтр-прессом - II для выделения из пульпы оксигидратного осадка и его промывки, слив очищенного на фильтр-прессе раствора направлен в канализацию, корыто фильтр-пресса - II имеет соединение с последовательно установленными сушильной камерой и прокалочной печью.

Предлагаемая полезная модель относится к области металлургии и, в частности, к производству титана и ванадия и может быть использована для комплексной переработки различного титанового и ванадиевого сырья, для обезвреживания отходов и промпродуктов производства с получением товарных продуктов.

Известная поточная линия для комплексной переработки титансодержащего полиметаллического сырья с получением различных товарных продуктов (М.К.Байбеков, В.Д.Попов, И.М.Чепрасов. Производство четыреххлористого титана. М.: Металлургия, 1987 - 128 с.), включающая в своем составе установки, отделения, участки, переделы и т.п., в частности:

- установку для подготовки исходного сырья (ильменитового концентрата - FеТiO ₃);

- электропечь для восстановительной руднотермической плавки титансодержащего сырья (ильменитовых концентратов) с получением титанового шлака и товарного продукта - чугуна, легированного примесями ванадия, титана, марганца, хрома и др.;

- устройство для приготовления шихты;

- солевой хлоратор для хлорирования титановых шлаков, оборудованный устройством для периодического слива отработанного расплава;

- систему конденсации парогазовой смеси, предусматривающую получение технического тетрахлорида титана, загрязненного примесями окситрихлорида ванадия (VОСl ₃) и хлоридами других металлов;

- отделение ректификационно - химической очистки технического TiCl₄ от примесей, в том числе от примесей VОСl₃ ;

- сборная емкость и баки для очищенного TiCl ₄ и соединений ванадия - окситрихлорида ванадия;

- участок для гидрометаллургической переработки окситрихлорида ванадия и/или пентаоксида ванадия;

- отделение по переработке расплавов титановых хлораторов с извлечением и концентрированием скандия, очистке скандия от примесей с получением товарного Sс ₂O₃;

Недостатком известной «Поточной линии для комплексной переработки титансодержащего полиметаллического сырья» является отсутствие в ее составе оборудования для нейтрализации кислых стоков, образующихся в производстве оксида скандия, для обезвреживания отработанных расплавов от токсичных металлов, для очистки ванадийсодержащих сточных вод, отсутствует также комплекс оборудования для дополнительного получения товарных VОСl₃ и/или V₂ O₅.

Из известных аналогов наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату является известная (А.В.Тарасов. Металлургия титана. М.: ИКЦ «Академкнига», 2003 - 328 с.) «Поточная линия для комплексной переработки титансодержащего полиметаллического сырья» - принята за ПРОТОТИП.

Поточная линия для комплексной переработки титансодержащего полиметаллического сырья по прототипу включает в себя устройство для приготовления композиционной смеси и ее подачи в руднотермическую печь, оборудование для дробления и измельчения титанового шлака, установку для получения шихты, солевой хлоратор, оборудованный устройством для загрузки шихты и снабженный ванной гидроудаления отработанного хлоридного расплава и системой конденсации парогазовой смеси, сборную емкость для технического тетрахлорида титана, отделение ректификационно- химической очистки технического тетрахлорида титана

от вредных примесей, бак для очищенного от примесей тетрахлорида титана, емкость для окситрихлорида ванадия, систему технологического оборудования для магниетермического производства титана, участок для разложения окситрихлорида ванадия с получением пентаоксида ванадия.

Поточная линия по прототипу обеспечивает получение из исходного сырья товарного металлического титана - титановой губки для последующего производства на ее основе различных конструкционных материалов авиакосмического назначения. Кроме того, Поточная линия по прототипу позволяет избирательно извлекать из исходного сырья - ильменитовых концентратов соединения ванадия и выпускать их в форме товарных продуктов - окситрихлорида ванадия (VОСl ₃) и/или пентаоксида ванадия - V₂ О₅.

Недостатками поточной линии по прототипу являются неудовлетворительная комплексность использования минерального сырья, образование большого количества высокотоксичных отходов производства, переработка и обезвреживание которых в известной поточной линии не предусмотрены. В частности, в Поточной Линии по прототипу отсутствует необходимое оборудование для переработки и утилизации отработанного расплава солевых хлораторов, отсутствует оборудование для очистки и обезвреживания ванадийсодержащих сточных вод.

Задачей предлагаемой полезной модели является повышение комплексности использования сырья и создание условий, обеспечивающих предотвращение загрязнения окружающей природной среды высокотоксичными отходами производства.

Технический результат, который может быть достигнут при реализации предлагаемого технического решения, заключается в извлечении и утилизации из отходов производства ценных компонентов - ванадия, титана, железа, хрома, марганца и др. и в увеличении объема и номенклатуры выпускаемой товарной продукции.

Поставленная задача решается с достижением вышеуказанного технического результата предлагаемой полезной моделью - «Поточной линией для комплексной переработки титансодержащего полиметаллического сырья», включающей (см. рис.) устройство для приготовления композиционной смеси (1) и ее подачи в руднотермическую печь (2), оборудование для дробления и измельчения титанового шлака (3), установку для получения шихты (4), солевой хлоратор (5), оборудованный устройством для загрузки шихты (6) и снабженный ванной гидроудаления отработанного хлоридного расплава (7), системой конденсации парогазовой смеси (8), сборную емкость для технического тетрахлорида титана (9), отделение ректификационно - химической очистки технического тетрахлорида титана от вредных примесей (10), бак для очищенного от примесей тетрахлорида титана (11), емкость для окситрихлорида ванадия (12), систему технологического оборудования для магниетермического производства титана (13), участок для разложения окситрихлорида ванадия с получением пентаоксида ванадия (14). Новым в предлагаемой полезной модели является то, что устройство для приготовления композиционной смеси (1) имеет соединение с дозировочным баком (15) и накопительной емкостью (16) для ванадий - титан - железосодержащих оксидных отходов производства, установка для получения шихты (4) соединена с бункерами - дозаторами (17) ванадий-титановых концентратов, вывод хлоридной пульпы из ванны гидроудаления (7) солевого хлоратора (5) направлен в циркуляционный бак (18) для получения концентрированных хлоридных растворов, нижний патрубок циркуляционного бака имеет соединение с фильтр - прессом I (19), выход раствора с фильтр-пресса I (19) направлен в расходно-накопительный бак (20), имеющий соединение с реактором для нейтрализации раствора и осаждения суммы оксигидратов металлов (21). На крышке реактора имеется патрубок для трубопроводного соединения с баком-сборником (22) маточных растворов и промвод метаванадата аммония, другой патрубок соединен с дозатором раствора гидроксида натрия (23) и

баком для приготовления раствора гидроксида натрия (24), патрубок нижнего слива реактора (21) соединен с фильтр-прессом II (25) для выделения из пульпы оксигидратного осадка и его промывки, слив очищенного на фильтр-прессе раствора направлен в канализацию, корыто (26) фильтр-пресса II (25) имеет соединение с последовательно установленными сушильной камерой (27) и прокалочной печью (28).

Совокупность вышеперечисленного оборудования и определенная последовательность соединения между собой этого оборудования обеспечивают:

- повышение комплексности использования минерального сырья;

- увеличение объема выпуска товарных соединений ванадия;

- повышение объема и номенклатуры выпускаемых товарных продуктов;

- переработку и обезвреживание практически всех токсичных отходов;

- предотвращение загрязнения окружающей природной среды токсичными металлами.

РЕАЛИЗАЦИЯ ПРЕДЛАГАЕМОЙ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ

В устройство (1) для приготовления композиционной смеси (для последующей электроплавки в руднотермической печи (2) загружают углеродный восстановитель (нефтяной или пековый кокс), титансодержащее полиметаллическое сырье, например ильменитовый концентрат (FеТiO₃, содержащий примеси V, Cr, Mn, Sc, Nb, Та и др.). Из накопительной емкости (16) через дозировочный бункер (15) в устройство (1) загружают ванадий-титан-железосодержащие оксидные отходы производства, которые в данном случае являются техногенным сырьем, содержащем 1-10% V₂ O₅ и примеси других металлов. В устройстве (1) композиционную смесь перемешивают и подают в руднотермическую печь (2), в которой при 1800-2000°С происходит

электроплавка, сопровождающаяся окислительно-восстановительными реакциями, в результате которых железо преимущественно переходит в чугун, легированный примесями цветных, редких и рассеянных металлов. Шлак при этом обогащается по ТiO₂ и соединениями ванадия. По окончании восстановительной руднотермической плавки из электропечи (2) сливают чугун и отгружают потребителям, титановый шлак, содержащий 80-88% ТiO₂ и примеси ванадия, хрома, марганца, редких и рассеянных металлов (Sc, Nb, Та и др.) охлаждают, дробят, измельчают (3) и загружают в установку (4) для получения шихты, в которую также загружают из бункера-дозатора (17) ванадий-титановые концентраты (10-30% V₂ O₅) и хлорида натрия и/или калия, в качестве которых могут быть использованы отработанные электролиты магниевых электролизеров, работающих на карналлитовом сырье. Шихту в установке (4) перемешивают и подают (загружают) в солевой хлоратор (5). Периодически - по мере увеличения вязкости расплава в хлораторе и накопления в расплаве непрохлорированного остатка, расплав из хлоратора сливают в воду - в ванну гидроудаления отработанного расплава при соотношении вода (оборотные растворы): расплав = (8-12):1. Парогазовую смесь, образующуюся в верхней части хлоратора (5) направляют в систему конденсации (8), выделяющийся технический тетрахлорид титана собирают в сборнике (9), откуда его направляют в отделение (10) для ректификационно - химической очистки от примесей, в том числе от примесей соединений ванадия. В результате совокупности сложных физико-химических процессов и химических реакций получают и выделяют очищенный от примесей посторонних металлов тетрахлорид титана, который собирают в баке (11) и окситрихлорид ванадия - VОСl₃, который накапливают в емкости (12). Очищенный от примесей тетрахлорид титана из бака (11) направляют в систему (13) технологического оборудования для магниетермичского получения металлического титана - титановой губки. Окситрихлорид ванадия из емкости (12) направляют на участок (14) для разложения VOСl₃ и последующего получения товарного

пентаоксида ванадия - V ₂O₅. Образующиеся при этом ванадийсоержащие сточные воды - маточные растворы и промводы метаванадата аммония (NH₄VO₃) собирают в баке - сборнике (22), из которого затем эти стоки подают (закачивают) в циркуляционный бак (18), в который сливают (перекачивают) из ванны гидроудаления (7) раствор (пульпу), образующийся в результате «гидроразмыва» отработанного расплава, т.е. в результате растворения солевой фазы расплава в воде и/или оборотных растворах. Циркуляцию раствора (пульпы) в системе ванна гидроудаления (7) -циркуляционный бак (18) ведут 4-6 раз до образования насыщенного по сумме хлоридов металлов растворов (плотностью 1,21-1,24 кг/дм ³), после чего этот раствор (пульпу) закачивают на фильтр-пресс - I (19) для выделения нерастворимого остатка (TiO ₂, Аl₂О₃, SiO ₂, углерод и др.), который после разгрузки фильтр-пресса I (19) вывозят в отвал, как водонерастворимую, пригодную для длительного хранения, нетоксичную форму отходов. Раствор, содержащий хлориды Na, К, Fe, Cr, Mn, V, Ti, Al, Sc, Th и др. после фильтр-пресса -1 (19) собирают (накапливают) в расходно-накопительном баке (20), откуда этот раствор направляют в реактор с мешалкой (21), в который из бака (24) и дозатора (23) подают при непрерывном перемешивании раствор гидроксида натрия (80-150 г/дм ³). Образующуюся оксигидратную пульпу фильтруют на фильтр-прессе - II (25), очищенный и обезвреженный от ионов металлов хлоридный раствор и промводы, содержащие преимущественно КСl, NaCl, MgCl ₂, CaCl₂ сбрасывают в канализацию. Осадок суммы оксигидратов металлов после промывки выгружают с рам фильтр-пресса (26) и затем направляют сначала в сушильную камеру (27), а затем в прокалочную печь (28). Образующийся в результате прокалки полиметаллический концентрат (Fe-Cr-Mn-концентрат с примесями Al, Zr, Sc и др.) отгружают потребителям для производства легированных сталей.

Таким образом, в результате реализации предложенной полезной модели - «Поточной технологической линии для комплексной переработки титансодержащего полиметаллического сырья» в технологический процесс одновременно вовлекаются: ильменитовый концентрат, твердые оксидные ванадий-титан-железосодержащие отходы производства (шламы, осадки, кеки и т.п.) и ванадий-титановые концентраты, например промпродукты и/или отходы феррованадиевого производства и т.п. В качестве товарных продуктов получают: титановую губку, окситрихлорид ванадия и/или пентаоксид ванадия и полиметаллический Fe-Cr-Mn - концентрат. При этом происходит обезвреживание от токсических металлов практически всех жидких отходов производства и предотвращается загрязнение окружающей природной среды вредными веществами, исключается сброс в канализацию растворов и сточных вод, содержащих токсичные металлы.

Поточная линия для комплексной переработки титансодержащего полиметаллического сырья

1 - устройство для приготовления композиционной смеси;

2 - руднотермическая печь;

3 - оборудование для дробления и измельчения титанового шлака;

4 - установка для получения шихты;

5 - солевой хлоратор;

6 - устройство для загрузки шихты;

7 - ванна для гидроудаления отработанного хлоридного расплава;

8 - система конденсации парогазовой смеси;

9 - сборная емкость для технического тетрахлорида титана;

10 - отделение ректификационно - химической очистки технического тетрахлорида титана от вредных примесей;

11 - бак для очищенного от примесей тетрахлорида титана;

12 - емкость для окситрихлорид ванадия;

13 - система технологического оборудования для магниетермического производства титана;

14 - участок для разложения окситрихлорид ванадия с получением пентаоксида ванадия;

15 - дозирововчный бункер;

16 - накопительная емкость для ванадий-титан-железосодержащих оксидных отходов производства;

17 - бункер-дозатор ванадий-титановых концентратов;

18 - циркуляционный бак хлоридной пульпы и полученных концентрированных растворов;

19 - фильтр-пресс I для очистки концентрированных хлоридных растворов от взвешенных частиц;

20 - расходно-накопительный бак;

21 - реактор с мешалкой для осаждения суммы оксигидратов металлов;

22 - бак-сборник маточных растворов и сточных вод, образующихся при получении NH₄VO ₃;

23 - дозатор раствора гидроксида натрия;

24 - бак для приготовления раствора гидроксида натрия;

25 - фильтр-пресс II для выделения из пульпы оксигидратного осадка;

26 - корыто фильтр-пресса;

27 - сушильная камера;

28 - прокалочная печь.

Поточная линия для комплексной переработки титансодержащего полиметаллического сырья, включающая устройство для приготовления композиционной смеси и ее подачи в рудно-термическую печь, оборудование для дробления и измельчения титанового шлака, установку для получения шихты, солевой хлоратор, оборудованный устройством для загрузки шихты и снабженный ванной гидроудаления отработанного хлоридного расплава и системой конденсации парогазовой смеси, сборную емкость для технического тетрахлорида титана, отделение ректификационно-химической очистки технического тетрахлорида титана от вредных примесей, бак для очищенного от примесей тетрахлорида титана, емкость для окситрихлорида ванадия, систему технологического оборудования для магниетермического производства титана, участок для разложения окситрихлорида ванадия с получением пентаоксида ванадия, отличающаяся тем, что устройство для приготовления композиционной смеси имеет соединение с дозировочным баком и накопительной емкостью для ванадий-титан-железосодержащих оксидных отходов производства, установка для получения шихты соединена с бункерами-дозаторами ванадий-титановых концентратов, вывод хлоридной пульпы из ванны гидроудаления хлоратора направлен в циркуляционный бак для получения концентрированных хлоридных растворов, нижний патрубок циркуляционного бака имеет соединение с фильтр-прессом I, выход раствора с фильтр-пресса I направлен в расходно-накопительный бак, имеющий соединение с реактором для нейтрализации раствора и осаждения суммы оксигидратов металлов, на крышке реактора имеется патрубок для трубопроводного соединения с баком-сборником маточных растворов и промвод метаванадата аммония, другой патрубок соединен с дозатором раствора гидроксида натрия и баком для приготовления раствора гидроксида натрия, патрубок нижнего слива реактора соединен с фильтр-прессом II для выделения из пульпы оксигидратного осадка и его промывки, слив очищенного на фильтр-прессе раствора направлен в канализацию, корыто фильтр-пресса II имеет соединение с последовательно установленными сушильной камерой и прокалочной печью.