Технологическая линия для переработки титанового сырья

Предлагаемая полезная модель относится к области металлургии, в частности к металлургии титана и ванадия, и может быть конкретно использована на существующих титано-магниевых производствах для получения металлического титана - титановой губки, соединений ванадия -VОСl₃ и V₂ O₅, для переработки и обезвреживания образующихся многокомпонентных полиметаллических отходов производства. Задачей предлагаемой полезной модели является увеличение удельной мощности технологической линии по ванадию при одновременном решении природоохранных вопросов. Технический результат, который может быть получен при реализации полезной модели, заключается в предотвращении загрязнения окружающей среды высокотоксичными отходами производства и обеспечении увеличения объема выпуска товарных соединений ванадия - VОСl ₃ и/или V₂O₅ . Поставленная задача решается с достижением вышеуказанного технического результата предлагаемой полезной моделью -«Технологической линией для переработки титанового сырья», включающей 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 посторонних металлов 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. Новым в предлагаемой полезной модели является то, что установка для подготовки исходного титанового сырья имеет соединения через запорно-регулирующую арматуру с последовательно-установленным дозатором и приемно-накопительной емкостью ванадий-, титан-, железосодержащего техногенного сырья. Ванна гидроудаления отработанного расплава имеет соединение с циркуляционным баком, на крышке которого имеется патрубок, соединенный с трубопроводом ванадийсодержащих сточных вод процесса получения метаванадата аммония, нижний слив циркуляционного бака соединен с реактором для нейтрализации и обезвреживания растворов и сточных вод, на крышке реактора имеется патрубок для подвода известкового молока, слив образующейся в реакторе оксигидратной пульпы направлен на фильтр-пресс, вывод из которого очищенного от тяжелых металлов хлоридного раствора направлен в канализацию.

Предлагаемая полезная модель относится к области металлургии, в частности к металлургии титана и ванадия, и может быть конкретно использована на существующих титано-магниевых производствах для получения металлического титана - титановой губки, соединений ванадия - VОСl₃ и V₂ O₅, для переработки и обезвреживания образующихся многокомпонентных полиметаллических отходов производства.

Известна (В.В.Сергеев, Н.В.Галицкий, В.П.Киселев, В.М.Козлов. Металлургия титана. М.: Металлургия, 1971-320 с.) «Технологическая линия для переработки титанового сырья», включающая руднотермическую печь для восстановительной плавки ильменитовых концентратов с получением титановых шлаков, солевой хлоратор, систему конденсации парогазовой смеси с получением технического тетрахлорида титана, отделение (участок) ректификационно-химической очистки технического TiCl₄ от примесей, в том числе от соединений ванадия, комплекс оборудования для магниетермического получения металлического титана (титановой губки).

Недостатком известной технологической линии является отсутствие в ее составе специализированного отделения (участка или установки) для избирательного извлечения ванадия. Другим недостатком является отсутствие в составе технологической линии необходимого оборудования для переработки и обезвреживания хлоридных отходов производства тетрахлорида титана, образующихся в солевом хлораторе.

Аналогичные технологические линии, обладающие вышеуказанными недостатками, описаны также в других источниках информации (В.А.Гармата, Б.С.Гуляницкий, В.Ю.Крамник и др. Металлургия титана.

М.: Металлургия, 1968 - 644 с.; В.В.Сергеев, А.Б.Безукладников, В.М. Малыпин. Металлургия титана. М.: Металлургия, 1979 - 264 с.;

В.А.Гармата, А.И.Петрунько, Н.В.Галицкий и др. Титан. М.: Металлургия, 1983-580 с.).

Из известных аналогов наиболее близким по технической сущности и достигаемому при этом техническому результату является известная (А.В. Тарасов. Металлургия титана. М.: ИКЦ «Академкнига», 2003 - 326 с.) «Технологическая линия для переработки титанового сырья» - принята за ПРОТОТИП.

Технологическая линия для переработки титанового сырья по прототипу включает 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 посторонних металлов 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.

Технологическая линия по прототипу обеспечивает:

- получение высококачественной титановой губки, соответствующей по всем показателям материалам авиакосмического назначения;

- избирательное извлечение из исходного сырья соединений ванадия и его получение в форме товарных продуктов - окситрихлорида ванадия - VОСl ₃ и/или пентаоксида ванадия - V₂O ₅.

Недостатком технологической линии по прототипу является отсутствие в ее составе оборудования для переработки и обезвреживания

отходов производства, образующихся в процессе хлорирования титановых шлаков и при очистке технического тетрахлорида титана от примесей, в том числе ванадийсодержащих отходов.

Другим недостатком технологической линии по прототипу является сравнительно небольшой объем выпуска товарных соединений ванадия -VОСl₃ и/или V₂ O₅, что связано с низкой концентрацией соединений ванадия в исходном перерабатываемом сырье - ильменитовом концентрате.

Задачей предлагаемой полезной модели является увеличение удельной мощности технологической линии по ванадию при одновременном решении природоохранных вопросов.

Технический результат, который может быть получен при реализации полезной модели, заключается в предотвращении загрязнения окружающей среды высокотоксичными отходами производства и обеспечении увеличения объема выпуска товарных соединений ванадия - VOCL ₂ и/или V₂O₅ .

Поставленная задача решается с достижением вышеуказанного технического результата предлагаемой полезной моделью -«Технологической линией для переработки титанового сырья» (см. рис.), включающей руднотермическую печь (1), снабженную установкой для подготовки исходного титанового сырья (2), смесительное устройство для приготовления шихты для хлорирования титановых шлаков (3), солевой хлоратор (4), снабженный ванной гидроудаления (5) отработанного расплава, системой конденсации парогазовой смеси (6), отделение ректификационно-химической очистки технического тетрахлорида титана (7), сборник очищенного от примесей посторонних металлов тетрахлорида титана (8) и емкость для окситрихлорида ванадия (9), комплекс оборудования для магниетермического получения титана (10), гидрометаллургическое отделение для разложения окситрихлорида ванадия, кристаллизации метаванадата аммония и получения пентаоксида ванадия (11). Новым в предлагаемой полезной модели является то, что установка для подготовки исходного титанового сырья имеет соединения через запорно-регулирующую

арматуру (12) с последовательно-установленным дозатором (13) и приемно-накопительной емкостью ванадий-титан-железосодержащего техногенного сырья (14). Ванна гидроудаления отработанного расплава (5) имеет соединение с циркуляционным баком (15), на крышке которого имеется патрубок (16), соединенный с трубопроводом ванадийсодержащих сточных вод процесса получения метаванадата аммония, нижний слив циркуляционного бака (15) соединен с реактором для нейтрализации и обезвреживания растворов и сточных вод (17), на крышке реактора имеется патрубок для подвода известкового молока, слив образующейся в реакторе оксигидратной пульпы направлен на фильтр-пресс (18), вывод из которого очищенного от тяжелых металлов хлоридного раствора направлен в канализацию.

Вышеперечисленная совокупность оборудования по предлагаемому техническому решению обеспечивает, с одной стороны, повышение объема выпуска товарных соединений ванадия, а с другой стороны, позволяет предотвратить загрязнение окружающей среды отходами производства, образующимися при хлорировании титановых шлаков и при получении товарных соединений ванадия.

РЕАЛИЗАЦИЯ ПРЕДЛАГАЕМОЙ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ

Разработанная технологическая линия работает и эксплуатируется следующим образом.

В установку (2) для подготовки титанового сырья загружают углеродный восстановитель (нефтяной или пековый кокс), исходное титановое сырье, например ильменитовый концентрат, а из приемно-накопительной емкости (14) через дозатор (13) и запорно-регулирующую арматуру (12) в установку (2) загружают V-Ti-Fe-содержащее техногенное оксидное сырье - различные отходы и/или промпродукты производства, содержащие 1-5% V₂O₅. Количество техногенного сырья (отходов

производства), загружаемого в установку (2), составляет 3-15% от массы исходного титанового сырья (ильменитового концентрата). После тщательного перемешивания полученную композицию подают в руднотермическую печь (1). Восстановительную руднотермическую плавку ведут при 1800-2000°С. В результате плавки железо (II и III) восстанавливается до металла и преимущественно образует собственную фазу - чугун. В чугун также переходит до 10-20% ванадия и небольшое количество примесей легирующих металлов - Ti, Cr, Мn, редких и рассеянных металлов. По окончании процесса плавки титановый шлак охлаждают, дробят, измельчают и загружают в смесительное устройство (3), куда также загружают хлориды натрия и/или калия. Загруженную композицию перемешивают до образования однородной массы и затем непрерывно или периодически подают в солевой хлоратор (4). Хлорирование ведут при 750-800°С. Периодически - по мере увеличения вязкости, расплав из хлоратора (4) сливают в ванну гидроудаления (5). Образующуюся в процессе хлорирования парогазовую смесь подают в систему конденсации (6). Технический тетрахлорид титана, выделяющийся - сконденсировавший в системе конденсации (6) направляют в отделение ректификационно-химической очистки TiCl₄ (7). Тетрахлорид титана, очищенный от примесей, собирают в сборнике (8), а окситрихлорид ванадия - в емкости (9). Очищенный TiCl₄ направляют на получение металлического титана (титановой губки) магниетермическим методом (10). Окситрихлорид ванадия частично реализуют у потребителей как товарный продукт и частично направляют на специализированный гидрометаллургический участок (отделение) (11) для разложения VОСl₃, кристаллизации NH₄VO₃, отделения осадка от маточного раствора и его промывки. Промводы и маточные растворы направляют (перекачивают) в циркуляционный бак (15) через патрубок (16). При циркуляции раствора (пульпы) в системе ванна гидроудаления (5) - циркуляционный бак (15) происходит концентрирование раствора и после 5-6 циклов циркуляции - образование насыщенного по

сумме хлоридов металлов раствора. Полученный раствор (пульпу) из циркуляционного бака (15) подают (закачивают) в реактор (17) с мешалкой для нейтрализации раствора и осаждения суммы оксигидратов металлов. Для этого в реактор (17) через специальный патрубок подают известковое молоко (80-150 г CaO/дм ³). Образующуюся в реакторе (17) оксигидратную пульпу направляют (закачивают) на фильтр-пресс (18), очищенный от ионов тяжелых металлов (Fe, Cr, Мn, V и др.) и небольших количеств Ti, Al и др. хлоридный раствор сбрасывают в цеховую канализацию. Осадок суммы оксигидратов металлов после заполнения рам - фильтра-пресса (18) сбрасывают сначала в корыто фильтр-пресса, затем в кюбеля, после чего этот осадок вывозят на захоронение в отвал, либо направляют на утилизацию - на получение строительных материалов, на дополнительное извлечение ценных компонентов и т.п.

Реализация предлагаемой полезной модели в вышеуказанных условиях обеспечивает:

- значительное увеличение мощности технологической линии по ванадию и, как следствие, дает возможность существенно (в несколько раз) увеличить выпуск товарных соединений ванадия - VОСl ₃ и/или V₂O₅ ;

- утилизацию на стадии руднотермической плавки высокотоксичных ванадийсодержащих отходов производства, как техногенного сырья;

- переработку и обезвреживание отходов, образующихся при хлорировании титановых шлаков и одновременно - сточных вод ванадиевого производства - маточных растворов и промвод метаванадата аммония.

Технологическая линия для переработки титанового сырья

1 - руднотермическая печь;

2 - установка для подготовки исходного титанового сырья;

3 - смесительное устройство для приготовления шихты для хлорирования титановых шлаков;

4 - солевой хлоратор;

5 - ванна гидроудаления отработанного расплава;

6 - система конденсации парогазовой смеси;

7 - отделение ректификационно-химической очистки технического тетрахлорида титана;

8 - сборник очищенных от примесей посторонних металлов тетрахлорида титана;

9 - емкость для окситрихлорида ванадия;

10 - комплекс оборудования для магниетермического получения титана;

11 - гидрометаллургическое отделение для разложения VОСl₃, кристаллизации NH₄VO₃ и получения V₂O₅;

12 - запорно-регулирующая арматура;

13 - дозатор;

14 - приемно-накопительная емкость ванадий-, титан-, железосодержащего техногенного сырья;

15 - циркуляционный бак;

16 - патрубок, подсоединяющий трубопровод с ванадийсодержащими сточными водами процесса получения NH₄VO ₃ и V₂O₅ из VOCl₃;

17 - реактор для нейтрализации и обезвреживания растворов и сточных вод;

18 - фильтр-пресс.

Технологическая линия для переработки титанового сырья, 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 посторонних металлов 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, отличающаяся тем, что установка для подготовки исходного титанового сырья имеет соединение через запорно-регулирующую арматуру с последовательно-установленным дозатором и приемно-накопительной емкостью ванадий-, титан-, железосодержащего техногенного сырья, ванна гидроудаления отработанного расплава имеет соединение с циркуляционным баком, на крышке которого имеется патрубок, соединенный с трубопроводом ванадийсодержащих сточных вод процесса получения метаванадата аммония, нижний слив циркуляционного бака соединен с реактором для нейтрализации и обезвреживания растворов и сточных вод, на крышке реактора имеется патрубок для подвода известкового молока, слив, образующейся в реакторе оксигидратной пульпы, направлен на фильтр-пресс, вывод из которого очищенного от тяжелых металлов хлоридного раствора направлен в канализацию.