Технологическая линия для переработки титанового сырья

Полезная модель относится к цветной металлургии, в частности к производству губчатого титана из титансодержащего сырья. Технологическая линия для переработки титанового сырья, включает руднотермическую печь, устройство для приготовления шихты, солевой хлоратор для хлорирования с ванной гидроудаления отработанного расплава, систему конденсации парогазовой смеси, реактор с мешалкой для очистки медьсодержащим реагентом технического тетрахлорида титана, сгуститель для разделения тетрахлорида титана и медно-ванадиевой пульпы, отделение ректификационно-химической очистки технического тетрахлорида титана с кубом-испарителем, 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, приемный бак для ванадийсодержащих сточных вод, кюбель для транспортировки и загрузки медно-ванадиевой пульпы в солевую печь, линию подачи сжатого воздуха для распульповки медно-ванадиевой пульпы, солевую печь, вторую систему конденсации парогазовой смеси, при этом кюбель для транспортировки и загрузки медно-ванадиевой пульпы соединен со сгустителем, с линией подачи сжатого воздуха для распульповки медно-ванадиевой пульпы и с солевой печью, солевая печь соединена с системой конденсации, которая соединена с емкостью

для окситрихлорида ванадия. На линии подачи сжатого воздуха установлено сигнальное устройство. Это позволяет за счет включения в технологическую линию для переработки титанового сырья дополнительного оборудования для извлечения соединений ванадия и меди из медно-ванадиевой пульпы дополнительно извлекать из отходов производства окситрихлорид ванадия, а также использовать соединения меди в качестве готового продукта, а также повысить степень извлечения ванадия из титанового сырья, снизить загрязнение окружающей среды. 2 п.ф-лы, фиг.1, ист.3

Полезная модель относится к цветной металлургии, в частности к производству губчатого титана из титансодержащего сырья.

Известна технологическая линия для переработки титанового сырья (кн. Титан. Свойства, сырьевая база, физико-химические основы и способы получения. - В.А.Гармата, А.М.Петрунько, И.В.Галицкий, Ю.Г.Олесов, А.А.Сандлер. - М.: Металлургия, 1983, с.167-212, 220-277, 284-453), 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 с системой конденсации парогазовой смеси, реактор для очистки тетрахлорида титана от ванадия, герметичный отстойник, бак-сборник технического тетрахлорида титана, отделение ректификационно-химической очистки технического тетрахлорида титана, сборник очищенного от примесей тетрахлорида титана, комплекс оборудования для магниетермического получения титана.

Недостатком данной технологической линии является низкая степень очистки тетрахлорида титана от ванадия и тем самым низкое качество готового продукта. Кроме того, технологическая

линия не содержит отделение по переработке медно-ванадиевых пульп и и окситрихлорида ванадия до пентаоксида ванадия.

Известна технологическая линия для переработки титанового сырья (Патент РФ на полезную модель №72975, опубл. 10.05.2008), включающая руднотермическую печь, установку для подготовки исходного титанового сырья, соединенную через запорно-регулирующую арматуру с последовательно-установленным дозатором и приемно-накопительной емкостью ванадий-, титан-, железосодержащего техногенного сырья, смесительное устройство для приготовления шихты для хлорирования титановых шлаков, солевой хлоратор, снабженный системой конденсации парогазовой смеси, ванной гидроудаления отработанного расплава, соединенной 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 которого 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, 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.

Недостатком указанной технологической линии для переработки титанового сырья является то, что при очистке

тетрахлорида титана от ванадия методом ректификации при достижении необходимой степени очистки (95%) с отделяемым окситрихлоридом ванадия теряется значительное количество тетрахлорида титана, вследствие близости температур кипения тетрахлорида титана (130°С) и окситрихлорида ванадия (127°С). Кроме того,

Известна технологическая линия для переработки титанового сырья (кн. Тарасов А.В. - Металлургия титана.- М.:ИКЦ«Академкнига», 2003. - стр.77-88, 133-251), включающая руднотермическую печь, установку для подготовки исходного титанового сырья, смесительное устройство для приготовления шихты для хлорирования титановых шлаков, солевой хлоратор, снабженный системой конденсации парогазовой смеси и ванной гидроудаления отработанного расплава. Система конденсации включает теплообменники типа «труба в трубе», кулеры, оросительные конденсаторы, сборный бак пульпы, сгуститель, фильтр, кюбель. После системы конденсации и отделения твердых взвесей технический тетрахлорид титана, содержащий, масс.% 0,1-0,15V, 0,001-0,02Si, 0,07-0,15Cl, фосгена и хлорацетилхлоридов - 0,003-0,25, твердого остатка - 2-4 г/см³ , остальное - тетрахлорид титана, направляют на трехступенчатую очистку, сочетающую химическую очистку и ректификационную очистку. Для химической очистки сначала используют медный порошок, который подают в каскад реакторов с мешалками. В первый реактор непрерывно подают технический тетрахлорид титана, медный порошок и активированный уголь. В результате взаимодействия меди с трихлоридом ванадия образуется твердая взвесь, суспендированная в тетрахлориде титана. Суспензию направляют на фильтрацию или отстаивание. Для этого используют сгустители, из которых осажденные частицы в виде медно-ванадиевого кека

удаляют шнеком и направляют на дальнейшую переработку для доизвлечения тетрахлорида титана и ванадия. Затем тетрахлорид титана направляют в отделение ректификационно-химической очистки, где осуществляют совместную очистку трихлоридом титана. Для чего в куб-испаритель загружают алюминиевую пудру, в количестве, необходимом для получения трихлорида титана. Технологическая установка для ректификационной очистки тетрахлорида титана состоит из двух ректификационных колонн. Тетрахлорид титана из куба-испарителя в парообразном состоянии поступает в нижнюю часть колонны, поднимается вверх, встречая стекающий поток флегмы. В дефлегматоре конденсируются чистый тетрахлорид титана, часть которого отводят в сборник очищенного тетрахлорида титана, а другую часть направляют на орошение колонны в качестве флегмы. В результате работы колонн в кубах-испарителях накапливаются пульпа в виде хлороксида титана и хлороксида ванадия и других соединений, которую непрерывно отводят из куба-испарителя в емкость. Окситрихлорид ванадия направляют на получение пентаоксида ванадия. Для чего его направляют в гидрометаллургическое отделение для разложения окситрихлорида ванадия, кристаллизации метаванадата аммония и получения пентаоксида ванадия. Очищенный от примесей тетрахлорид титана поступает на получение губчатого титана магниетермическим восстановлением в аппаратах восстановления с последующей вакуумной сепарацией и переработкой блока губчатого титана на товарные фракции.

Недостатком известной технологической линии является то, что в процессе химической очистки технического тетрахлорида титана не предусмотрена переработка образующейся медно-ванадиевой пульпы в технологической линии для переработки титанового сырья. Что приводит к значительным потерям ванадия и

меди с медно-ванадиевой пульпой, к загрязнению окружающей среды техногенными отходами.

Технический результат направлен на повышение степени извлечения ванадия из медно-ванадиевых пульп за счет дальнейшей переработки меди и доизвлечения окситрихлорида ванадия из медно-ванадиевой пульпы. При этом, образующийся окситрихлорид ванадия после системы конденсации объединяется с основным потоком окситрихлорида ванадия из системы ректификации и поступает в отделение для получения пентаоксида ванадия, а соединения меди, извлекаемые из солевой печи, используют для получения медного купороса. Таким образом, технологическая линия позволяет значительно снизить количество отходов, поступающих на захоронение в окружающую среду.

Технический результат достигается тем, что предложена технологическая линия для переработки титанового сырья, включающая руднотермическую печь, устройство для приготовления шихты, солевой хлоратор для хлорирования с ванной гидроудаления отработанного расплава, систему конденсации парогазовой смеси, реактор с мешалкой для очистки медьсодержащим реагентом технического тетрахлорида титана, сгуститель для разделения тетрахлорида титана и медно-ванадиевой пульпы, отделение ректификационно-химической очистки технического тетрахлорида титана с кубом-испарителем, 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, приемный бак для ванадийсодержащих сточных вод, в которой новым является то, что она содержит кюбель для

транспортировки и загрузки медно-ванадиевой пульпы в солевую печь, линию подачи сжатого воздуха для распульповки медно-ванадиевой пульпы, солевую печь, вторую систему конденсации парогазовой смеси, при этом кюбель для транспортировки и загрузки медно-ванадиевой пульпы соединен со сгустителем, с линией подачи сжатого воздуха для распульповки медно-ванадиевой пульпы и с солевой печью, солевая печь соединена с системой конденсации, которая соединена с емкостью для окситрихлорида ванадия.

Кроме того, на линии подачи сжатого воздуха установлено сигнальное устройство для определения времени распульповки медно-ванадиевой пульпы до однородной консистенции и времени для закачки пульпы.

Включение в технологическую линию для переработки титанового сырья дополнительного оборудования для извлечения соединений ванадия и меди из медно-ванадиевой пульпы, позволяет дополнительно извлекать из отходов производства окситрихлорид ванадия, а также использовать соединения меди в качестве готового продукта. Это позволит также повысить степень извлечения ванадия из титанового сырья, снизить загрязнение окружающей среды.

На фиг.1 показана технологическая линия переработки титанового сырья.

Технологическая линия включает: руднотермическую печь 1, устройство 2 для приготовления шихты для хлорирования титановых шлаков, солевой хлоратор 3 для хлорирования с ванной гидроудаления 4 отработанного расплава, систему конденсации 5 парогазовой смеси, реактор 6 с мешалкой для предварительной очистки технического тетрахлорида ванадия медьсодержащим реагентом, сгуститель 7 для разделения медно-ванадиевой пульпы

и тетрахлорида титана, отделение 8 ректификационно-химической очистки технического тетрахлорида титана с кубом-испарителем 9, сборник 10 очищенного от примесей тетрахлорида титана, комплекс оборудования 11 для магниетермического получения титана, линию подачи сжатого воздуха 12 для распульповки медно-ванадиевой пульпы в кюбеле, сигнальное устройство 13, кюбель 14 для транспортировки и загрузки медно-ванадиевой пульпы в солевую печь 15, система конденсации 16 парогазовой смеси, емкость 17 для окситрихлорида ванадия, гидрометаллургическое отделение 18 для разложения окситрихлорида ванадия, кристаллизации метаванадата аммония и получения пентаоксида ванадия, приемный бак 19 для ванадийсодержащих сточных вод. Пример работы технологической линии.

Исходное сырье - титансодержащее сырье в виде ильменитового концентрата с содержанием TiO ₂ 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 TiO₂ 80-88 мас.%. Титановый шлак после охлаждения направляют на устройство 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 в 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 образуются хлориды металлов. Периодически - по мере увеличения вязкости,

отработанный расплав из хлоратора 3 сливают в ванну гидроудаления 4. Образующуюся в процессе хлорирования парогазовую смесь направляют в систему конденсации 5 парогазовой смеси солевого хлоратора 3 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. Находящиеся в техническом тетрахлориде титана примеси разделяют на газообразные, жидкие и твердые. Для очистки тетрахлорида титана от примесей применяют первоначально химическую очистку от ванадия, в частности медьсодержащим реагентом. Медь взаимодействует с растворенным в тетрахлориде титана окситрихлоридом ванадия по реакции:

VOCl₃+Cu=VOCl₂ +CuCl.

Образующиеся соединения ванадия и меди не растворимы в тетрахлориде титана и выпадают в осадок. Технический тетрахлорид закачивают в реактор 6 с мешалкой и одновременно загружают медный порошок. Полученную суспензию направляют в сгуститель 7 для разделения тетрахлорида титана от медно-ванадиевой пульпы. Очищенный от ванадия технический тетрахлорид титана подают в куб-испаритель 9 на дальнейшую очистку в отделение ректификационно-химической очистки 8. Из куба-испарителя 9 постоянно выгружают пульпу, содержащую окситрихлорид ванадия, в емкость. Тетрахлорид титана, очищенный от примесей, собирают в сборнике 10. Очищенный тетрахлорид титана направляют на получение металлического

титана (титановой губки) магниетермическим методом на комплекс оборудования 11 для получения губки. Из сгустителя 7 медно-ванадиевую пульпу загружают в кюбель 14 для транспортировки и загрузки медно-ванадиевой пульпы в солевую печь. В кюбель 14 одновременно подают сжатый воздух для перемешивания (распульповки) по линии подачи сжатого воздуха 12. Сигнальное устройство 13 определяет время распульповки медно-ванадиевой пульпы до однородной консистенции и время закачки пульпы. Перемешивание медно-ванадиевой пульпы до однородной консистенции проводят в течение 15 минут. Затем в течение 30 минут при одновременном перемешивании сжатым воздухом медно-ванадиевую пульпу закачивают в солевую печь 15. В солевую печь 15 также загружают смесь хлоридов натрия и калия и подают сжатый воздух. При подаче воздуха происходит резкое дехлорирование хлоридов металлов, входящих в состав медно-ванадиевой пульпы, с образованием хлора:

2MeCl_n +O₂=2MeOCI_n-2+Cl ₂+Q

Процесс проводят при температуре 350-600°С. Оксихлорид ванадия окисляется в солевой печи до образования газообразного окситрихлорида ванадия:

VOCl₂+1/2Сl ₂=VОСl₃.

Образующуюся в процессе парогазовую смесь окситрихлорида ванадия направляют во вторую систему конденсации 16 парогазовой смеси. Полученный после конденсации окситрихлорид ванадия собирают в приемную емкость 17. Окситрихлорид ванадия направляют либо на получение очищенного окситрихлорида ванадия, либо на получение пентаоксида ванадия в гидрометаллургическое отделение 18. Для получения пентаоксида ванадия технический окситрихлорид ванадия 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, маточные и промывные растворы, которые объединяют вместе в приемном баке 19 и подвергают дальнейшему обезвреживанию. Осадок метаванадата аммония подвергают прокалке с получением пентаоксида ванадия.

В солевой печи высококипящие хлориды (CuCl ₂, AlCl₃, FeCl₂ и др.) связываются с хлоридами щелочных металлов (KCI и NaCI) в нелетучие комплексные соединения и остаются в расплаве. Из солевой печи 15 выгружают твердый осадок, содержащий не менее 20,0 мас.% меди, который направляют на дальнейшую переработку, например, на получение медного купороса.

Таким образом, технологическая линия для переработки титанового сырья позволяет за счет включения в технологическую линию для переработки титанового сырья дополнительного оборудования для извлечения соединений ванадия и меди из медно-ванадиевой пульпы, позволяет дополнительно извлекать из отходов производства окситрихлорид ванадия, а также использовать соединения меди в качестве готового продукта. Это позволит также повысить степень извлечения ванадия из титанового сырья, снизить загрязнение окружающей среды.

1. Технологическая линия для переработки титанового сырья, включающая руднотермическую печь, устройство для приготовления шихты, солевой хлоратор для хлорирования с ванной гидроудаления отработанного расплава, систему конденсации парогазовой смеси, реактор с мешалкой для очистки медьсодержащим реагентом технического тетрахлорида титана, сгуститель для разделения тетрахлорида титана и медно-ванадиевой пульпы, отделение ректификационно-химической очистки технического тетрахлорида титана с кубом-испарителем, 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, приемный бак для ванадийсодержащих сточных вод, отличающаяся тем, что она содержит кюбель для транспортировки и загрузки медно-ванадиевой пульпы в солевую печь, линию подачи сжатого воздуха для распульповки медно-ванадиевой пульпы, солевую печь, вторую систему конденсации парогазовой смеси, при этом кюбель для транспортировки и загрузки медно-ванадиевой пульпы соединен со сгустителем, с линией подачи сжатого воздуха для распульповки медно-ванадиевой пульпы и с солевой печью, солевая печь соединена с системой конденсации, которая соединена с емкостью для окситрихлорида ванадия.

2. Технологическая линия по по.1, отличающаяся тем, что на линии подачи сжатого воздуха установлено сигнальное устройство.