Основы металлургии (стр. 24 )

Для алюминатных растворов в спекательных схемах применяют различные способы разложения. Один из них полная карбонизация, когда разложение раствора ведут до конца. Она применяется для слабых растворов при переработке нефелинов, в которых маточник от карбонизации поступает затем на производство соды и поташа. Для растворов более высоких концентраций (при переработке бокситов) используется неполная карбонизация. Для выщелачивания нефелиновых спеков используются содо-щелочные растворы. При разложении алюминатных растворов такие растворы получаются при последовательном сочетании карбонизации и декомпозиции.

На эффективность карбонизации (чистота и крупность получаемого гидроксида, производительность отделения и др. показатели) влияют многие факторы. Основной из них – температура. Как правило карбонизацию ведут при 80-90 °С. С понижением температуры возрастает число тонких фракций. Концентрация СО2 в очищенных топочных газах колеблется от 12 до 14%. Чем выше их концентрация, тем ниже их расход, меньше тепла теряется с отходящими газами, выше производительность карбонизаторов. На фракционный состав получаемого гидроксида существенное влияние оказывает перемешивание пульпы. При правильно подобранных режимах перемешивания полу чаемый гидроксид содержит заметно меньше щелочи и имеет равномерный гранулометрический состав. На качество гидроксида Al при карбонизации заметное влияние оказывает степень разложения алюминамного раствора.

При последовательном варианте комбинированного способа производства глинозема также возможно перерабатывать высококремнистые бокситы.

Различные способы производства Al2O3 (Байер, спекание, гидрохимические и др.) имеют в сравнении друг с другом достоинства и недостатки. В последние годы выяснилось, что сочетание двух способов (Байер-спекание, Байер-гидрохимии и т, д,) позволяет, используя все преимущества одного из них, с помощью другого свести недостатки первого к минимуму. Далее рассмотрен последовательный вариант Байер – спекание.

По этому варианту высококремнистый боксит перерабатывается в ветви Байера несмотря на большие потери глинозема и щелочи в связи с высоким содержанием SiO2 в боксите. Для возмещения потерь щелочи в байеровской ветви используется процесс спекания полученного красного шлама с содой и известняком.

Для того чтобы можно было перерабатывать в ветви спекания красный шлам есть несколько путей. Один из них предусматривает частичную замену Na2O на СаО при дозировке на образование феррита. Так при переработке тургайских бокситов, содержащих 14-16% Fe2O3 при спекании шихт на базе красных шламов известняк дозируют в шихту из расчета образования СаО*Fe2O3 и 2СаО*Fe2O3 в cooтношении 1:1 при содержании Nа2О*Fe2O3 в спеке не более 14%. Другой способ связан с использованием при спекании шламовых шихт восстановителя (угля). Часть Fe2O3 восстанавливается до FeO, который не образует ферритов натрия и кальция. Поэтому происходит расширение температурной площадки спекообразования, и сокращается расход известняка. Третий способ предполагает с целью улучшения свойств красною шлама использовать магнитную сепарацию для выделения части соединений железа из предварительно обожженного боксита.

В других модификациях последовательно-комбинированного варианта в ветви спекания используют смесь красного шлама и боксита для увелеличения каустификационной способности шихты при малом содержании Fe2O3 в шламе, а также нефелиновая руда (концентрат) с целью исключения соды как источника щелочи. Шламовые спеки характеризуются малым содержанием алюмината и большим содержанием двухкальциевого силиката. Для их выщелачивания используется двухстадийная схема выщелачивания: 1 - в трубчатых выщелачивателях, 2 - в стержневых мельницах с домолом шлама. Выходящая из мельниц пульпа классифицируется на гидроциклонах. Пески фильтруются и промываются на карусельных фильтрах, а слив поступает на згущение и промывку. Алюминатный раствор спекательной ветви направляется на обескремнивание, которое проводится до кремниевого модуля равного 250-300 в одну стадию, поскольку для разложения раствора используется декомпозиция. Необходимость в раздельном обескремнивании и разложении байеровских и спекательных растворов диктуется раздельной выпаркой для выделения содо-сульфатных солей из спекательных растворов Накопление серы в оборотной соде вызывает осложнение при спекании и способствует сокращению площадки спекообразования.

Последовательно-комбинированный вариант Байер-спекание имеет следующие достоинства: 1) потери каустика возмещаются почти полностью или частично эквивалентным количеством более дешевой соды. 2) полнее величина сквозного извлечения Al2O3, при меньшем расходе щелочи.

К недостаткам варианта следует отнести 1) большие капитальные затраты на 1 т А12О3, 2) вариант может применятся только для бокситов с умеренным содержанием Fe2O3 в связи с усложнением процесса спекания при росте содержания Fe2O3.

4.12 Руднотермическая плавка ильменитовых концентратов.

Перерабатывать ильменитовые концентраты непосредственно хлорированием для получения TiCl4, экономически весьма нецелесообразно из-за значительного расхода дорогостоящего хлopa на образование хлоридов железа и массы других примесных металлов, и трудностей утилизации большого количества хлоридных отходов производства с одновременной регенерацией хлора. Для обогащения ильменитовых концентратов применяют руднотермическую восстановительную электроплавку, в результате которой получают титановый шлак с содержа­нием ТiO2 > 80% и металл, имеющий состав, близкий к чугуну.

Механизм процессов, происходящих при этом, для ильменитового концентрата окисного типа можно выразить следую­щими уравнениями: Fe2O3∙3Ti02 + ЗС = 2Fe + ЗТiO2 + ЗСО;

2( Fe2O3∙ЗТiO2) + 9С = 4Fe + ЗТiO2 + 9СО;

Fe2O3∙3Ti02 + 4С = 2Fe + Тi3O5 + 4СО%;

Fe2O3∙3TiO2 + ЗСО = 2Fe + 3TiO2 + 3CO2,

а для ильменитового концентрата закисного типа уравнениями:

FeO∙TiO2 + С = Fe + TiO2 + CO;

2(FeO·TiO2) + ЗС = 2Fe + Тi2O3 + ЗСО:

3(FeO∙TiO2) + 4С = 3Fe + Тi3О5 + 4СО:

FeO·TiO2 + СО = Fe + TiO2 + CO2,

В ходе реакций восстановления в титановый шлак, наряду с оксидами титана, переходят оксиды других металлов, содержащиеся в концентрате: CaO, MgO, Аl2Оз, Сг2Оз, МпО и частично SiO2.

Восстановительную плавку ведут в трехфазных электродуговых печах. Источником тепла в печах является электрическая дуга, возникающая между электродом и металлом при прохож­дении тока.

Руднотермическая плавка титанового шлака имеет дующие особенности:

1.  Температура плавления титанового шлака (1600-1800°) значительно выше температуры плавления концентрата, поэтому для обеспечения процесса восстановления и удержания высокотемпературного расплава в жидком состоянии нужна значительная тепловая энергия.

2.  По мере накопления в расплаве низших оксидов повышаются температура плавления, вязкость и электропроводность расплава; печь постепенно переходит на работу в дуговом режиме.

3.  Расплавленные титановые шлаки характеризуются высокой химической агрессивностью, обусловленной повышенной концентрацией TiO2 и его низших оксидов; для сохранения футеровки печи от быстрого разрушения на стенках ванны наращивают гарнисаж из перевосстановленного (особо тугоплавкого) шлака.

4.  При обвалах шихты с верхних участков колошника печи происходит кипение шлака: шихта, попав в высокотемператуный расплав шлака, быстро прогревается и восстанавливается выделяющиеся при этом в большом количестве реакционные газы вспенивают расплав шлака, и он кипит, увеличиваясь в объёме и поднимаясь до колошника печи, а иногда и заливая его; кипение шлака наблюдается также в период довосстановления шлака при подаче в ванну печи антрацита.

Процесс плавки периодичен, причем печь может работать в полузакрытом или закрытом режимах. Более совершенный закрытый режим характеризуется протеканием восстановительной плавки без подсоса воздуха и образованием колошниковых газов с высоким (80-90%) содержанием СО, которая выполняет роль восстановителя:

2(Fe2O3∙ТiO2) + 6СО = 4Fe + 6TiO2 + 6СО2

FeO∙TiO2 + СО = Fе + ТiO2 + СО.

Титановый шлак, полученный на этом переделе, по составу и крупности должен удовлетворять следующим требованиям:

TiO2, % не менее....................................................... ……………..80

FeO, % не бол…………………...…………………5

Металлические включения, % не более…………..4

Влага, % не более...................................................... ……………8

Крупность кусков, мм не более......................... …………….200

Пределы содержания компонентов в титановых шлаках, полученных из различных типов концентратов, показаны в табице

Кроме указанных компонентов в титановых шлаках обязательно присутствуют различные количества окислов редкоземельных металлов, циркония, тантала, ниобия и др.

При плавке ильменитового концентрата в чугун переходит 96.5% Fe; 11;8% Si; 45,8% V; 0,85% Ti.

4.13 Хлорирование титанового шлака в расплаве солей.

Хлорирование титаносодержащих материалов в расплаве хлоридов щелочных и щелочноземельных металлов

В промышленности широкое применение получил метод хлорирования измельченной шихты в расплаве хлоридов щелочных и щелочноземельных элементов. Этот способ по сравнению с другими имеет следующие преимущества;

1. Благодаря исключению переделов брикетирования и коксования упрощается в целом технологическая схема,.

2.  Интенсивный барботаж обеспечивает эффективный массо - и теплообмен и высокую удельную производительность. Наиболее просто решается вопрос терморегулирования процесса.

3.  За счет увеличения парциальной упругости в парогазовой смеси упрощается процесс конденсации TiCl4.

4.  Из-за возможности ведения процесса при более низкой температуре технический TiCl4 меньше загрязнен хлоридами алюминия, железа, кремния, серо - и углеродсодержащими opганическими примесями, что облегчает последующую его очистку.

5. К титаносодержащем у сырью предъявляются менее жесткие требования по содержанию оксидов натрия, калия, магния и кальция.

6. Хлорирование в расплаве идет преимущественно с образованием СО2 а не СО, что исключает образование взрывоопасных смесей и упрощает эксплуатацию оборудования.