Электромонтаж Ремонт и отделка Укладка напольных покрытий, теплые полы Тепловодоснабжение

Переработка титановых концентратов

01.02.2020

Вскрытие титановых концентратов


Способ разложения рудных титановых концентратов определяется составом сырья и тем, какие химические соединения желательно получить. Исходным сырьем в большинстве случаев служит ильменитовый концентрат, а продуктами его переработки — двуокись титана, применяемая в производстве твердых сплавов и белых пигментов, и четыреххлористый титан, служащий в настоящее время основным сырьем для получения металлического титана.

Способы разложения титановых концентратов могут быть классифицированы следующим образом:

1) сернокислотное разложение концентрата;

2) хлорирование концентрата;

3) восстановление концентрата;

4) сплавление с сульфатами щелочных металлов

Из всех перечисленных способов вскрытия титановых концентратов наиболее широко используются в промышленности способы разложения серной кислотой и хлорирование.

При растворении ильменитового концентрата в серной кислоте титан и железо переходят в раствор. После очистки раствора от железа титан гидролизом выделяют в виде метатитановой кислоты, после прокалки которой получают двуокись титана.

Процесс разложения титанового концентрата серной кислотой можно осуществить тремя способами — твердофазным, жидкофазным и среднефазным.

При твердофазном способе разложение ведут концентрированной серной кислотой при температуре 200—250°, получая твердые продукты. Степень разложения порядка 95%; длительность операции 5—10 минут.

При жидкофазном способе разложение ведут 55—65%-ной серной кислотой при температуре 130—140°; длительность операции 12—16 часов.

При среднефазном способе разложение ведут 75—80%-ной серной кислотой; длительность процесса 6—8 час., степень разложения 85—90%- На практике главным образом применяют твердофазный метод, так как он обладает рядом преимуществ перед другими способами: наибольшая полнота разложений; скорость процесса, наилучшее качество растворов для последующего гидролиза.

Вскрытие ильменитовых и рутиловых концентратов способом хлорирования производят для того, чтобы получить четыреххлористый титан, употребляемый для производства металла. Хлорируют различные продукты — смесь концентрата с углем, титанистые шлаки, техническую двуокись титана или карбид титана. Хлорид титана легко поддается очистке перегонкой, что дает возможность получать из него металл высокой чистоты.

Способ восстановления ильменитового концентрата применяют либо в качестве предварительной операции получения технической окиси титана для переработки ее на четыреххлористый титан, либо для получения шлака от процесса восстановления концентрата с углем, содержащего 70—80% TiO2, который может служить исходным сырьем для получения четыреххлористого титана или чистой двуокиси титана.

Ильменитовый концентрат можно восстанавливать водородом, углем или окисью углерода; железо восстанавливается до металла, а титан остается в виде смеси окислов. Отделение железа от двуокиси титана производят электромагнитной сепарацией.

Производство двуокиси титана


Основными стадиями технологического процесса производства двуокиси титана является разложение концентрата серной кислотой, очистка раствора от железа, гидролиз с целью осаждения титана из раствора и прокаливание осадка метатитановой кислоты до двуокиси титана. На рис. 197 приведена схема производства двуокиси титана по твердофазному методу.

При растворении ильменитового концентрата в серной кислоте образуются сульфаты титана и железа по реакциям:

FeTiO3 + 3H2SО4 = Ti (SO4)2 + FeSO4 + 3H2O;

Fe2O3 + 3H2SO4 = Fe2 (SO4)3 + 3H2O.


Тонкоизмельченный в шаровых или стержневых мельницах ильменитовый концентрат загружают в конический чан, куда предварительно наливают воду, а затем концентрированную серную кислоту (купоросное масло) из расчета разведения кислоты до концентрации 89—90%. Всю эту массу нагревают сухим паром до 120°. Разложение длится 5—10 мин. при температуре 200° за счет теплоты реакции. После 1,5—2-часового выдерживания массы в чане степень разложения достигает 95%. Затем массу выщелачивают водой из расчета получения раствора, содержащего 110—120 г/л TiO2.

Для очистки раствора от основной массы железа, которое может загрязнить осадки титановой кислоты в процессе гидролиза, трехвалентное железо восстанавливают до двухвалентного, не гидролизуемого в кислой среде и не выпадающего практически в осадок. Восстановление железа осуществляют железной стружкой в том же чане, при этом протекает реакция

Fe2 (SO4)3 + Fe = 3FeSО4.


О полноте восстановления свидетельствует появление фиолетового окрашивания, свойственного трехвалентному титану, который начинает восстанавливаться только после полного восстановления железа. Операция удаления восстановленного железа основывается на разнице в растворимостях сернокислого титана и железа при температурах ниже нуля. Растворимость FeSO4*7Н2О в растворе, содержащем 120—140 г/л TiO2 при температуре — 2°, составляет 22 г/л, в то время как при температуре +30° она составляет 88 г/л.

Кристаллизацию железного купороса проводят в освинцованных чанах с механическим перемешиванием, снабженных свинцовыми змеевиками, по которым циркулирует либо вода, либо охлаждающий рассол (CaCl2). После кристаллизации при температуре 2—5° в растворе остается 20 г/л Fe. Кристаллический осадок центрифугируют, он представляет собой побочный продукт титанового производства, используемый в сельском хозяйстве, а раствор дают на гидролиз. В результате гидролиза выпадает метатитановая кислота:

Ti (SO4)2 + SH2O = H2TiO3 + 2H2SО4.


В зависимости от требований, которые предъявляются к физическим свойствам двуокиси титана, используется один из двух производственных способов проведения гидролиза: способ разбавления или способ введения зародышей.

Способ разбавления заключается в концентрировании раствора сульфата титана, поступающего на гидролиз, выпариванием до 240—250 г/л TiO2 и 450—550 г/л активной H2SO4. Концентрированный горячий раствор вливают в горячую воду, разбавляя его до концентрации активной кислоты 350—400 г/л. При разбавлении и кипячении раствора в течение 3 час. в осадок выпадает 96% TiO2. Выпаривание ведут в вакуумных выпарных аппаратах при температуре 70—75°, а разбавление — в освинцованных чанах с змеевиками-подогревателями.

Способ введения зародышей заключается в «затравке» раствора коллоидным раствором Ti(OH)4, отдельно приготовленным по реакции:

Ti (SO4)2 + 4NaOH = Ti (OH)4 + 2H2SО4.


Полученную суспензию добавляют в раствор сульфата титана на холоду.

Двуокись титана, применяемую в металлургии, получают по способу зародышей, так как он проще и экономичнее способа разбавления. Если двуокись титана предназначена для изготовления белил, используют способ разбавления, обеспечивающий повышенное пигментное (красящее) свойство двуокиси.

Метатитановую кислоту прокаливают во вращающихся трубчатых печах при температуре 850—900°, при этом удаляется SO3 и H2O и образуется двуокись титана.

На производство 1 т двуокиси титана расходуется, т:
Переработка титановых концентратов

Производство хлорида титана


Четыреххлористый титан получают обработкой газообразным хлором рудных титановых концентратов, технической двуокиси титана, титановых шлаков, а также карбида титана.

Хлорированию обычно подвергают брикетированную смесь указанных продуктов с углем и каким-либо связующим — патокой или каменноугольным пеком, прошедшую процесс коксования при 800° для увеличения пористости.

Хлорирование двуокиси титана или рутилового концентрата в смеси с углем протекает весьма интенсивно при температуре 600—800°; при этом образуются окись и двуокись углерода. Основной аппаратурой для этого служат шахтные, чаще всего, электрические печи.

На рис. 198 показана такая печь. Кожух печи выполнен из листовой стали и футерован шамотным или динасовым кирпичом. Токоподводящее устройство состоит из двух рядов угольных электродов и насадки из угольных цилиндриков, заполняющих пространство между рядами электродов. Под электродами загружаются брикеты.

Пары четыреххлористого титана и других газообразных хлоридов очищаются от пыли и конденсируются. Извлечение титана в технический хлорид составляет 90—95%.

Хлорирование ильменитового концентрата протекает с довольно большими осложнениями благодаря образованию большого количества хлорида железа, конденсирующегося в виде твердого продукта, поэтому хлорирование ильменита предусматривает предварительное удаление основной массы железа восстановительной плавкой на чугун. Ильменит шихтуют с коксом и флюсами и плавят в дуговой электропечи на титанистый шлак, содержащий 70—80% TiO2. Шлак, представляющий собой сплав окислов — TiO2, MgO, CaO, FeO, SiO2, Al2O3, MnO и других — хлорируют.

В результате образования, наряду с хлоридом титана, легкоплавких хлоридов кальция, магния и марганца значительно осложняется процесс и хлорид получается с большим количеством примесей.

Технический хлорид титана имеет следующий состав, %:

Технический хлорид титана, обычно окрашенный благодаря присутствию железа в красновато-желтый цвет, требует очистки.

Очистку осуществляют дистилляцией, перед которой основную массу хлорного железа вместе с другими механическими примесями удаляют фильтрацией через керамические фильтры или активированный уголь. При пропускании хлорида титана через колонку с медной стружкой медь восстанавливает хлориды железа и ванадия до низших хлоридов, имеющих более высокую температуру кипения, чем высшие окислы, а также связывает хлор в хлорид меди.

При последующей ректификации, являющейся основным способом очистки хлорида, удаляется прежде всего хлорид кремния, температура кипения которого 57°; затем отделяется хлорид титана от других примесей. Дистиллят чистого хлорида титана представляет собой прозрачную бесцветную жидкость.

Имя:*
E-Mail:
Комментарий: