Спосіб одержання феротитану

Спосіб одержання феротитану, який включає двостадійну електричну плавку шихти, що містить титановий концентрат і вапно, з одержанням на першій стадії шлаку, з наступним проведенням позапічної алюмотермії одержаного шлаку на другій стадії, який відрізняється тим, що шихта складається з ільменітового або перовськітового концентрату, або суміші двох концентратів з коливанням вмісту ТіО2 від 55 до 64 % та титанов 3 34524 проводиться відновлення оксидів заліза і пов'язане з цим перевідновлення двоокису титану до тугоплавких нижчих оксидів титану, що потребує перегрівання шлаку для зниження його в'язкості і покращення можливості його випуску з печі. Розділення металу і шлаку у першій печі відбувається безконтрольно, внаслідок чого неможливо визначити витрати алюмінію при алюмінотермії у другій дуговій печі, а склад феротитану буде непередбачуваним за всіма елементами. Корисна модель вирішує задачу о тримання високоякісного феротитану при використанні титанвмісних продуктів або відходів з високим вмістом оксиду титану шляхом удосконалення технології та регламентування технологічних параметрів процесу. Поставлена задача вирішується тим, що у відомому способі одержання феротитану, який включає двостадійну електричну плавку шихти, що містить титановий концентрат і вапно з одержанням на першій стадії шлаку, з наступним проведенням позапічної алюмотермії одержаного шлаку на другій стадії, новим є те, що шихта складається з ільменітового або перовскітового концентрату, або суміші двох концентратів з коливанням вмісту ТiO2 від 55 до 64% та титанвмісних відходів синтезу іоннообмінних смол для гідрометалургійного виробництва, та залізного брухту з розрахунку отримання у феротитані залізної складової 1821%, та вапна, кількість якого дорівнює 20-22% від витраченого алюмінію на відновлення титану при співвідношенні концентрату, титанвмісних відходів , вапна та залізного брухту 1:(5,8-7,8):(0,50,8):0,30, причому кількість відходів визначається за формулою: 90 - %TiO 2 mв = 94,5 - 90 де: mв - маса відходів, кг, на 1кг титанового концентрату або суміші концентратів; 90 - необхідний вміст ТіО2 у суміші концентратів і відходів, %; %ТіО2 - вміст ТіО2 у титановому концентраті або у суміші концентратів, %; 94,5 - вміст ТіО2 у відходах. Розплав зливають з печі у горн, вн утрішня поверхня якого розігріта до 600-800°С та на дні якого укладений алюміній у вигляді дрібного брухту або гранул. Вибір ільменітових і перовскітових концентратів пояснюється тим, що дані концентрати містять достатньо велику кількість ТіО2 від 55 до 64%. До того ж перовскітові концентрати мають великий вміст СаО, в межах 35-37%. Промислові титанвмісні відходи синтезу іонообмінних смол мають 94,5% ТіО2, 1,9% NaCl, 1,8% Аl2О 3, 1,8% SiO2. Вимога, щоб ши хта з одного або двох ти танових концентратів та відходів комбінувалась з розрахунку одержання у загальній суміші 90% ТіО2, пояснюється тим, що із зменшенням у розплаві вмісту ТіО2 збільшується вміст інших оксидів. Разом з ТiO2 вони частково або повністю теж будуть відновлюватись при алюмотермії, витрати алюмінію збільшаться, а вміст титану у феротитані зменшиться. При більшому вмісті ТіО2 збільшується температура плавлення та в'язкість 4 розплаву, виникають труднощі при випуску розплаву з печі. Кількість вапна, що вводиться у шихту, залежить від кількості алюмінію, що витрачається на алюмотермічне відновлення, і ця кількість, у залежності від процесу, може коливатись. Для даного процесу вона становить 20-22% від маси витраченого алюмінію на відновлення титану, що відповідає присадкам 6,8-7,8% СаО до початкової шихти. Це пояснюється тим, що оксид титану має основний характер і здатний вступати у взаємодію з глиноземом, утворюючи ТіО·Аl2О 3, що призводить до зниження активності ТіО2 і ускладнює відновлення титану. Для уповільнення процесу зв'язування ТіО2 з глиноземом до шихти вводять вапно. Оксид кальцію, як сильна основа, заміщає оксид титану, утворюючи СаО·Аl2 О3. Надлишок СаО у шихті веде до небажаного зниження активності діоксиду титан у внаслідок утворення СаО·ТіО2 за реакціями: СаО+ТіО2=СаО·ТіО2 ; 2СаО+ТіО2=2СаО·ТіО 2. Додаток до шихти вапна залежить також від виду концентрату, що використовується. При використанні тільки перовскітового концентрату, який містить 35-37% СаО, додаток вапна буде складати 0,5кг/кг концентрату. При використанні суміші перовскітового та ільменітового концентратів ця цифра буде збільшуватись, по мірі збільшення у суміші ільменітового концентрату. При роботі тільки на ільменітовому концентраті, який містить менше 0,2% СаО, додаток вапна складе 0,8кг/кг концентрату. Залізну складову у феротитані отримують при відновленні оксидів заліза, що містяться у достатній кількості у титановому концентраті. У даному випадку у розплаві із суміші титанвмісних відходів та титанових концентратів вміст оксидів заліза незначний. Тобто для отримання 18-21% Fe, які повинні міститися у феротитані з приблизним вмістом титану 70% треба до шихти уводити залізну руду або залізний брухт. Додавати брухт доцільніше, бо вартість чистої за домішками залізної руди високого ґатунку та алюмінію на відновлення оксидів заліза у шихті вища, ніж вартість залізного брухту, до того ж скорочується тривалість процесу. Оскільки стандартний 70% феротитан має досить широкий розбіг за вмістом титану - від 65 до 75% титану, то кількість залізного брухту можна задавати без розбігу - 0,30кг на кг концентрату. Для того, щоб у загальній суміші титанвмістних відходів та одного або двох титанових концентратів вміст ТіО2 складав 90%, співвідношення концентрат-відходи повинно дорівнювати за масою 1:5,8 для концентрату з 64% ТіО2 і 1:7,8 для концентрату з 55% ТіО2. На другій поза пічній стадії одержання феротитану алюмотермічним методом у горні, не дивлячись на те, що шлак із печі перед його випуском може бути перегрітий до 1800°С, кількості тепла для проведення процесу може не вистачити з-за того, що всі реакції відновлення титану ідуть з поглинанням тепла, а оксидів заліза та декількох інших елементів, відновлення яких іде з виділенням тепла, у розплаві недостатньо, щоб компенсувати загальні витрати тепла. Тому, щоб не удава 5 34524 тися до підводу у горн тепла ззовні, внутрішня поверхня футеровки горна повинна бути нагріта до 600-800°С. Обігові горни після зливання феротитану і встановлення їх під зливний носок печі у більшості випадків саме таку температуру і мають, але якщо використовується новий горн, або який вийшов з ремонту чи тривалого простою, його необхідно нагрівати до вказаної температури. Спосіб одержання феротитану, який заявляється, здійснюється таким чином. В електропіч завантажують ши хту з ільменітового або перовскітового концентратів з вмістом ТiO2 55-64% або суміші цих концентратів, промислові титанвмісні відходи, вапно та залізний брухт у співвідношенні вказаних компонентів за масою як 1:(5,8-7,8):(0,50,8):0,30. Співвідношення концентрату і відходів визначається вмістом ТiO2 у концентраті або суміші дво х концентратів, що використовуються. Наприклад, для того, щоб у загальній суміші вміст ТiO2 складав 90%, треба до 1кг концентрату з 55% ТіО2 додати 7,8кг титанвмісних відходів, до 1кг концентрату з 64% ТіО2 - 5,8кг відходів. При проміжному вмісті ТiO2 у концентраті або суміші двох концентратів відповідно змінюється і кількість уведених до ши хти титанвмісних відходів. Співвідношення концентрату та вапна також залежить від вмісту СаО у концентратах або їх сумішах. При початковому вмісті у концентраті 35% СаО (перовскіт) до шихти треба додати 0,5кг вапна на 1кг концентрату, при відсутності СаО у концентраті (ільменіт) - 0,8кг/кг. Для суміші концентратів кількість заданого у ши хту вапна відповідає співвідношенню концентратів. У всіх випадках його кількість у ши хті коливається від 6,8 до 7,8%. Кількість завантаженого у піч залізного брухту не коливається у залежності від загальної кількості матеріалів, що задаються у піч, вона складає 37% від маси завантаженого концентрату або суміші концентратів. Відновник у піч не задають. Після розплавлення шихти та перегріву розплаву до 1750-1800°С шлак і метал зливають через одну льотку у горн, футеровка якого нагріта до 600800°С. На дні горна знаходиться алюміній у вигляді дрібного брухту або гранул, при температурі футеровки більше 700°С алюміній може знаходитись у розплавленому вигляді. Після завершення алюмотермічного відновлення титану утворений феротитан виливають з горна у виливницю. Приклад 1. Першу стадію одержання феротитану проводили в руднотермічній печі потужністю 250кВт. Використовували ільменітовий концентрат, що по основним компонентах містив, %: ТіО2 63,0, Fe2O3 26,1, SiO2 2,7, Аl2О3 3,4, Р2О5 0,147, S 0,05, а також титанвмісні відходи, що мали 94,5% ТіО2 та вапно слідуючого складу, %: СаО 97,0, MgO 1,8, Аl2О3 1,0. В завалку також дали дрібний залізний брухт. Відновник в піч не давали. СпіввідКомп’ютерна в ерстка І.Скворцов а 6 ношення завантажених в піч концентрату, відходів, вапна та залізного брухту 1:6:0,62:0,3. Загальна маса завантажених в піч матеріалів 211кг. Тривалість плавки від включення печі до моменту зливу розплавів шлаку та металу через одну льотку в горн складала 2,2 години. Склад шлаку по основним компонентам, %: ТіО2 82,2, Fe2O3 3,46, СаО 8,1, Р2О5 0,019, S 0,0005. Перед зливом шлак мав температуру 1740°С, внутрішня поверхня футеровки горна була розігріта до 710°С. На дні горна був укладений брухт те хнічного алюмінію з вмістом Аl 95%, який трохи підплавився, його кількість 89кг. Отримали феротитан слідуючого складу, %, Ті 69,47, Fe 19,58, Аl 6,74, Si 3,71, Р 0,01, S 0,001. Приклад 2. Першу стадію одержання феротитану проводили в руднотермічній печі потужністю 250кВт. Перовскітовий концентрат містив, %: ТіО2 58,0, Fe2O3 5,84, СаО 36,0, P2O5 0,147, S 0,01. Співвідношення завантажених суміші концентратів, відходів, вапна та залізного брухту 1:7,2:0,5:0,53. Загальна маса завантажених в піч матеріалів 216кг. В шлаку перед зливом містилось, %: ТіО2 86,23, Fe2O3 0,68, SiO2 1,51, СаО 8,31, Р2О5 0,017, S 0,0011. Перед зливом шлак мав температуру 1770°С, горн - 690°С. Кількість технічного алюмінієвого брухту на дні горна складала 80,5кг. Одержаний феротитан мав склад, %: Ті 70,07, Fe 20,23, Аl 6,3, Si 3,37, Р 0,0092, S 0,0005 Приклад 3. Умови плавки як і в прикладі 1 з відмінами по шихті. Ільменітовий концентрат містив, %: ТiO 2 63,0, Fe2 O3 26,1, SiO2 2,7, Аl2О 3 3,4, Р2О5 0,147, S 0,05. Перовскітовий концентрат містив, %: ТіО2 58,0, Fe2O3 5,84, СаО 36,0, Р2О5 0,147, S 0,05. Готували суміш концентратів в співвідношенні 50:50, співвідношення завантаженої суміші концентратів, відходів, вапна та залізного брухту 1:6,7:0,52:0,3. Загальна маса завантажених в піч матеріалів 213кг. В шлаку перед зливом містилось, %: ТіО2 86,27, Fe2O3 2,01, SiO2 1,66, СаО 6,27, Р2О 5 0,018, S 0,0012. Перед зливом шлак мав температуру 1760°С, горн - 680°С. Кількість технічного алюмінієвого брухту на дні горна складала 81кг. Феротитан мав склад, %: Ті 71,20, Fe 18,10, Аl 6,77, Si 3,68, Р 0,01, S 0,0005. Таким чином, наведені приклади свідчать, що використання титанових концентратів, таких, як перовскіт, який не має використання з-за високого вмісту СаО, та титанвмісних відходів з високим вмістом оксиду титану дозволяє одержувати високоякісний феротитан. Крім того, використання в процесі відходів, які знаходяться у відвалах, не використовуються та продовжують накопичуватися, створюючи при цьому несприятливі екологічні умови, дозволяє знизити витрати на титанвмісну сировину на 50-60%. Підписне Тираж 28 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601