CC BY
30Научная статья УДК 669
doi:10.37614/2949-1215.2022.13.1.001
О КОМПЛЕКСНОЙ ПЕРЕРАБОТКЕ ТИТАНОМ АГНЕТИТОВ С ВЫСОКИМ СОДЕРЖАНИЕМ ДИОКСИДА ТИТАНА
Александра Ставровна Агамирова1, Константин Васильевич Гончаров2, Гусейн Бахлулович Садыхов3
12 3Институт металлургии и материаловедения имени А. А. Байкова Российской академии наук,
Москва, Россия
Аннотация
Титаномагнетиты представляют собой комплексное сырье с высоким содержанием ценных компонентов: железа (35-65 %), ванадия (0,5-1,5 %) и титана (2-14 %). На сегодняшний день переработка титаномагнетитовых концентратов осуществляется двумя способами: доменным (Россия, Китай) и с применением электроплавки (Южно-Африканская Республика). Доменный способ применим только для низкотитанистых титаномагнетитов. В случае использования титаномагнетитовых концентратов с содержанием диоксида титана более 4 % применим способ электроплавки с предварительным восстановлением. Обе технологии направлены на извлечение двух компонентов (железа и ванадия), в то время как титан не извлекается. В связи с этим разработка комплексной технологии переработки титаномагнетитового концентрата с получением железа в гранулированном виде, пентаоксида ванадия и титана является актуальной. Ключевые слова:
титансодержащее сырье, титаномагнетит, восстановление, гранулированный металл, титан, искусственный рутил, пентаоксид ванадия
Original article
THE COMPLEX PROCESSING OF TITANOMAGNETITES WITH A HIGH CONTENT OF TITANIUM DIOXIDE
Alexandra S. Agamirova1, Konstantin V. Goncharov2, Guseyn B. Sadykhov3
12 3A. A. Baikov Institute of Metallurgy and Materials Science, Russian Academy of Sciences, Moscow, Russia
Abstract
Titanomagnetites are a complex raw material with a high content of valuable components: iron (35-65 %), vanadium (0.5-1.5 %) and titanium (2-14 %). Today, titanium-magnetite concentrates are processed in two ways: blast furnace (Russia, China) and using electric smelting (South Africa). The blast-furnace method is applicable only for low-titanium titanomagnetites. In the case of using titanomagnetite concentrates with a titanium dioxide content of more than 4 %, the method of electric smelting with preliminary reduction is applicable. Both technologies aim to recover the two components (iron and vanadium), while titanium is not recovered. In this regard, the development of a complex technology for processing titanomagnetite concentrate to obtain iron in granular form, vanadium pentoxide and titanium, is urgent. Keywords:
titanium-containing raw materials, titanomagnetite, reduction, granular metal, titanium, artificial rutile, vanadium pentoxide
В качестве основного источника сырья для металлургии на первый план все в большей мере начнут выдвигаться бедные комплексные руды, способные удовлетворить потребности производства при условии подбора соответствующих технологий для их переработки. Россия обладает огромными запасами титаномагнетитовых руд — нетрадиционного сырья, комплексное использование которого позволит получить не только железо, но и титан, а также ванадий.
Титаномагнетит—минерал сложного состава, представляющий собой раствор шпинели (MgO • AI2O3) и ульвошпинели (2FeO • ТЮ2) в магнетитовой матрице. В результате распада твердого раствора образуются ильменит и шпинель, расположенные в магнетитовой матрице [1].
© Агамирова А. С., Гончаров К. В., Садыхов Г. Б., 2022
В России, как и за рубежом, подавляющая часть титана коренных месторождений приходится на руды с преобладанием минерала титаномагнетита, проблема извлечения титана из которого в промышленном масштабе еще не решена. В связи с нарастающей тенденцией исчерпания ресурсов богатых железных руд, актуальным становится поиск путей использования более бедного железорудного сырья, более 90 % мировых запасов титана, 80 % ванадия, а также большого количества железа, которые являются ценным сырьем как для черной, так и для цветной металлургии.
В современной технологии титаномагнетиты перерабатываются гидрометаллургическим и пирометаллургическим способами. По первому способу богатый ванадием (более 1 % V2O5) титаномагнетитовый концентрат подвергают окислительному обжигу со щелочными добавками для перевода ванадия в водорастворимые соединения, затем выщелачивают водой и из ванадатного раствора осаждают ванадий в виде ванадатов аммония [2]. При этом достигается его высокое извлечение (более 86 %), но выделение железа и титана не предусматривается, и они в составе остатка направляются в отвалы. Пирометаллургический способ включает восстановительную плавку титаномагнетитового концентрата в доменных или руднотермических печах с получением ванадиевого чугуна и низкотитанистого отвального шлака [3, 4]. Ванадиевый чугун продувают кислородом в конверторах или специальных качающихся ковшах, в результате чего ванадий окисляется и переходит в шлаковую фазу. Из ванадиевого шлака его извлекают различными гидрометаллургическими способами (щелочным, известковым). Передельный чугун отправляют на производство стали. Сквозное извлечение ванадия получается достаточно низким — в пределах 45-65 %.
Пирометаллургические способы переработки титаномагнетитов, применяемые в России и за рубежом, не обеспечивают комплексной переработки сырья — титан безвозвратно теряется в отходах. При этом из-за отсутствия освоенных источников собственного титанового сырья лакокрасочная промышленность (основной потребитель титана) и крупнейшее производство металлического титана в России функционируют на привозном зарубежном сырье (Украина).
В Институте металлургии и материаловедения имени А. А. Байкова Российской академии наук проводились исследования по переработке титаномагнетитов и предложена более глубокая схема их переработки с прямым получением железа. Согласно предложенной схеме, окомкованный концентрат подвергают металлизации газообразным или твердым восстановителями, затем разделительной электроплавкой получают низколегированное железо и титанованадиевый шлак. Далее шлак перерабатывают гидрометаллургическим способом с селективным извлечением ванадия. Для извлечения титана остаток подвергается автоклавному выщелачиванию серной или соляной кислотами с выделением искусственного рутила или анатаза, содержащего около 90 % TiO2 — качественного сырья для производства пигментного диоксида титана [5]. Данный способ включает в себя дорогостоящую операцию электроплавки, в связи с этим необходимо создание нового эффективного способа комплексной переработки титаномагнетитов с извлечением железа, ванадия и титана.
К числу объектов первоочередного освоения можно отнести титаномагнетитовые месторождения коренных руд: Пудожское, Чинейское, Гремяха-Вырмес, Куранахское, Медведевское.
Представляет интерес ильменит-титаномагнетитовое месторождение Гремяха-Вырмес, расположенное на Кольском полуострове, в Мурманской области [6]. В результате обогащения руд Юго-Восточного участка получают два концентрата — ильменитовый и титаномагнетитовый. Ильменитовый концентрат можно использовать для переработки на титан и его соединения, в то время как титаномагнетитовый концентрат является черновым и требует дополнительной переработки [7].
Переработку проводили на предварительно обогащенном титаномагнетитовом концентрате месторождения Гремяха-Вырмес [8]. Состав концентрата представлен в таблице.
Состав титаномагнетитового концентрата, %
Feобщ. Fe2O3 TiO2 SiO2 AhO3 CaO MgO V2O5 MnO &2O3 SO3 P2O5 (K, Na)2O
59,27 84,67 7,69 1,46 3,15 0,19 1,25 0,74 0,11 0,07 0,44 0,05 0,10
Восстановительный обжиг проводили в вертикальной трубчатой печи Таммана при температурах 1475-1550 °C в атмосфере аргона. В качестве твердого восстановителя использовался кокс с зольностью 11,7 %. Состав золы следующий, %: 45,8 SiO2, 25,3 AhO3, 7,9 CaO, 7,3 FeO, 3,7 MgO, 2,3 (K, Na)2O, 2,0 TiO2 и др. Титаномагнетитовый концентрат, флюсующую добавку CaCO3 (0,75 %) и кокс (0-22 %), измельченные до крупности - 0,1 мм, смешивали в заданных пропорциях и прессовали брикеты диаметром 15 мм под давлением 700-900 МПа. Брикеты массой около 6 г помещали в графитовый тигель с графитовой крышкой и отверстием для термопары. На дно тигля насыпалась подложка из кокса крупностью 1-2 мм для предотвращения контакта между образцом и материалом тигля.
В результате было установлено, что при добавлении 16 % кокса и восстановлении при 1550 ОС получен шлак следующего состава, %: 6,2 FeO, 43,9 TiO2, 20,6 AhO3, 2,3 V2O5, 13,2 SiO2, 7,5 MgO, 4,3 CaO, 0,6 MnO, 0,4 &2O3, 0,9 (K, Na)2O и др. В этих условиях происходит практически полное восстановление железа и коагуляция металла, что подтверждается высокой степенью извлечения железа в металлическую гранулу 98,9 % [9]. Относительно высокое содержание пентаоксида ванадия и диоксида титана, а также нахождение последнего в составе легковскрываемого в серной кислоте аносовита позволяют говорить о возможности его дальнейшей переработки с извлечением ванадия и титана гидрометаллургическим способом.
Список источников
1. Резниченко В. А., Аверин В. В., Олюнина Т. В. Титанаты: научные основы, технология, производство. М.: Наука, 2010. 267 с.
2. Дерябин Ю. А., Смирнов Л. А., Дерябин А. А., Перспективы переработки чинейских титаномагнетитов. Екатеринбург: Сред.-Ур. кн. изд-во, 1999. С. 42-47.
3. Резниченко В. А. Титаномагнетиты. Месторождения, металлургия, химическая технология. М.: Наука, 1986. 292 с.
4. Леонтьев Л. И., Ватолин Н. А., Шаврин С. В., Шумаков Н. С. Пирометаллургическая переработка комплексных руд. М.: Металлургия, 1997. 432 с.
5. Садыхов Г. Б. Разработка научных основ и технологии комплексного использования титаномагнетитов с высоким содержанием диоксида титана: дис. ... д-ра техн. наук. М.: ИМЕТ РАН, 2001. 264 с.
6. Горбунов Г. И., Бельков И. В., Макиевский С. И. и др. Минеральные месторождения Кольского полуострова. Л.: Наука, 1981. 272 с.
7. Ракаев А. И., Алексеев С. А., Морозова Т. А., Черноусенко Е. В. Изучение особенностей вещественного состава ильменит-титаномагнетитовых руд месторождения Юго-Восточная Гремяха (ЮГВ) и выбор рациональной схемы обогащения // Вестник МГТУ. 2009. Т. 12, № 4. С. 614-618.
8. Атмаджиди А. С., Гончаров К. В., Олюнина Т. В., Садыхов Г. Б. Обогащение чернового титаномагнетитового концентрата методом мокрой магнитной сепарации // Цветные металлы. 2018. № 9. С. 39-40.
9. Гончаров К. В., Агамирова А. С., Садыхов Г. Б., Олюнина Т. В. О возможности получения шлаков от переработки титаномагнетитового концентрата, пригодных для дальнейшего извлечения титана и ванадия // Цветные металлы. 2021. № 12. С. 36-40.
References
1. Reznichenko V. A., Averin V. V., Olyunina T. V. Titanaty: nauchnye osnovy, tekhnologiya, proizvodstvo [Titanates: scientific basis, technology, production]. Moscow, Nauka, 2010, 267 p. (In Russ.).
2. Deryabin Yu. A., Smirnov L. A., Deryabin A. A. Perspektivypererabotki chinejskih titanomagnetitov: dis. ... d-ra tekhn. nauk [The prospects of Cheena titaniferous magnetite processing. Dr. Sci. (Engineering)]. Yekaterinburg, Sred.-Ur. kn. Isd-vo, 1999, 367 p. (In Russ.).
3. Reznichenko V. A. Titanomagnetity. Mestorozhdeniya, metallurgiya, himicheskaya tekhnologiya [Titanomagnetites. Deposits, metallurgy and chemical technology]. Moscow, Nauka, 1986, 292 p. (In Russ.).
4. Leont'ev L. I., Vatolin N. A., Shavrin S. V., Shumakov N. S. Pirometallurgicheskaya pererabotka kompleksnyh rud [Pyrometallurgical processing of complex ores]. Moscow, Metallurgiya, 1997, 432 p. (In Russ.).
© Агамирова А. С., Гончаров К. В., Садыхов Г. Б., 2022
5. Sadyhov G. B. Razrabotka nauchnyh osnov i tekhnologii i kompleksnogo ispol'zovaniya titanomagnetitov s vysokim soderzhaniem dioksida titana [Development of scientific bases and technology and complex use of titanomagnetite with high titanium dioxide content. Dr. Sci. (Engineering) dis.]. Moscow, 2001, 264 p.
6. Gorbunov G. I., Bel'kov I. V., Makievskij S. I. Mineral'nye mestorozhdeniya Kol'skogo poluostrova [Mineral deposits of the Kola Peninsula]. Leningrad, Nauka, 1981, 272 p. (In Russ.).
7. Rakaev A. I., Alekseev S. A., Morozova T. A., Chernousenko E. V. Izuchenie osobennostej veshchestvennogo sostava il'menit-titanomagnetitovyh rud mestorozhdeniya Yugo-Vostochnaya Gremyaha (YuGV) i vybor racional'noj skhemy obogashcheniya [Study of the material composition of ilmenite-titanomagnetite ores of the South-East Gremyakha deposit and the choice of a rational beneficiation scheme]. VestnikMGTU [MSTU Bulletin], 2009, vol. 12, no. 4, pp. 614-618. (In Russ.).
8. Atmadzhidi A. S., Goncharov K. V., Olyunina T. V., Sadyhov G. B. Obogashchenie chernovogo titanomagnetitovogo koncentrata metodom mokroj magnitnoj separacii [Enrichment of rough titanium-magnetite concentrate by wet magnetic separation]. Cvetnye metally [Non-ferrous Metals], 2018, no. 9, pp. 39-40. (In Russ.).
9. Goncharov K. V., Agamirova A. S., Sadyhov G. B., Olyunina T. V. O vozmozhnosti polucheniya shlakov ot pererabotki titanomagnetitovogo koncentrata, prigodnyh dlya dal'nejshego izvlecheniya titana i vanadiya [On the possibility of obtaining slags from the processing of titanomagnetite concentrate, suitable for further extraction of titanium and vanadium]. Cvetnye metally [Non-ferrous Metals], 2021, no. 12, pp. 36-40. (In Russ.).
Информация об авторах
А. С. Агамирова — младший научный сотрудник;
К. В. Гончаров — кандидат технических наук, старший научный сотрудник;
Г. Б. Садыхов — доктор технических наук, заведующий лабораторией.
Information about the authors
А. S. Agamirova — Junior Researcher;
K. V. Goncharov — PhD (Engineering), Senior Researcher;
Dr. G. B. Sadykhov — Dr. Sc. (Engineering), Head of Laboratory.
Статья поступила в редакцию 14.02.2022; одобрена после рецензирования 04.04.2022; принята к публикации 08.04.2022.
The article was submitted 14.02.2022; approved after reviewing 04.04.2022; accepted for publication 08.04.2022.
