CC BY
164
8. Лапкина Ю.В., Грабеклис А.А., Сучильников С.И. Исследование новых способов переработки и использования шлаков ферросплавного производства // Комплексная переработка и полное использование шлаков черной металлургии и перевод металлургических предприятий на работу без шлаковых отвалов. 1971. С.49-55.
9. Невский Р.А., Бабенко В.Т., Лапкина Ю.В. О состоянии переработки шлаков ферросплавного производства и перспективах перевода предприятий на работу без шлаковых отвалов // Комплексная переработка и полное использование шлаков
черной металлургии и перевод металлургических предприятий на работу без шлаковых отвалов. 1971. С.40-44.
10. Разработка технологии комплексной переработки отвальных шлаков ферросплавного производства / Смирнов Л.А., Сорокин Ю.В., Демин Б.Л. и др. // Сталь. 2008. №6.
11. Применение феррохромового шлака для упрочнения формовочной песчаной смеси с применением силиката натрия в качестве связующего. Ferro-chrome slag as hardener for sodium silicate bonded sand. Sin-Tiababu S, K., Sinha S. K,, Rao G, N. «NML Techn. J.», 1977, 19, № 3-4, 58-60 (англ.).
Сведения об авторах
Избембетов Джубатхан Джумаханович - канд. техн. наук, проф. кафедры металлургии черных металлов, Актюбин-ский региональный государственный университет им. К.Жубанова, г.Актобе, Республика Казахстан. Тел.: 8(7132)54-06-19. Email: info@arsu.kz
Амангельдиев Нурлан Маратович - магистрант каф. металлургии черных металлов института металлургии, машиностроения и материалообработки, ФГБОУ ВПО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова». E-mail: nurik-9393@mail.ru
Зупаров Нурсултан Сандыбаевич - магистрант каф. металлургии черных металлов института металлургии, машиностроения и материалообработки, ФГБОУ ВПО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова». E-mail: nursik.007@mail.ru
INFORMATION ABOUT THE PAPER IN ENGLISH
DEVELOPMENT OF TECHNOLOGY FOR PRODUCTION OF REFRACTORY PRODUCTS FROM THE HOSE FUME AND HIGH-CARBON FERROCHROME SLAGS
Izbembetov Dzhubathan Dzhumahanovich - Ph.D., Professor, Zhubanov Aktobe Regional State University, Aktobe, Kazakhstan. Phone: 8(7132)54-06-19. E-mail: info@arsu.kz
Amangeldiyev Nurlan Maratovich - Undergraduate Student, Nosov Magnitogorsk State Technical University. E-mail: nurik-9393@mail.ru
Zuparov Nursultan Sandybaevich - Undergraduate Student, Nosov Magnitogorsk State Technical University. E-mail: nursik.007@mail.ru
Abstract. Disposal of waste ferrochrome production in the conditions of the Aktobe ferroalloys plant. The manufacturing of refractory products is recomended from bag hose fume and dross of the production of high-carbon ferrochrome. The technology for production of refractory bricks in the melt department №1 Aktobe ferroalloys factory and the results achieved.
Keywords: dust scrubbing, dross, high-carbon ferrochrome, refractory, liquid glass.
УДК 669.292.3 : 669.054.82 Махоткина Е.С., Шубина М.В.
ШЛАКИ ПРОЦЕССА ПРЯМОГО ВОССТАНОВЛЕНИЯ ЖЕЛЕЗА КАК ИСТОЧНИК ПОЛУЧЕНИЯ ВАНАДИЯ И ТИТАНА
Аннотация. В связи с образованием значительного количества отходов в виде шлака с существенным содержанием дорогостоящих и промышленно-востребованных металлов актуальной является задача использования вторичных ресурсов для получения ценных компонентов. В статье рассмотрена возможность извлечения ванадия и титана из шлаков прямого восстановления железа из титаномагнетитов.
Проанализировано влияние на степень извлечения температуры обжига, добавки окислителей, вида и количества щелочных добавок, температуры и длительности выщелачивания. Исследованы реагенты, позволяющие получать раствори-
© Махоткина E.G., Шубина М.В., 2015
мые соединения титана в результате спекания с ними шлака и последующего выщелачивания, а также способы выщелачивания шлака кислотами.
Наибольшая степень извлечения ванадия (31%) получена в результате обжига шлака со щелочной добавкой Na2CO3 в соотношении 1:1 при температуре 930-950°С в течение 1 ч 50 мин с дальнейшим водным выщелачиванием. Применение окислителей КМп04 и Мп02 при обжиге позволило сократить расход щелочной добавки.
Сравнительные химико-термодинамические расчеты и экспериментальные исследования показали возможность извлечения титана либо путем выщелачивания серной кислотой (40%), либо при обжиге шлака в присутствии реагентов МаОИ, МаИ804, Ма2С03 с последующим водным выщелачиванием.
Ключевые слова: степень извлечения ванадия и титана, шлак процесса ITmk3, выщелачивание, щелочные добавки, обжиг, сульфатный и солянокислотный способы извлечения титана, рентгенофлуоресцентная спектроскопия.
Современное состояние большинства промышленных регионов страны характеризуется истощением разрабатываемых природных запасов, что заставляет искать возможности использования комплексных руд сложного состава. Важное место среди таких руд занимают широко распространенные титаномагнетиты, содержащие более 90% мировых запасов титана и ванадия и являющиеся общепризнанной сырьевой базой черной металлургии. В промышленных запасах железных руд Урала титаномагнетиты составляют 76,8%, поэтому разработка эффективных технологий переработки комплексных руд сложного состава является перспективным направлением [1, 2].
В настоящее время в мировой практике металлургического производства получают распространение методы прямого восстановления железа, исключающие участие агломерационного, коксохимического и доменного производств. В ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат» («ММК») был опробован метод прямого восстановления железа из ти-таномагнетитов и других железосодержащих источников сырья с использованием перспективной металлургической технологии третьего поколения 1Ттк3. Экспериментальные плавки проводились в камерной печи «Nebertherm» цеха магнезиально-доломитовых огнеупоров ООО «Огнеупор» (входит в группу «ММК»). Применение указанной технологии позволит в дальнейшем значительно снизить экологическую нагрузку на регион, но сохранится проблема образования отходов в виде шлака с существенным содержанием дорогостоящих и промышленно-востребованных металлов. В связи с этим актуальной является задача использования вторичных ресурсов для получения ценных компонентов.
В ФГБОУ ВПО «МГТУ» исследовали шлаки (табл. 1) полупромышленной переработки по технологии ГГткЗ титаномагнетитов Южного Урала с целью извлечения ванадия и титана.
Таблица 1
Химический состав шлака
Для решения поставленных задач был проведен литературный обзор и патентный поиск способов из-
влечения ванадия и титана из шлаков и содержащего их сырья [3, 4]. При всем разнообразии предложенных технологий сущность процесса извлечения ванадия заключается в обжиге материалов для перевода трехвалентного ванадия в пятивалентный с последующим образованием растворимых соединений ванадия V2O5 со щелочными металлами. Однако вследствие сложного и постоянно меняющегося состава шлаков возникают трудности исследования превращений при их окислении, поэтому приводятся способы щелочного и кислотного выщелачивания V2O5 из необожженных ванадиевых шлаков (6 и 12 мас.% соответственно) [3].
В исследуемых шлаках переработки по технологии ГТткЗ ванадий представлен в виде V2O5 (см. табл.1), однако, по литературным источникам, часть ванадия в шлаке может находиться в более низких степенях окисления. Состав и физико-химические свойства ванадиевых шлаков оказывают существенное влияние на вскрываемость и извлечение ванадия. Некоторые авторы считают, что в процессе обжига (при температурах выше 750°С) начинается реакция между силикатом и ванадием, в результате чего последний переходит в нерастворимую форму. Валентность ванадия в силикате не установлена, но предполагается, что это и ниже. Степень извлечения ванадия в раствор в значительной мере зависит и от атомного отношения V : Si [3].
На основании изложенного для исследования шлаков применили метод кислотного выщелачивания необожженного шлака, а также метод обжига шлака с карбонатом натрия и последующую обработку спеченного материала водой [5, 6]. Перед количественным определением содержания ванадия провели ряд качественных реакций с полученными растворами, из которых выбрали реакции для дальнейшего применения в работе с растворами, полученными после выщелачивания шлаков.
При кислотном выщелачивании навеску необожженного шлака растворяли в смеси кислот (Н2SO4 и H3PO4, 1:1) при кипячении. После охлаждения раствор над осадком отфильтровали и провели количественное определение содержания ванадия титриметрическим методом, основанным на титровании ионов V в кислой среде стандартным раствором соли Мора с внутренним индикатором - фенилантра-ниловой кислотой. Степень извлечения ванадия в
Массовая доля,%
Fe V2O5 ТО2 CaO SiO2 S MgO
22,6- 1,02- 17,1- 7,55- 22,5- 0,164- 12,1- 3,4-
24,8 1,2 21,0 10,2 26,3 0,214 16,2 5,93
данном случае составила всего 0,5-1,0%.
Поэтому в дальнейших исследованиях применялся высокотемпературный обжиг шлака со щелочными добавками с последующим водным выщелачиванием. Роль щелочных добавок сводится к получению водорастворимых соединений ванадия, что значительно удешевляет и упрощает технологию, исключает загрязнение окружающей среды. В качестве щелочной добавки использовали Na2CO3 (возможно применение СаО, NaCl, Na2SiO3). Обжиг проводили при температуре 700-1110°С с последующим водным выщелачиванием. Раствор отфильтровывали и проводили титриметрическое определение ванадия с помощью соли Мора. (Конечная точка титрования устанавливается внутренним индикатором - фенилантра-ниловой кислотой. Титруют до перехода вишнево-красной окраски в бледно-зеленую.)
Одновременно проводился анализ образцов способом рентгенофлуоресцентной спектроскопии (РФС) на энергодисперсионном спектрометре «ARL QUANT X». Результаты анализов приведены в табл. 2.
Лучшие результаты получены в случае применения обжига шлака со щелочными добавками при 930-950°С в течение 1 ч 50 мин с дальнейшим водным выщелачиванием (средняя степень извлечения ванадия 31%). Увеличение температуры обжига до 1100°С привело к резкому снижению степени извлечения ванадия, что могло быть связано с образованием монолитные массы вещества, составляющего в среднем 70-80% от общей массы спекаемого материала. Процесс выщелачивания значительно усложнился, извлечение ванадия составило всего около 1%. При температуре обжига около 700°С степень извлечения ванадия также существенно снижалась.
В последующих опытах изучалось влияние присутствия дополнительных окислителей, количества щелочных добавок и длительности процесса выщелачивания. Результаты экспериментов приведены в табл. 3, 4.
Ванадий в шлаках входит в состав шпинелей (шпинелидов - V+3) и пироксенов (в составе пироксе-
нов - молекулы CaV2SiO6) [3]. В целом шпинелиды связывают от 84 до 91 мас.% ванадия (в зависимости от вида шлака). Причем состав ванадиевого шпинели-да является переменным, усложняясь присутствием в нем оксидов хрома и титана (в исследуемых шлаках содержание оксида титана (IV) составляет 17,1 -21,0 %). Известно, что для перевода ванадия (III) в ванадий (V) используют высокотемпературный обжиг с ростом кислорода в газовой фазе. В лабораторных условиях не имелось возможности увеличения количества кислорода, поэтому в качестве окислителей были использованы перманганат калия и оксид марганца (IV), которые вводились в состав смеси до обжига. Согласно результатам добавка данных окислителей (в разных количествах) не привела к увеличению степени извлечения ванадия.
Таблица 3
Зависимость степени извлечения ванадия от количества окислительной добавки
Образец Температура обжига, °С Степень извлечения ванадия,%
Но мер состав ср.
1 2 5 г шл.* + 5 г щ.д.** 5 г шл.+ 5 г щ.д. 950 31,2 29,7 30,45
3 4 5 г шл. + 5 г щ.д. + 1 г KMnO4 5 г шл. + 5 г щ.д.+ 1 г KMnO4 950 30,5 31,4 30,95
5 6 5 г шл. + 5 г щ.д. + 1 г MnO2 5 г шл. + 5 г щ.д.+ 1 г MnO2 950 32.7 31.8 32,25
7 8 5 г шл. + 5 г щ.д. + 2 г MnO2 5 г шл. + 5 г щ.д.+ 2 г MnO2 950 26,5 27,3 26,9
9 10 5 г шл. + 5 г щ.д. + 3 г MnO2 5 г шл. + 5 г щ.д.+ 3 г MnO2 950 29,2 30,1 29,65
* шл. - шлак.
** щ.д. - щелочная добавка, в данном случае - N820 03.
Таблица 4
Влияние количества щелочных добавок на степень извлечения
Роль количества щелочных добавок отражена в табл. 4. Уменьшение количества соды при обжиге привело к значительному снижению степени извлечения ванадия (с 30 до 9% при снижении соотношения с 1:1 до 1:0,25). Вместе с тем присутствие окислителя в условиях пониженного содержания щелочной добавки полностью компенсирует ее недостаток, увеличивая извлечение ванадия с 16-17 почти до 24%.
Таблица 2
Зависимость степени извлечения ванадия от температуры обжига
Образец Температура обжига, °С Степень извлечения ванадия, %
Номер Состав ср.
1 5 г шл.* + 5 г щ.д. ** 700 13,0 13,90
2 5 г шл. + 5 г щ.д. 700 14,8
3 5 г шл. + 5 г щ.д. 930 31,2 30,85
4 5 г шл. + 5 г щ.д. 930 30,5
5 5 г шл. + 5 г щ.д. 950 31,5 30,60
6 5 г шл. + 5 г щ.д. 950 29,7
7 5 г шл. + 5 г щ.д. 1100 0,4 0,85
8 5 г шл. + 5 г щ.д. 1100 1,3
* шл. - шлак.
** щ.д. - щелочная добавка, в данном случае - Na2CO3.
Образец Степень извлечения
Номер состав ванадия,%
1 5 г шл.* + 1,25 г щ.д.** 9,1
2 5 г шл.+ 1,25 г щ.д. 8,9
3 5 г шл.+ 2,5 г щ.д. 15,9
4 5 г шл.+ 2,5 г щ.д. 17,8
5 5 г шл.+ 2,5 г щ.д. + 1 г MnO2 23,6
6 5 г шл.+ 5 г щ.д. 30,1
7 5 г шл.+ 5 г щ.д. 29,7
* шл. - шлак.
** щ.д. - щелочная добавка, в данном случае - Na2CO3.
Повышение температуры (с 50 до 80-90°С) и увеличение времени выщелачивания также не привело к росту степени извлечения ванадия.
Проведенные исследования позволяют предположить, что часть ванадия, содержащегося в шлаках технологии ITmk3, входит в состав минералов, которые при температурах обжига остаются без изменения (например, пироксен). Учитывая химический состав исследуемых шлаков (см. табл. 1), особенно низкое содержание в нем оксида ванадия (V) и значительное - SiO2 (22,5-26,3%), и опираясь на исследования в области окисления ванадиевых шлаков, полагаем, что в процессе обжига выше 750°С начинается реакция между силикатом и ванадием, в результате чего последний переходит в нерастворимую форму [3]. Согласно данным исследований ряда авторов ванадий связан химически в стекловидной фазе, а не захватывается ею механически. Стекловидная фаза - это соединение, содержащее VO2 и SiO2. Для дальнейших поисков успешного извлечения ванадия из данного вида шлаков необходимы данные минералогического состава шлака.
Следующий этап исследований включал изучение методов извлечения титана из шлаков, которые можно разделить на две группы: извлечение титана в сплав и извлечение титана в раствор [4]. Учитывая лабораторные условия и химический состав шлака, были применены сульфатный и солянокислотный способы извлечения титана [7]. Кроме того, при проведении исследований уделялось значительное внимание экономической целесообразности применяемых методов извлечения титана из шлака, возможности использования стандартного химического технологического оборудования, обеспечению экологической безопасности, минимизации количества образующихся вторичных отходов.
Известно, что ильменит - минерал химического состава FeTiO3 - сравнительно легко разлагается кислотами, а при удалении железа из минерала образуется диоксид титана преимущественно в виде рутила (реже анатаза и брукита - полиморфных форм TiO2) [4]. Рутильная модификация оксида титана (IV) - химически инертное соединение, малорастворимое в концентрированных щелочах и кислотах (кроме ОТ), не принимает особого участия в процессе переработки с применением H2SO4.
Для рационального извлечения титана из шлаков прямого восстановления титаномагнетитов необходимо выбрать эффективный реагент извлечения. Сернокислотная технология предусматривает извлечение титана из сульфатного раствора, поэтому надо перевести труднорастворимый рутил (наличие которого возможно в составе шлака) в растворимые сульфаты или в растворимые в H2SO4 соединения. На практике это обычно достигается методом сплавления или спекания труднорастворимого соединения с подходящим реагентом и дальнейшим растворением образовавшегося вещества.
Титанаты щелочных металлов растворяются в кислотах, поэтому сначала был определен перечень реагентов, позволяющих получить растворимые соединения титана [8]. Значения изменения энергии Гиббса и энтальпий реакций взаимодействия оксида титана (IV) (рутильной модификации) с выбранными реагентами (табл. 5) показывают, что химическое взаимодействие TiO2 со щелочами, гидросульфатом и сульфатом аммония термодинамически возможно даже при стандартных условиях. Экзотермический эффект этих реакций говорит о том, что применение данных реагентов энергетически более целесообразно по сравнению с реакцией с карбонатом натрия.
Таблица 5
Химико-термодинамические характеристики реакций взаимодействия диоксида титана с некоторыми реагентами
Реагент Д^г, кДж/моль ДG°r, кДж/моль
№2^3 91,2 47,6
NaOH - 79,0 - 81,3
^ - 97,9 - 168,9
NaHSO4 - 124,3 - 106,4
(NH4)2SO4 - 128,5 - 205,8
Одним из продуктов развивающихся реакций (взаимодействие с сульфатом аммония) является аммиак - легколетучее соединение. Утилизация аммиака приведет к необходимости осуществления дополнительных стадий процесса. Гидроксиды калия и натрия недороги, недефицитны и малотоксичны. Поэтому в качестве реагентов спекания эффективнее применять гидросульфаты щелочных металлов и щелочь. Учитывая возможность комплексного извлечение ванадия и титана, в качестве реагента извлечения удобен и карбонат натрия.
Для получения практических результатов по извлечению титана в лабораторных условиях шлак был дополнительно измельчен на дисковом истирателе до размера частиц 0,2 мм. В первой серии экспериментов навески шлака обработали растворами серной (40%) и соляной (1%) кислот. После выщелачивания растворы отфильтровали и провели качественные реакции на обнаружение ионов титана (IV): к нескольким каплям исследуемого раствора добавляется капля перекиси
г-т- IV
водорода; при наличии и появляется оранжево-желтое окрашивание, вызываемое образованием H2[TiO(H2O2)(SO4)] (или H2[Ti(O2)(SO4)]). Дополнительным доказательством присутствия титана является исчезновение окраски при добавлении NaF.
Эксперименты показали, что растворы после выщелачивания серной кислотой содержат ионы титана (IV). В растворах после выщелачивания НО титан не обнаружен.
Вторая серия экспериментов включала операции спекания навесок шлака с выбранными на основе химико-термодинамических расчетов реагентами, дробления спека, выщелачивания и качественного обнаружения ионов титана (IV). Результаты показали, что
титан извлекается в раствор при спекании шлака с соединениями щелочных металлов NaOH, NaHSO4 , Na2CO3 . Все эти соединения являются приемлемыми реагентами для извлечения титана в раствор из шлаков технологии ITmk3.
Таким образом, проведенные исследования показали, что шлаки прямого восстановления железа можно использовать для получения ванадия и титана. Наибольшая степень извлечения ванадия (31%) получена в результате обжига шлака со щелочной добавкой Na2CO3 в соотношении 1:1 при температуре 930-950°С в течение 1 ч 50 мин с дальнейшим водным выщелачиванием. Применение окислителей KMnO4 и MnO2 при обжиге позволяет сократить расход щелочной добавки. Сравнительные химико-термодинамические расчеты и экспериментальные результаты показали возможность извлечения титана либо путем выщелачивания серной кислотой (40%), либо при обжиге шлака в присутствии реагентов NaOH, NaHSO4, Na2CO3 с последующим водным выщелачиванием. Предполагаемое в дальнейшем количественное определение извлеченного титана позволит дать сравнительную оценку методам и реагентам извлечения; сделать предварительный вывод о минералогических модификациях диоксида титана в шлаке, что позволит определить условия максимально возможной степени извлечения титана.
Список литературы
1. Чижевский В.Б., Шавакулева О.П., Гмызина Н.В. Обогащение титаномашетитовых руд Южного Урала // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. 2012. №2. С.5-7.
2. Перспективы вовлечения в переработку новых видов железосодержащего сырья / Никифоров Б.А., Тахаутдинов Р.С., Би-геев В.А., Бигеев А.М. // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. 2004. №1. С.9-11.
3. Окисление ванадиевых шлаков / Ватолин Н.А., Молева Н.Г., Волкова П.И., Сапожникова Т.В. М.: Наука, 1978. 153 с.
4. Химия и технология редких и рассеянных элементов / под ред. К.А. Большакова: в 2 ч. Ч.2. М.: Высш. школа, 1976. 360 с.
5. Махоткина Е.С., Шубина М.В. Исследование режимов обработки шлака процесса ITmk3 для извлечения ванадия // Актуальные проблемы современной науки, техники и образования: материалы 72-й международной научно-технической конференции / под ред. В.М. Колокольцева. Магнитогорск: Изд-во Магнитогорск. гос. техн. ун-та им. Г.И. Носова, 2013. Т.1. С.279-282.
6. Шубина М.В., Махоткина Е.С. Исследование возможности извлечения ванадия из шлаков переработки титаномагнетитов // Теория и технология металлургического производства. 2013. № 1. С. 75-76.
7. Махоткина Е.С., Шубина М.В. Извлечение титана из шлака прямого восстановления титаномагнетитов // Актуальные проблемы современной науки, техники и образования: материалы 73-й международной научно-технической конференции / под ред. В.М. Колокольцева. Магнитогорск: Изд-во Магнитогорск. гос. техн. ун-та им. Г.И. Носова, 2015. Т.1. С. 255-258.
8. Шубина М.В., Махоткина Е.С. Анализ возможности извлечения титана из шлака процесса ITmk3 // Наука и образование в современном обществе: сб. науч. трудов по материалам Международной научно-практической конференции. Ч. 1. Смоленск: НОВАЛЕНСО, 2015. С. 64-65.
Сведения об авторах
Махоткина Елена Станиславовна - канд. техн. наук, доц. каф. ФХиХТ, ФГБОУ ВПО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова». Тел.: (3519) 29-84-25.
Шубина Марианна Вячеславовна - канд. техн. наук, доц. каф. ФХиХТ, ФГБОУ ВПО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова». Тел.: (3519) 29-84-25. E-mail: shubina_mar@mail.ru
INFORMATION ABOUT THE PAPER IN ENGLISH
THE SLAG OF DIRECT REDUCTION IRON PROCESS AS A SOURCE OF VANADIUM AND TITANIUM OBTAINING
Makhotkina Elena Stanislavovna - Ph.D. (Eng.), Associate Professor, Nosov Magnitogorsk State Technical University, Magnitogorsk, Russia. Phone: 8 (3519) 298425.
Shubina Marianna Vyacheslavovna - Ph.D. (Eng.), Associate Professor, Nosov Magnitogorsk State Technical University, Magnitogorsk, Russia. Phone: 8 (3519) 298425. E-mail: shubina mar@mail.ru
Abstract. The problem of the industrial secondary resources recycling is relevant nowadays as a result of the accumulation of large amounts of slag waste with the essential content of expensive and industrially important metals. The possibility of vanadium and titanium extraction from the direct reduction iron slag from titanomagnetite ores was considered in the article.
The influence of the roasting temperature, oxidant additives, the kind and amount of alkali addition, the temperature and duration of the leaching on the degree of extraction was analyzed. The reagents which allowed to obtain soluble titanium compositions as
a result of sintering with slag and further leaching process, and methods of slag leaching by acids were investigated.
The highest degree of vanadium extraction (31%) was obtained as a result of slag roasting with an alkaline additive Na2CO3 in a ratio of 1 : 1 at a temperature 930-950°C for 1h 50 min with the further aqueous leaching. Application of oxidants KMnO4 and MnO2 during roasting process made it possible to reduce the consumption of alkaline additives.
Comparative chemical-thermodynamic calculations and experimental studies showed the ability to extract titanium by sulfuric acid (40%) leaching, or after the slag roasting with the reagents NaOH, NaHSO4 , Na2CO3 following by the aqueous leaching.
Keywords: the degree of vanadium and titanium extraction, ITmk3 process slag, leaching, alkali addition, roasting process, sulfate and hydrochloric acid methods of extracting titanium, X-Ray Fluorescent spectroscopy.
УДК 622.765.063.24:622.341.15
Костин В.Ф., Костина З.И., Крылова С.А., Понурко И.В.
СЕЛЕКТИВНОЕ ИЗВЛЕЧЕНИЕ СОЕДИНЕНИЙ МАГНИЯ И КОМПЛЕКСНАЯ ПЕРЕРАБОТКА СИДЕРОПЛЕЗИТОВОЙ РУДЫ
Аннотация. Разработан способ комплексной переработки сидероплезитовой руды с использованием фосфорной кислоты в качестве демагнезирующего кислотного агента, способствующего разрушению изоморфной кристаллической решетки минерала при обжиге и селективному связыванию исходных соединений магния в фосфат магния. При последующей обработке обожженной руды разбавленным раствором серной кислоты магний переходит в раствор в виде сульфата и отделяется от демагнезированного концентрата.
Реализация предложенного способа комплексной переработки сидероплезитовой руды позволила получить в лабораторных условиях концентрат с содержанием железа общего 65% за счет его практически полной демагнезации (99,9%). При уменьшении количества фосфорной кислоты степень демагнезации может быть снижена до требуемого в металлургическом производстве содержания оксида магния.
Побочные продукты процесса могут быть использованы в производстве комплексных минеральных удобрений, строительных материалов и способствовать снижению себестоимости продукции металлургического производства. Используемая в процессе выщелачивания вода утилизируется путем возврата в производство.
Ключевые слова: сидеритовая (сидероплезитовая) руда, изоморфная кристаллическая решетка, кислотное выщелачивание, химическое обогащение, фосфорная кислота, оксид магния, железорудный концентрат, безотходная технология, комплексная переработка.
В последнее время запасы легкоперерабатываемо-го железорудного сырья значительно снизились, поэтому производители вынуждены в перспективе перейти на использование бедных, трудноперерабатываемых железных руд (сидероплезитовые, железомарганцевые, фосфорсодержащие и т.п.), в которых примеси образуют с железом прочную структуру химических соединений.
Бакальское месторождение (Южный Урал) по запасам железа занимает второе место в России. В руде железо находится либо в виде сидерита (РеС03). либо в виде сидероплезита (Ре,1У^)(С03).
Сидерит представляет собой карбонат железа (FeCO3) с изоморфными примесями магния и марганца, реже кальция, цинка, кобальта. Сидероплезит (Fe,Mg)(CO3) является промежуточным членом ряда сидерит - магнезит. В минералах сидероплезитов атомы магния и железа замещают друг друга в любых пропорциях, т.е. дают непрерывные растворы [1].
Среднее содержание железа в сидеритовой руде, поступающей на металлургический передел, состав-
© Костин В.Ф., Костина З.И., Крылова С.А., Понурко И.В., 2015
ляет ~ 30-31%, при этом содержание соединений магния доходит до 10% и более (в пересчете на оксид магния). При переработке в доменных печах таких руд железо образует твердый раствор катионов с марганцем и магнием Mg; Mn)CO3, а при разложении карбоната переходит в комплексный оксид (Fe; Mg; Mn)O, что приводит к образованию шлака с высоким содержанием оксида магния, который увеличивает температуру плавления шлака, затрудняет его выход из печи и делает выплавку чугуна нерентабельной.
При подготовке такой руды к металлургическому переделу стоит задача повысить содержание железа и снизить содержание магния до 5-6% (в пересчете на MgО).
Все методы обогащения железных руд предполагают практически полное предварительное раскрытие минералов в результате применения операций дробления и измельчения. Однако только физическими методами (дробление, грохочение, магнитная сепарация и т.п.) не удается существенно понизить содержание оксида магния в концентрате, т.к. в изоморфной кристаллической решетке сидероплезита соединения магния химически связаны с соединениями железа. В связи с
