способ переработки титановых шлаков

Формула изобретения

1. Способ переработки титановых шлаков с получением четыреххлористого титана, включающий подготовку шихты, загрузку ее в хлоратор, хлорирование хлором или анодным хлоргазом в расплаве хлоридов металла с непрерывным обновлением расплава с получением парогазовой смеси, содержащей четыреххлористый титан, солевую очистку парогазовой смеси, конденсацию хлоридов в оросительном скруббере с циркуляцией образовавшейся пульпы в контуре оросительного скруббера и в контуре хлоратора на подачу в процесс хлорирования и последующую конденсацию с отделением четыреххлористого титана в оросительных конденсаторах, отличающийся тем, что солевую очистку в расплаве хлоридов ведут непосредственно после хлорирования, хлорирование и солевую очистку проводят при мольном соотношении хлорида щелочного металла к сумме примесей хлоридов железа и алюминия более 1 в шлаке и в парогазовой смеси соответственно, расплав после очистки направляют на процесс хлорирования, количество циркулирующей пульпы в контуре хлоратора, подаваемой на охлаждение при хлорировании, составляет 2,0 - 3,0 т/т четыреххлористого титана, а в контуре оросительного скруббера - 80 - 100 т/т четыреххлористого титана.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что конденсацию четыреххлористого титана в оросительных конденсаторах проводят последовательно с использованием в качестве оросительной жидкости четыреххлористого титана с температурой 90 - 105^oC, четыреххлористого титана с температурой 25 - 40^oC и четыреххлористого титана с температурой 0 - (-15)^oC.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что хлорирование ведут при температуре не выше 750^oC при концентрации двуокиси титана и восстановителя в расплаве 1 - 4 и 3 - 5% соответственно.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что хлорирование ведут при соотношении хлор к шлаку (1,48 - 1,62) : 1.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что линейную скорость подачи хлорирующего агента поддерживают в пределах 20 - 30 м/с.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к металлургии титана и может быть использовано при переработке титансодержащего сырья хлорным методом.

Основным промышленным способом переработки титанового сырья является хлорирование в расплаве солей титановых шлаков.

Известен способ переработки титановых шлаков с получением четыреххлористого титана, включающий подготовку шихты измельчением шлака и восстановителя, например кокса, смешение этих компонентов, загрузку в хлоратор на зеркало расплава хлоридов щелочных и щелочноземельных металлов и хлорирование газообразным хлором или анодным хлоргазом при температуре 750-800^oC и непрерывном обновлении расплава. В образовавшуюся в процессе парогазовую смесь переходят титан в виде четыреххлористого титана и хлориды примесей. Парогазовую смесь очищают от примесей в системе конденсации с использованием полых конденсаторов для очистки от пыли; солевую очистку от хлоридов примесей, в основном, алюминия, железа, конденсацию хлоридов примесей проводят в оросительном скруббере и конденсацию четыреххлористого титана - в оросительных конденсаторах.

Процесс хлорирования проводят с выводом непрохлорированного остатка с оборотом отработанного расплава хлоридов щелочных металлов. Парогазовую смесь, содержащую четыреххлористый титан, последовательно очищают от твердых хлоридов. Очистку проводят сначала от более высококипящих твердых и жидких хлоридов, затем отделяют твердые хлориды от газообразных солевой очисткой и ведут конденсацию хлоридов в оросительном скруббере и оросительных конденсаторах для окончательного доулавливания четыреххлористого титана. Пульпу четыреххлористого титана, полученную после оросительного скруббера, подают на орошение в контуре оросительного скруббера и в контуре хлоратора - на процесс хлорирования (см. "Титан", под ред. В.М.Гармата, М.: Металлургия, 1983, с. 273-300).

Способ имеет недостатки, заключающиеся в следующем.

Очистка от пыли твердых хлоридов в полых конденсаторах приводит к образованию комкообразных дымящих возгонов, что затрудняет их дальнейшую переработку.

Циркуляция пульпы из оросительного скруббера в хлоратор осуществляет теплосъем, но не позволяет регулировать его в зависимости от производительности хлоратора. То же самое происходит и при циркуляции пульпы в системе оросительного скруббера. Циркуляция пульпы не обеспечивает необходимого теплосъема и промывку парогазовой смеси четыреххлористого титана от примесей хлоридов железа и алюминия в зависимости от изменения производительности.

Эти недостатки снижают эффективность и технико-экономические показатели процесса.

Техническим результатом заявленного изобретения является возможность стабильного проведения процесса вне зависимости от изменения производительности хлоратора и повышения выхода четыреххлористого титана за счет сокращения его потерь с отходящими газами.

Технический результат достигается тем, что в способе переработки титановых шлаков с получением четыреххлористого титана, включающем подготовку шихты, загрузку ее в хлоратор, хлорирование хлором или анодным хлоргазом в расплаве хлоридов металлов с непрерывным обновлением расплава с получением парогазовой смеси, содержащей четыреххлористый титан, солевую очистку парогазовой смеси, конденсацию хлоридов в оросительном скруббере с циркуляцией образовавшейся пульпы в контуре оросительного скруббера и в контуре хлоратора на подачу в процесс хлорирования и последующую конденсацию с отделением четыреххлористого титана в оросительных конденсаторах, согласно изобретению солевую очистку в расплаве хлоридов ведут непосредственно после хлорирования, хлорирование и солевую очистку проводят при мольном соотношении хлорида щелочного металла к сумме примесей хлоридов железа и алюминия более 1,0 в шлаке и в парогазовой смеси, соответственно, расплав после солевой очистки направляют на процесс хлорирования, а количество циркулирующей пульпы в контуре хлоратора, подаваемой на охлаждение при хлорировании, составляет 2,0- 3,0 т/т четыреххлористого титана, а в контуре оросительного скруббера - 80-100 т/т четыреххлористого титана;

кроме того, конденсацию четыреххлористого титана в оросительных конденсаторах проводят последовательно с использованием в качестве оросительной жидкости четыреххлористого титана с температурой 90-105^oC, четыреххлористого титана с температурой 25-40^oC и четыреххлористого титана с температурой 0-(-15)^oC, соответственно;

хлорирование ведут при температуре не выше 750^oC при концентрации двуокиси титана и восстановителя в расплаве 1-4 и 3-5%, соответственно, при соотношении хлор к шлаку 1,48-1,62 и поддержании линейной скорости подачи хлорирующего агента в пределах 30-20 м/сек в каждой фурме.

Сущность способа заключается в следующем.

Проведение солевой очистки непосредственно после хлорирования позволяет более эффективно уловить примеси твердых хлоридов железа и алюминия, а также частицы пылеуноса (измельченная фракция шихты). Расплав после солевой очистки возвращают на хлорирование, что позволяет более рационально расходовать реагенты - щелочные металлы и эффективно использовать тепло, образующееся в процессе, сокращая тем самым энергозатраты. Возврат непрореагировавшего исходного материала позволяет повысить извлечение титана из исходного сырья. Хлорирование исходного сырья и солевую очистку парогазовой смеси после хлорирования следует проводить при мольном соотношении хлорида щелочного металла к сумме примесей хлоридов железа и алюминия более 1,0 в шлаке и в парогазовой смеси, соответственно. Это соотношение компонентов при хлорировании снижает вынос этих примесей в парогазовую смесь, а при солевой очистке наиболее эффективно удаляют эти примеси из парогазовой смеси. На следующей стадии парогазовую смесь очищают в оросительном скруббере; при этом для орошения используют пульпу четыреххлористого титана. Пульпу четыреххлористого титана из скруббера в соотношении 2,0-3,0 т/т четыреххлористого титана возвращают в хлоратор для стерилизации температуры хлорирования. Последнюю стадию очистки парогазовой смеси четыреххлористого титана в оросительных конденсаторах проводят ступенчато с использованием в качестве оросительной жидкости четыреххлористого титана с температурой 90-105^oC, 25-40^oC и с температурой 0-(-15)^oC. Режимы циркуляции пульпы в контурах хлоратора и оросительного скруббера не только эффективно осуществляют теплосъем и очистку от примесей, но и зависят от производительности хлоратора, тем самым позволяют плавно и стабильно вести весь процесс от загрузки исходной шихты до получения конечного продукта - четыреххлористого титана. При изменении производительности хлоратора меняют соотношение количества циркулирующей пульпы в контуре хлоратора и скруббера в заявленных интервалах и обеспечивают стабильность всего технологического цикла.

На эффективность процесса хлорирования влияют и другие заявленные параметры. Концентрация двуокиси титана и восстановителя в расплаве при хлорировании 1-4 и 3-5 мас.%, соответственно, и температура хлорирования не выше 750^oC предотвращают вскипание расплава при хлорировании, а соотношение хлора и шлака (1,48-1,62):1 и линейная скорость подачи газообразного хлорирующего агента позволяют обеспечить наиболее эффективное его дробление в толще расплава, равномерное его распределение и одновременно с этим снижает разрушение фурменного узла, продлевая срок его службы.

Режимы конденсации четыреххлористого титана в оросительных конденсаторах, последовательное снижение температуры орошающей жидкости приводят к наиболее полному улавливанию и конденсации четыреххлористого титана, тем самым снижается возможность потерь четыреххлористого титана с технологическими газами.

Обоснование параметров.

При мольном соотношении щелочных металлов к хлоридам железа и алюминия менее 1,0 на стадии хлорирования увеличивается выход примесей в парогазовую смесь. При мольном соотношении щелочных металлов и хлоридов примесей алюминия и железа менее 1,0 при солевой очистке снижается эффективность очистки от пыли и твердых хлоридов алюминия и железа.

Количество циркулирующей пульпы в контуре хлоратора менее 2,0 т/т четыреххлористого титана не обеспечивает необходимый теплосъем и приводит к повышению температуры хлоратора. Увеличение количества циркулирующей пульпы в контуре хлоратора более 3,0 т/т четыреххлористого титана приводит к понижению температуры расплава хлоратора, снижая скорость хлорирования. Кроме того, происходит конденсация твердых хлоридов на своде хлоратора. Количество циркулирующей пульпы четыреххлористого титана в контуре оросительного скруббера менее 80 т/т четыреххлористого титана приводит к неполноте теплосъема и, соответственно, снижает эффективность очистки четыреххлористого титана от примесей. Количество циркулирующей пульпы четыреххлористого титана в контуре оросительного скруббера более 100 т/т четыреххлористого титана снижает эффективность охлаждения циркулирующей пульпы и увеличивает энергозатраты.

Температура 90-105^oC оросительной жидкости - четыреххлористого титана на первой ступени оросительного конденсатора обеспечивает очистку от оставшихся примесей твердых хлоридов и исключает отложение примесей на поверхности теплообменной аппаратуры. При температуре оросительной жидкости выше 105^oC снижается степень конденсации четыреххлористого титана на первой ступени. Температура 25-40^oC оросительной жидкости на второй ступени оросительной конденсации обеспечивает оптимальный режим энергозатрат на стадии конденсации. При температуре ниже 25^oC увеличиваются энергозатраты для охлаждения циркулирующей жидкости. При температуре выше 40^oC снижается степень конденсации четыреххлористого титана на второй ступени. Температура 0-(-15)^oC оросительной жидкости обеспечивает оптимальное сочетание эффективного улавливания четыреххлористого титана и энергозатрат. При температуре выше 0^oC снижается степень улавливания четыреххлористого титана и возрастают потери с отходящими технологическими газами. При температуре ниже -15^oC резко возрастают энергозатраты, которые практически не повышают степени улавливания четыреххлористого титана.

Способ иллюстрируется примером.

Хлорированию подвергают титановые шлаки, содержащие TiO₂ 85-88 мас.%. Титановый шлак измельчают и смешивают с коксом для получения шихты. Хлорирование ведут при температуре 700^oC в расплаве солей хлоридов щелочных металлов и хлоридов железа при концентрации диоксида титана 1-4 мас.% и восстановителя 3-5 мас%. при мольном соотношении хлоридов калия и натрия к сумме хлоридов железа и алюминия более 1,0. В хлоратор подают анодный хлоргаз по 4-м хлороподводам с линейной скоростью подачи 20-30 м/сек. при соотношении хлора и шлака (1,48-1,62):1. Образующиеся парообразные хлориды в виде парогазовой смеси (ПГС), содержащей четыреххлористый титан и хлориды железа, алюминия, калия и натрия, с температурой 300-500^oC поступают на солевую очистку в солевой скруббер. При солевой очистке в расплаве хлоридов щелочных металлов при мольном соотношении хлоридов щелочных металлов к сумме хлоридов примесей 1: 1,5 из ПГС в расплав переходят непрореагировавшие частицы шихты, твердые хлориды железа и алюминия. После насыщения расплава его возвращают в хлоратор. Частично очищенная в солевом скруббере ПГС поступает в оросительный скруббер, где происходит дальнейшая очистка ПГС от хлоридов железа, алюминия и других высококипящих хлоридов (Na, K). В качестве оросительной жидкости используют пульпу четыреххлористого титана, полученную в процессе конденсации. В оросительном скруббере происходит улавливание твердых хлоридов примесей и частичная конденсация четыреххлористого титана с образованием пульпы, которую направляют на циркуляцию в два контура: в количестве 2,0-3,0 т/т четыреххлористого титана - в контур хлоратора и в количестве 80-100 т/т четыреххлористого титана - в контур самого оросительного скруббера для охлаждения пульпы. Очищенную ПГС направляют на ступенчатую конденсацию в оросительные конденсаторы. Первую ступень конденсации осуществляют при температуре 90-105^oC, вторую - при 25-40^oC и окончательную конденсацию четыреххлористого титана ведут при 0-(-15)^oC. Конечный продукт - жидкий четыреххлористый титан выводят из системы оросительных конденсаторов.

Выход титана в конечный продукт составляет 96%.