способ переработки титансодержащих материалов

Формула изобретения

1. Способ переработки титансодержащих материалов, включающий обработку исходного материала азотной кислотой, отличающийся тем, что в качестве исходного материала используют титансодержащие шлаки, а обработку проводят в две стадии, при этом на первой стадии обработку азотной кислотой ведут при температуре 70-95°С с получением твердого титансодержащего осадка, а на второй этот осадок обрабатывают раствором каустической щелочи при температуре 60-90°С с получением жидкого стекла и обогащенного по диоксиду титана продукта.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что обработку осадка раствором щелочи проводят при молярном отношении Na₂O : SiO₂, равном 0,25-1,0.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к способам переработки титансодержащего сырья, и может быть использовано при переработке титансодержащего шлака.

Известен способ получения обогащенного титанового продукта из перовскита, [В. П. Петров и др. Комплексное использование минерального сырья. Алма-Ата, 1992, N 3, с. 51].

Измельченный концентрат обрабатывают азотной, а затем соляной кислотой для удаления железа.

Недостатками способа являются невысокая степень обогащения продукта по титану, использование соляной кислоты, сложность оборудования и утилизации хлорного железа.

В качестве прототипа выбран способ обогащения (по титану) перовскитового концентрата, включающий разложение концентрата 50%-ным раствором азотной кислоты при повышенном давлении (высоких температурах) [В.М.Кострикин и др. Автоклавное вскрытие перовскитового концентрата. В сб. Минеральное сырье. М. , Наука, 1966 г. вып. 13. с. 63-69].

В результате обработки концентрата, содержащего 47,9% TiO₂, азотной кислотой при температуре 105^oC (режим кипения) удается повысить концентрацию диоксида титана в обогащенном продукте до 73%.

Недостатком этого приема является низкая степень обогащения и выделение оксидов азота в окружающую среду, ибо при 100^oC и выше азотная кислота разлагается.

При обработке концентрата кислотой в автоклавах при 150 и 200^oC содержание диоксида титана в продукте повышается соответственно до 85 и 87%.

Недостатки способа: высокое содержание железа (до 10%) в обогащенном продукте, что осложняет последующую переработку его известными методами, применение сложного оборудования и значительные затраты энергии.

Задачей, решаемой предлагаемым изобретением, является повышение степени обогащения (по титану) исходного сырья, осуществление процесса при температурах ниже 100^oC, увеличение степени использования сырья.

Поставленная задача решается тем, что в известном способе переработки титансодержащего материала, включающем преимущественно обработку титанистого шлака азотной кислотой при атмосферном давлении, согласно изобретению, обработку ведут в две стадии. На первой стадии шлак разлагается азотной кислотой при температуре 70-95^oC с получением твердого титансодержащего осадка, который на второй стадии обрабатывают раствором каустической щелочи при температуре 60-90^oC и получают раствор жидкого стекла и обогащенный по диоксиду продукт. Отработку осадка раствором каустической щелочи проводят при молярном отношении Na₂O : SiO₂, равном 0,25- 1,0.

Способ осуществляли следующим образом.

Доменный шлак после измельчения на первой стадии обрабатывали в аппарате с механическим перемешиванием 30%-ным раствором азотной кислоты (с избытком 20% против стехиометрии) при Ж:Т= 4-5 в интервале температур 70-95^oC в течение 4-6 час. Затем пульпу фильтровали, осадок промывали водой и далее обрабатывали раствором каустической щелочи при Ж:Т = 9-10 в интервале температур 60-90^oC. При этом получали раствор силиката натрия с модулем 2-3 и обогащенный продукт по диоксиду титана. Продукт после промывки водой сушили для удаления влаги и направляли на химический анализ.

Опытами установлено, что на первой стадии титансодержащие соединения сложного состава при обработке азотной кислотой разлагаются. При этом щелочноземельные металлы, часть железа и алюминия переходят в раствор, а кремний остается в осадке.

Титан ведет себя следующим образом. Вначале он переходит в раствор, а затем - в твердую фазу в виде метатитановой кислоты (гидрооксида титана), которая остается в осадке вместе с кремнеземом и оставшейся частью оксидов железа, кальция, алюминия и магния.

При обработке такого осадка на второй стадии раствором щелочи кремнезем на 80-90% переходит в раствор в виде силиката натрия, а гидрооксид титана и указанные оксиды остаются в твердой фазе.

Для повышения перехода кремнезема в раствор количество щелочи дозируют из расчета получения в нем молекулярного отношения Na₂O : SiO₂, равного 0,25-1,0, и раствора с кремневым модулем 2-3.

Опыты проводились со шлаком следующего состава, мас.% : 10,8 TiO₂; 25,9 SiO₂; 15,2 Al₂O₃; 32,4 CaO; 11,5 MgO; 1,5 FeO и 0,5 MnO.

Из таблицы видно, что при обработке кислотой (первая стадия) с увеличением температуры повышается извлечение диоксида титана в твердую фазу. Однако при температуре ниже 70^oC разложение шлака происходит менее 80%. При температуре выше 95^oC разложение выше 85%, но при этом начинают выделяться в атмосферу пары оксидов азота.

На второй стадии с повышением температуры от 70 до 95^oC концентрация диоксида титана в продукте увеличивается, а затем снижается.

При температуре ниже 60^oC в продукте остается много кремнезема, который медленно реагирует с раствором каустика. При температуре выше 90^oC содержание диоксида титана снижается, так как образуется титанат натрия. Оксид натрия загрязняет продукт и осложняет его переработку кислотными методами.

При обработке кислотой при 90^oC и раствором каустика при 80^oC был получен продукт, содержащий, вес.%: 89,5 TiO₂; 7,4 SiO₂; 0,26 Al₂O₃; 0,19 CaO; 0,24 MgO; 2,21 Fe₂O₃; 0,15 Na₂O.

Преимущества предлагаемого способа:

- снижается расход энергии за счет переработки шлака при температуре ниже 100^oC;

- упрощается оборудование;

- достигается высокая степень извлечения диоксида титана и концентрирование его в получаемом продукте;

- из шлака дополнительно извлекается кремнезем с получением жидкого стекла, пригодного для целого ряда отраслей народного хозяйства.