RU2586190C1 - Method for processing leucoxene concentrate and device therefor - Google Patents
Method for processing leucoxene concentrate and device therefor Download PDFInfo
- Publication number
- RU2586190C1 RU2586190C1 RU2014151120/02A RU2014151120A RU2586190C1 RU 2586190 C1 RU2586190 C1 RU 2586190C1 RU 2014151120/02 A RU2014151120/02 A RU 2014151120/02A RU 2014151120 A RU2014151120 A RU 2014151120A RU 2586190 C1 RU2586190 C1 RU 2586190C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- concentrate
- plasma
- carbon
- processing
- synthetic rutile
- Prior art date
Links
- 239000012141 concentrate Substances 0.000 title claims abstract description 82
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 34
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 46
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 35
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N titanium dioxide Inorganic materials O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 34
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 33
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 claims abstract description 20
- 239000003638 chemical reducing agent Substances 0.000 claims abstract description 15
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims abstract description 10
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 8
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 claims description 14
- 239000000155 melt Substances 0.000 claims description 12
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 claims description 10
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 claims description 10
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 238000002844 melting Methods 0.000 claims description 6
- 230000008018 melting Effects 0.000 claims description 6
- 238000001914 filtration Methods 0.000 claims description 3
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 2
- 239000008188 pellet Substances 0.000 claims description 2
- 230000002829 reductive effect Effects 0.000 abstract description 5
- 239000008187 granular material Substances 0.000 abstract description 4
- 239000010703 silicon Substances 0.000 abstract description 4
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 abstract description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 4
- 238000003723 Smelting Methods 0.000 abstract description 3
- 238000001816 cooling Methods 0.000 abstract 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- LIVNPJMFVYWSIS-UHFFFAOYSA-N silicon monoxide Chemical class [Si-]#[O+] LIVNPJMFVYWSIS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 23
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 22
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 12
- OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N titanium oxide Inorganic materials [Ti]=O OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 9
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 8
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 7
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 7
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 6
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 5
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 5
- SOQBVABWOPYFQZ-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-);titanium(4+) Chemical class [O-2].[O-2].[Ti+4] SOQBVABWOPYFQZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 4
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 4
- 239000004408 titanium dioxide Substances 0.000 description 4
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 3
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N Sulfuric acid Chemical compound OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 3
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 3
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 3
- 239000000049 pigment Substances 0.000 description 3
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 description 3
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N Calcium Chemical compound [Ca] OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000003213 activating effect Effects 0.000 description 2
- 239000003513 alkali Substances 0.000 description 2
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 2
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011575 calcium Substances 0.000 description 2
- 238000010891 electric arc Methods 0.000 description 2
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 2
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 2
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 239000003345 natural gas Substances 0.000 description 2
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910010413 TiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010306 acid treatment Methods 0.000 description 1
- 150000007513 acids Chemical class 0.000 description 1
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000001354 calcination Methods 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 239000006229 carbon black Substances 0.000 description 1
- 239000003245 coal Substances 0.000 description 1
- 239000000571 coke Substances 0.000 description 1
- -1 graphitized Substances 0.000 description 1
- 231100001261 hazardous Toxicity 0.000 description 1
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 1
- 238000007885 magnetic separation Methods 0.000 description 1
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 1
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 description 1
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 1
- MTPVUVINMAGMJL-UHFFFAOYSA-N trimethyl(1,1,2,2,2-pentafluoroethyl)silane Chemical compound C[Si](C)(C)C(F)(F)C(F)(F)F MTPVUVINMAGMJL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000002604 ultrasonography Methods 0.000 description 1
- 239000003039 volatile agent Substances 0.000 description 1
- 239000002912 waste gas Substances 0.000 description 1
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22B—PRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
- C22B34/00—Obtaining refractory metals
- C22B34/10—Obtaining titanium, zirconium or hafnium
- C22B34/12—Obtaining titanium or titanium compounds from ores or scrap by metallurgical processing; preparation of titanium compounds from other titanium compounds see C01G23/00 - C01G23/08
- C22B34/1263—Obtaining titanium or titanium compounds from ores or scrap by metallurgical processing; preparation of titanium compounds from other titanium compounds see C01G23/00 - C01G23/08 obtaining metallic titanium from titanium compounds, e.g. by reduction
- C22B34/1281—Obtaining titanium or titanium compounds from ores or scrap by metallurgical processing; preparation of titanium compounds from other titanium compounds see C01G23/00 - C01G23/08 obtaining metallic titanium from titanium compounds, e.g. by reduction using carbon containing agents, e.g. C, CO, carbides
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Geology (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к переработке рудных концентратов, а более конкретно лейкоксеновых концентратов с высоким содержанием кремния, например Ярегского месторождения, с получением синтетического рутила и порошка диоксида кремния. Ярегский концентрат содержит в среднем около 50% оксидов титана и 45% оксидов кремния. Доля оксидов железа, алюминия, магния и кальция и др. элементов составляет около 5%. Оксиды титана и кремния образуют сложную взаимопроникающую структуру, которая затрудняет их разделение известными промышленными способами. В предлагаемом изобретении предложен способ и устройство для выделения из лейкоксенового концентрата диоксида титана в виде синтетического рутила и диоксида кремния в виде ультрадисперсного порошка.The invention relates to the processing of ore concentrates, and more particularly leucoxene concentrates with a high silicon content, for example, the Yaregsky deposit, to produce synthetic rutile and silicon dioxide powder. Yaregsky concentrate contains on average about 50% titanium oxides and 45% silicon oxides. The proportion of oxides of iron, aluminum, magnesium and calcium and other elements is about 5%. Titanium and silicon oxides form a complex interpenetrating structure, which makes it difficult to separate them by known industrial methods. The present invention provides a method and apparatus for separating titanium dioxide in the form of synthetic rutile and silicon dioxide in the form of an ultrafine powder from a leucoxene concentrate.
Известны и применяются гидрометаллургические способы разложения лейкоксенового концентрата, основанные, например, на сернокислотной обработке (В.А. Резниченко, B.C. Устинов, И.А. Карязин, А.Н. Петрунько. Электрометаллургия и химия титана. - М.: Наука, 1982, 280 c.).Known and used hydrometallurgical methods for the decomposition of leucoxene concentrate, based, for example, on sulfuric acid treatment (V. A. Reznichenko, BC Ustinov, I. A. Karyazin, A. N. Petrunko. Electrometallurgy and chemistry of titanium. - M .: Nauka, 1982 , 280 c.).
Гидрометаллургическое разложение сопряжено с рядом трудностей и может быть облегчено путем предварительной подготовки кконцентрата. Так, известен способ подготовки посредством магнетизирующего обжига в восстановительной атмосфере и последующей частичной магнитной сепарации оксидов титана и кремния (Г.Б. Садыхов. Новые подходы к решению проблемы использования комплексного титанового и других видов труднообогатимого рудного сырья России. В кн. «Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАН - 75 лет». Сб. научных трудов под редакцией академика К.А. Солнцева. - М.: Интерконтакт Наука, 2013, 792 с.).Hydrometallurgical decomposition is fraught with a number of difficulties and can be facilitated by preliminary preparation for the concentrate. Thus, there is a known method of preparation by means of magnetizing roasting in a reducing atmosphere and subsequent partial magnetic separation of titanium and silicon oxides (GB Sadykhov. New approaches to solving the problem of using complex titanium and other types of hard-to-ore ore raw materials in Russia. In the book “Institute of Metallurgy and Materials Science named after AA Baykov of the Russian Academy of Sciences is 75 years old. Collection of scientific works edited by academician KA Solntsev. - M.: Intercontact Nauka, 2013, 792 pp.).
Известен способ предварительной подготовки концентрата путем плавки в электропечи с кальцийсодержащей добавкой и углеродом. Это позволяет снизить температуру последующего кислотного разложения (Л.Ф. Алексеев, Н.А. Ватолин, А.Н. Дмитриев, Л.И. Леонтьев, Т.А. Пряхина, Г.Г. Самойлова, Т.В. Сапожникова, А.В. Ченцов, СВ. Шаврин, Е.Х. Шахпазов. Способ переработки лейкоксенового концентрата. Патент РФ №2068393, кл. C01G 23/00, заявка 11.01.1993 г.).A known method for the preliminary preparation of the concentrate by melting in an electric furnace with a calcium-containing additive and carbon. This allows to reduce the temperature of subsequent acid decomposition (L.F. Alekseev, N.A. Vatolin, A.N. Dmitriev, L.I. Leontyev, T.A. Pryakhina, G.G. Samoilova, T.V. Sapozhnikova, A.V. Chentsov, St. Shavrin, E.Kh. Shakhpazov, Method for processing leucoxene concentrate, RF Patent No. 2068393,
Недостатками гидрометаллургических способов являются большой расход вредных химических реагентов - серной кислоты, щелочи, опасно высокая температура гидрометаллургического разложения концентрата, сложная система утилизации отходов, относительно низкая степень разделения оксидов титана и кремния, необходимость предварительной подготовки концентрата.The disadvantages of hydrometallurgical methods are the high consumption of harmful chemicals - sulfuric acid, alkali, dangerously high temperature of hydrometallurgical decomposition of the concentrate, a complex waste management system, a relatively low degree of separation of titanium and silicon oxides, the need for preliminary preparation of the concentrate.
Известен также способ разделения оксидов титана и кремния, составляющих лейкоксеновый концентрат, гидродинамическим методом. Для этого концентрат измельчают механически или ультразвуком до размера частиц <75 мкм. После этого разделение оксидов производят посредством тяжелых жидкостей или водного потока на винтовых шлюзах (Б.А. Остащенко, И.Н. Бурцев, Н.Н. Усков. Способ переработки лейкоксеновых концентратов, Патент РФ №2032756(13) С1, кл. 6 С22В 34/12, В03В 5/00, заявка 06.16.1992 г.).There is also a known method for separating titanium and silicon oxides constituting a leucoxene concentrate by a hydrodynamic method. For this, the concentrate is ground mechanically or by ultrasound to a particle size <75 μm. After this, the separation of the oxides is carried out by means of heavy liquids or water flow on screw locks (B.A. Ostashchenko, I.N. Burtsev, N.N. Uskov. Method for the processing of leucoxene concentrates, RF Patent No. 2032756 (13) C1, Cl. 6 C22B 34/12, B03B 5/00, application 06.16.1992).
Недостатками гидродинамического способа являются низкая степень разделения оксидов, использование сложного малопроизводительного и энергоемкого оборудования для измельчения концентрата и использование большого количества жидкости - воды, тяжелых жидкостей (3-4 т жидкости на 1 т концентрата).The disadvantages of the hydrodynamic method are the low degree of separation of oxides, the use of sophisticated low-productivity and energy-intensive equipment for grinding concentrate and the use of a large amount of liquid - water, heavy liquids (3-4 tons of liquid per 1 ton of concentrate).
Таким образом, известные гидрометаллургические и гидродинамические способы являются экологически опасными, материалоемкими, многостадийными, состоящими из отдельных этапов, которые трудно объединить в единую автоматизированную систему. Все это делает способы сложными и дорогостоящими, наносящими урон окружающей среде.Thus, the known hydrometallurgical and hydrodynamic methods are environmentally hazardous, material-intensive, multi-stage, consisting of separate stages that are difficult to combine into a single automated system. All this makes the methods complicated and expensive, damaging the environment.
Более безопасным и экономичным способом обогащения лейкоксенового концентрата и наиболее близким аналогом заявляемого изобретения является пирометаллургический способ, включающий помол концентрата, приготовление смеси концентрата с углеродом, изготовление брикетов путем прессования и обжиг брикетов в вакууме при температуре 1300-1500°С. При этом диоксид кремния SiO2 восстанавливается до монооксида SiO, который, являясь летучим соединением, испаряется из концентрата (Б.А. Голдин, П.В. Истомин, Ю.И. Рябков, Н.А. Секушин, Г.П. Швейкин. Способ обогащения лейкоксенового концентрата. Патент РФ №2075529, классификация по МПК С22В, публикация 20.03.1997 г.).A safer and more economical method of enriching leukoxene concentrate and the closest analogue of the claimed invention is the pyrometallurgical method, including grinding the concentrate, preparing a mixture of the concentrate with carbon, making briquettes by pressing and burning the briquettes in vacuum at a temperature of 1300-1500 ° С. In this case, silicon dioxide SiO 2 is reduced to SiO monoxide, which, being a volatile compound, evaporates from the concentrate (B.A. Goldin, P.V. Istomin, Yu.I. Ryabkov, N.A. Sekushin, G.P. Shveikin A method for enriching leukoxene concentrate. Patent of the Russian Federation No. 2075529, classification according to IPC С22В, publication March 20, 1997).
Недостатками рассмотренного способа являются необходимость помола концентрата, изготовление брикетов и создание вакуума. Все это усложняет и удорожает технологию разделения оксидов титана и кремния, содержащихся в концентрате.The disadvantages of this method are the need to grind the concentrate, the manufacture of briquettes and the creation of a vacuum. All this complicates and increases the cost of technology for the separation of titanium and silicon oxides contained in the concentrate.
Задача, на решение которой направлено наше изобретение, заключается в создании пирометаллургического способа и устройства для переработки лейкоксенового концентрата, в котором для отделения оксидов титана от оксидов кремния и получения синтетического рутила (TiO2≥90 масс. %) не используют помол концентрата, не изготовляют брикеты и не применяют вакуум, в результате чего упрощается переработка концентрата, улучшаются экологические показатели процесса и условия труда, повышается степень обогащения концентрата и улучшается экономичность процесса в целом.The problem to which our invention is directed, is to create a pyrometallurgical method and device for processing leukoxene concentrate, in which the concentrate is not used to separate titanium oxides from silicon oxides and to obtain synthetic rutile (TiO 2 ≥90 wt.%), They are not manufactured briquettes do not use vacuum, as a result of which the processing of the concentrate is simplified, the environmental performance of the process and working conditions are improved, the degree of enrichment of the concentrate is increased and the economy is improved process as a whole.
Техническим результатом изобретения, направленного на отделение оксидов титана от оксидов кремния с получением синтетического рутила, является отсутствие при переработке концентрата использования кислот, щелочей и активирующих добавок, возможность применения газообразных углеродсодержащих восстановителей, переработка концентрата без создания вакуума и отсутствие какой-либо предварительной подготовки концентрата: измельчения, изготовления брикетов, магнитной и гидродинамической сепараций.The technical result of the invention, aimed at the separation of titanium oxides from silicon oxides to obtain synthetic rutile, is the absence of the use of acids, alkalis and activating additives during the processing of the concentrate, the possibility of using gaseous carbon-containing reducing agents, the processing of the concentrate without creating a vacuum, and the absence of any preliminary preparation of the concentrate: grinding, briquetting, magnetic and hydrodynamic separation.
Положительные особенности изобретения обусловлены следующими факторами:The positive features of the invention are due to the following factors:
- при пирометаллургическом способе переработки концентрата кислоты, щелочи и активирующие добавки не применяются;- with the pyrometallurgical method of processing acid, alkali concentrate and activating additives are not used;
- при восстановительной плавке концентрата помимо твердого углеродсодержащего восстановителя возможно использовать углеродсодержащие газы, например природный газ;- during reductive smelting of the concentrate, in addition to solid carbon-containing reducing agent, it is possible to use carbon-containing gases, for example natural gas;
- восстановительная плавка происходит при температуре, достаточной для эффективного испарения монооксида кремния при атмосферном давлении, поэтому использование вакуума не требуется;- reductive melting occurs at a temperature sufficient for the effective evaporation of silicon monoxide at atmospheric pressure, so the use of vacuum is not required;
- измельчение концентрата и изготовление из него брикетов не требуется благодаря тому, что восстановление диоксида кремния ведется при расплавленном концентрате, что обеспечивает эффективный физико-химический контакт с восстановителем;- grinding of the concentrate and production of briquettes from it is not required due to the fact that the reduction of silicon dioxide is carried out with molten concentrate, which ensures effective physico-chemical contact with the reducing agent;
- восстановительная плавка концентрата одноэтапно обеспечивает получение синтетического рутила, поэтому предварительная подготовка концентрата, включающая магнитную или гидродинамическую сепарацию, не требуется- recovery smelting of the concentrate provides synthetic rutile in one step, therefore, preliminary preparation of the concentrate, including magnetic or hydrodynamic separation, is not required
Технический результат достигается тем, что в способе переработки лейкоксенового концентрата, включающем углетермическое восстановление диоксида кремния, содержащегося в концентрате, до монооксида и испарение последнего из концентрата с получением синтетического рутила, согласно изобретению восстановление диоксида кремния до монооксида и испарение его из концентрата происходят при плавлении концентрата при атмосферном давлении, температуре 2500-3000 К и при использовании дисперсных и газообразных углеродсодержащих восстановителей, суммарное содержание углерода в которых составляет 10-15% от массы концентрата.The technical result is achieved in that in a method for processing a leucoxene concentrate, including carbon thermal reduction of silicon dioxide contained in a concentrate to monoxide and evaporation of the latter from a concentrate to produce synthetic rutile, according to the invention, the reduction of silicon dioxide to monoxide and its evaporation from the concentrate occurs when the concentrate is melted at atmospheric pressure, a temperature of 2500-3000 K and when using dispersed and gaseous carbon-containing reducing agents, with mmarnoe carbon content of which is 10-15% by weight of the concentrate.
Устройство для осуществления предложенного способа переработки лейкоксенового концентрата, содержащее электрический источник теплоты и контейнер для восстановительной плавки, согласно изобретению устройство включает: плазменно-дуговую печь, производящую посредством восстановительной плавки лейкоксенового концентрата синтетический рутил и оксид кремния, гранулятор синтетического рутила, снабженный приемником гранул, утилизатор тепловой энергии отходящего от печи газа, фильтрующее устройство для извлечения из газа порошка диоксида кремния, снабженное приемником порошка; источником теплоты печи является плазменная дуга, горящая между электродом плазмотрона и расплавом в тигле; концентрат и дисперсный углеродсодержащий восстановитель подают в ванну расплава через осевой канал в электроде плазмотрона или (и) через сопло плазмотрона вместе с плазмообразующим, он же транспортирующим углеродсодержащим газом.A device for implementing the proposed method for processing a leucoxene concentrate containing an electric heat source and a container for reduction melting, according to the invention, the device includes: a plasma-arc furnace producing synthetic rutile and silicon oxide by means of reduction melting of a leucoxene concentrate, a synthetic rutile granulator equipped with a pellet receiver, a heat exchanger thermal energy of the gas leaving the furnace, a filtering device for extracting dioxide powder from gas and silicon, provided with a powder receiver; the heat source of the furnace is a plasma arc burning between the plasma torch electrode and the melt in the crucible; the concentrate and the dispersed carbon-containing reducing agent are fed into the molten bath through the axial channel in the plasma torch electrode and / or through the plasma torch nozzle together with the plasma-forming, it is also transporting carbon-containing gas.
Сущность изобретенияSUMMARY OF THE INVENTION
В заявленном способе переработки лейкоксенового концентрата осуществляется одноэтапное плазменно-дуговое отделение оксидов кремния от оксидов титана с получением синтетического рутила без использования кислотных и щелочных технологий, вакуума, какой-либо предварительной подготовки концентрата, в том числе помола, прессования, обжига, магнитной или гидродинамической сепарации и т.д. Помимо синтетического рутила получается ультрадисперсный порошок диоксида кремния (фиг. 1). Синтетический рутил и порошок диоксида кремния перерабатываются по известным технологиям в пигментный диоксид титана, металлический титан, карбид кремния и др. продукты. При этом экологические, экономические и эксплуатационные показатели производства этих продуктов из лейкоксенового концентрата улучшаются.In the claimed method for processing leukoxene concentrate, a one-stage plasma-arc separation of silicon oxides from titanium oxides is carried out to obtain synthetic rutile without using acid and alkaline technologies, vacuum, any preliminary preparation of the concentrate, including grinding, pressing, calcining, magnetic or hydrodynamic separation etc. In addition to synthetic rutile, an ultrafine silica powder is obtained (Fig. 1). Synthetic rutile and silicon dioxide powder are processed by known technologies into pigment titanium dioxide, titanium metal, silicon carbide and other products. At the same time, the environmental, economic and operational indicators of the production of these products from leucoxene concentrate are improving.
Заявляемый способ переработки лейкоксенового концентрата включает плавление концентрата при атмосферном давлении и температуре 2500-3000 К, восстановление диоксида кремния углеродом при расходе последнего 10-15% от массы концентрата. Как следует из термодинамического расчета по программной системе ТЕРРА, при данных температуре и расходе углерода титан остается в расплаве в виде оксидов, а диоксид кремния восстанавливается до монооксида, который испаряется и с отходящим газом удаляется из концентрата. Вместе с кремнием из концентрата испаряются и удаляются вредные для синтетического рутила примеси: железо и алюминий. При содержании углерода меньше 10 масс. % диоксид кремния восстанавливается и испаряется не полностью, а при содержании углерода больше 15 масс. % будет частично восстанавливаться титан с образованием карбида титана, что ухудшит качество получаемого продукта - синтетического рутила. Что касается указанного диапазона температуры, то при температуре ниже 2500 К из концентрата не будут удаляться вредные примеси, а при температуре более 3000 К будут иметь место испарение оксидов титана и неоправданные затраты энергии.The inventive method of processing leukoxene concentrate involves melting the concentrate at atmospheric pressure and a temperature of 2500-3000 K, reducing silicon dioxide with carbon at a flow rate of the last 10-15% by weight of the concentrate. As follows from the thermodynamic calculation using the TERRA software system, at given temperature and carbon consumption, titanium remains in the melt in the form of oxides, and silicon dioxide is reduced to monoxide, which evaporates and is removed from the concentrate with the exhaust gas. Along with silicon, impurities harmful to synthetic rutile are evaporated and removed from the concentrate: iron and aluminum. When the carbon content is less than 10 mass. % silicon dioxide is not completely restored and evaporates, and when the carbon content is more than 15 mass. % will partially recover titanium with the formation of titanium carbide, which will degrade the quality of the resulting product - synthetic rutile. As for the indicated temperature range, at a temperature below 2500 K harmful impurities will not be removed from the concentrate, and at temperatures above 3000 K there will be evaporation of titanium oxides and unjustified energy costs.
Таким образом, заявляемые способ и устройство для переработки лейкоксенового концентрата позволяют получить два продукта - синтетический рутил и ультрадисперсный порошок диоксида кремния, которые используются для производства по известным технологиям пигментного диоксида титана, металлического титана, карбида кремния и других продуктов.Thus, the inventive method and device for processing leukoxene concentrate allows you to get two products - synthetic rutile and ultrafine silicon dioxide powder, which are used for the production of pigment titanium dioxide, titanium metal, silicon carbide and other products by known technologies.
Используемые термины и определенияTerms and definitions used
Дисперсный углеродсодержащий восстановитель - дисперсные уголь, графит, коксик, сажа, другие дисперсные углеродсодержащие материалы.Dispersed carbon-containing reducing agent - dispersed coal, graphite, coke, carbon black, other dispersed carbon-containing materials.
Плазменно-дуговая печь - металлургический агрегат, главным источником теплоты в котором является плазменная дуга.Plasma-arc furnace - a metallurgical unit, the main source of heat in which is the plasma arc.
Плазменная дуга - стабилизированный в пространстве газовым потоком, магнитным полем дуговой разряд, характеризующийся низким напряжением 10-103 В и большим током 102-105 А.Plasma arc - an arc discharge stabilized in space by a gas flow, magnetic field, characterized by a low voltage of 10-10 3 V and a high current of 10 2 -10 5 A.
Плазмообразующий газ - газ, подаваемый в область дуги, который может быть углеродсодержащим, например метан, природный газ и др.Plasma-forming gas - gas supplied to the arc region, which may be carbon-containing, for example methane, natural gas, etc.
Плазмотрон - устройство для создания плазменной дуги и подачи в дугу дисперсного углеродсодержащего восстановителя и плазмообразующего газа.A plasma torch is a device for creating a plasma arc and supplying a dispersed carbon-containing reducing agent and a plasma-forming gas to the arc.
Электрод - деталь плазмотрона, являющаяся электродом дугового разряда, электрод может быть графитовым, угольным, графитированным, металлическим, сплошным или с осевым каналом.An electrode is a part of a plasma torch, which is an arc discharge electrode, the electrode can be graphite, carbon, graphitized, metal, solid or with an axial channel.
На фиг. 2 изображено устройство для осуществления переработки лейкоксенового концентрата, позволяющее в одну стадию получать синтетический рутил и ультрадисперсный диоксид кремния. Устройство включает следующие структурные элементы: плазменно-дуговую печь для пирометаллургической переработки концентрата, гранулятор синтетического рутила, утилизатор тепловой энергии отходящего газа, фильтрующее устройство для сбора диоксида кремния (конструкции гранулятора, утилизатора и фильтрующего устройства на фиг.2 не показаны, т.к. их устройства описаны в литературе, например, в Энциклопедическом словаре по металлургии (М.: Интермет Инжиниринг, 2000, т. 1, 412 с. и т. 2 ,409 с.)).In FIG. 2 shows a device for processing leucoxene concentrate, which allows synthetic rutile and ultrafine silica to be obtained in one step. The device includes the following structural elements: a plasma-arc furnace for pyrometallurgical processing of concentrate, a synthetic rutile granulator, a waste gas heat energy utilizer, a filter device for collecting silicon dioxide (the design of the granulator, utilizer and filter device are not shown in FIG. 2, because their devices are described in the literature, for example, in the Encyclopedic Dictionary of Metallurgy (M .: Intermet Engineering, 2000, v. 1, 412 s. and t. 2, 409 s.)).
Плазменно-дуговая печь включает плазмотрон 4 с электродом 6 и соплом 7 для подачи перерабатываемого концентрата 1, дисперсного углеродсодержащего восстановителя 2 и плазмообразующего газа 3, камеру 8, водоохлаждаемый металлический тигель 20 с эркерным сливным устройством 15 для слива расплав 23, содержащегося в тигле (конструкция сливного устройства на фиг. 2 не показана). Электрод 6 и тигель 20 подключают к источнику тока 21. Пространственную стабилизацию дуги 19 и перемешивание расплава 23 осуществляют посредством продольного магнитного поля, создаваемого соленоидом 22. Электрод 6 имеет осевой канал, в котором расположен охлаждаемый трубопровод 5 для подачи дисперсного углеродсодержащего восстановителя 2 и лейкоксенового концентрата 1. Плазмотрон 4 и тигель 20 расположены соосно в камере 8.The plasma-arc furnace includes a
Печь снабжена гранулятором 16 для производства гранул 17 из расплава 23, утилизатором 10 тепловой энергии отходящего газа 9, поступающего в фильтрующее устройство 11, из которого выходит очищенный и охлажденный газ 12. Печь также снабжена приемниками 18 и 14 для сбора соответственно гранул синтетического рутила 17 и ультрадисперсного порошка диоксида кремния 13 из фильтрующего устройства 11.The furnace is equipped with a
Устройство, представленное на фиг. 2, функционирует следующим образом. Вначале плазменную дугу 19, стабилизированную магнитным полем соленоида 22, возбуждают на дно тигля 20 методом касания электродом 6. При подаче в тигель 20 дисперсного углеродсодержащего восстановителя 2, лейкоксенового концентрата 1 и плазмообразующего газа 3 через трубопровод 5 или (и) сопло 7 в результате теплового воздействия дуги 19 в тигле 20 наводят ванну расплава 23. Устанавливают ток дуги, при котором температура расплава в окрестности пятна нагрева дуги составляет 2500-3000 К. Расплав выдерживают при температуре 2500-3000 К в течение времени, необходимого для полного восстановления диоксида кремния SiO2 до монооксида SiO и испарения его из расплава в газовую фазу. Завершение испарения контролируют по составу расплава 23 или газа 9. Скорость испарения на лабораторной установке составляла около 3 т/(ч. м3) объема тигля. При завершении испарения SiO расплав 23 представляет собой расплав синтетического рутила, который при помощи сливного устройства 15 сливают в гранулятор 16, откуда гранулы рутила 17 поступают в приемник 18.The device shown in FIG. 2, operates as follows. First, the
Испарившийся монооксид кремния SiO в составе горячего газа 9 покидает камеру 8 и направляется в теплообменник 10, где происходит охлаждение газа и конденсация SiO с образованием ультрадисперсного порошка SiO2 13, поступающего из фильтра 11 в приемник 14.The evaporated silicon monoxide SiO in the composition of the hot gas 9 leaves the chamber 8 and is sent to the
Охлажденный и очищенный от порошка газ 12, который включает СО, а при использовании метана в составе плазмообразующего газа и Н2, используют в металлургических, химических и энергетических технологиях.
Соотношение углерода, входящего в состав дисперсного углеродсодержащего восстановителя и плазмообразующего газа, определяют из анализа ряда факторов. Расход плазмообразующего газа должен обеспечивать устойчивое горение плазменной дуги и работу фильтрующего устройства, учитываются также экономические факторы (цены углеродсодержащих дисперсных и газообразных восстановителей), принимаются во внимание энергетические и экологические факторы использования отходящего газа.The ratio of carbon, which is part of the dispersed carbon-containing reducing agent and plasma-forming gas, is determined from the analysis of a number of factors. The consumption of plasma-forming gas must ensure stable burning of the plasma arc and the operation of the filtering device, economic factors (prices of carbon-containing dispersed and gaseous reducing agents) are also taken into account, energy and environmental factors of the use of exhaust gas are taken into account.
Энергоемкость плазменно-дуговой переработки лейкоксенового концентрата при тепловом КПД плазменно-дуговой печи 50% (50% энергии дуги передается расплаву) составляет 16 МДж/кг концентрата.The energy intensity of the plasma-arc processing of leucoxene concentrate at a thermal efficiency of a plasma-arc furnace of 50% (50% of the arc energy is transferred to the melt) is 16 MJ / kg of concentrate.
Предлагаемое изобретение позволяет получить из лейкоксенового концентрата два продукта - синтетический рутил и ультрадисперсный диоксид кремния, при этом упрощается способ переработки концентрата, улучшаются экологические показатели процесса, улучшаются условия труда, повышается степень обогащения концентрата и улучшается экономичность процесса в целом.The present invention allows to obtain two products from leukoxene concentrate - synthetic rutile and ultrafine silicon dioxide, while the method of processing the concentrate is simplified, the environmental performance of the process is improved, working conditions are improved, the concentration of the concentrate is enhanced, and the overall process efficiency is improved.
Изобретение может быть использовано на металлургических предприятиях для переработки лейкоксенового концентрата и производства синтетического рутила и ультрадисперсного диоксида кремния, которые используются для производства по известным технологиям пигментного диоксида титана, металлического титана, карбида кремния и других продуктов.The invention can be used at metallurgical enterprises for the processing of leucoxene concentrate and the production of synthetic rutile and ultrafine silicon dioxide, which are used for the production of pigment titanium dioxide, titanium metal, silicon carbide and other products by known technologies.
Промышленная применимость изобретения, как это следует из описания устройства для осуществления предлагаемого способа, обеспечивается широким использованием в промышленности отдельных элементов изобретения, но в других сочетаниях и с другими техническими результатами.Industrial applicability of the invention, as follows from the description of the device for implementing the proposed method, is ensured by the widespread use in industry of individual elements of the invention, but in other combinations and with other technical results.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2014151120/02A RU2586190C1 (en) | 2014-12-17 | 2014-12-17 | Method for processing leucoxene concentrate and device therefor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2014151120/02A RU2586190C1 (en) | 2014-12-17 | 2014-12-17 | Method for processing leucoxene concentrate and device therefor |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2586190C1 true RU2586190C1 (en) | 2016-06-10 |
Family
ID=56115308
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2014151120/02A RU2586190C1 (en) | 2014-12-17 | 2014-12-17 | Method for processing leucoxene concentrate and device therefor |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2586190C1 (en) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3202524A (en) * | 1960-11-17 | 1965-08-24 | Laporte Titanium Ltd | Manufacture of titanium dioxide |
| GB1568333A (en) * | 1977-03-09 | 1980-05-29 | Paranaiba Mineracao | Method for obtaining higher tio2 grade anatase concentrates from lower tio2 grade anatase concentrates |
| US5085837A (en) * | 1988-07-28 | 1992-02-04 | E. I. Du Pont De Nemours And Company | Method for purifying TiO2 ore by alternate leaching with an aqueous solution of an alkali metal compound and an aqueous solution of mineral acid |
| WO1995028503A1 (en) * | 1994-04-15 | 1995-10-26 | Technological Resources Pty Ltd | Treatment of leach liquors for upgrading a titaniferous material |
| RU2075529C1 (en) * | 1993-11-18 | 1997-03-20 | Коми научный центр Уральского отделения РАН | Method of enrichment of leucoxene concentrate |
-
2014
- 2014-12-17 RU RU2014151120/02A patent/RU2586190C1/en active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3202524A (en) * | 1960-11-17 | 1965-08-24 | Laporte Titanium Ltd | Manufacture of titanium dioxide |
| GB1568333A (en) * | 1977-03-09 | 1980-05-29 | Paranaiba Mineracao | Method for obtaining higher tio2 grade anatase concentrates from lower tio2 grade anatase concentrates |
| US5085837A (en) * | 1988-07-28 | 1992-02-04 | E. I. Du Pont De Nemours And Company | Method for purifying TiO2 ore by alternate leaching with an aqueous solution of an alkali metal compound and an aqueous solution of mineral acid |
| RU2075529C1 (en) * | 1993-11-18 | 1997-03-20 | Коми научный центр Уральского отделения РАН | Method of enrichment of leucoxene concentrate |
| WO1995028503A1 (en) * | 1994-04-15 | 1995-10-26 | Technological Resources Pty Ltd | Treatment of leach liquors for upgrading a titaniferous material |
| US5885536A (en) * | 1994-04-15 | 1999-03-23 | Technological Resources Pty Ltd | Process for alkaline leaching a titaniferous material |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN104302792B (en) | For the method processing the dregs that non-ferric is smelted | |
| Tao et al. | Desilication from titanium–vanadium slag by alkaline leaching | |
| Yi et al. | Effective separation and recovery of valuable metals from high value-added lead anode slime by sustainable vacuum distillation | |
| CN112111660B (en) | Method for enriching lithium from lithium ore and preparing ferro-silicon alloy and recycling aluminum oxide | |
| CN108220610B (en) | A kind of processing method of the dedusting ash containing heavy metal | |
| Li et al. | Effects of calcium compounds on the carbothermic reduction of vanadium titanomagnetite concentrate | |
| Ma et al. | Separation and recovery of tin and copper from tin refining sulfur slag using a new process of airtight sulfuration–Vacuum distillation | |
| CN101914685B (en) | Method for preparing metal iron and zinc/zinc oxide from electric furnace dust | |
| Ge et al. | Biomass as a clean reductant for recovery of zinc from zinc leaching residue | |
| CN106319199A (en) | Pretreatment method of antimony-and arsenic-containing refractory gold ore | |
| Fan et al. | Synergy of directional oxidation and vacuum gasification for green recovery of As2O3 from arsenic-containing hazardous secondary resources | |
| Zhang et al. | Improving zinc reduction and removal from pellets of zinc-bearing dusts via vacuum microwave-assisted carbothermal reduction process | |
| KR101494256B1 (en) | System for Recovering Valuable Metal | |
| CN109609776A (en) | A method for extracting copper and cobalt in copper converter slag by using waste cathode carbon block of aluminum electrolysis cell | |
| CN106282583A (en) | A kind of recovery non-ferrous metal, rare precious metal and method of iron powder from ironmaking dust | |
| RU2586190C1 (en) | Method for processing leucoxene concentrate and device therefor | |
| Ji et al. | A novel approach for recovering multiple valuable metals from gallium-rich residues of phosphorus flue dust by two-stage vacuum reduction | |
| Cheng et al. | Separation of arsenic and antimony from dust with high content of arsenic by a selective sulfidation roasting process using sulfur | |
| Kemper et al. | EAF carbothermic co-reduction of alumina and silica for the direct production of Al-Si master alloy | |
| CN108330289B (en) | A kind of processing method of copper smelting by pyrometallurgy clinker | |
| CN110358909A (en) | A kind of green high-efficient utilizes the method for carbon and preenrichment vanadium in high-carbon type Rock coal containing alum | |
| JP2001098339A (en) | Method of producing vanadium alloy iron and vanadium alloy steel | |
| Peng et al. | Selective separation and recovery of valuable metals through directional vulcanization of black copper sludge | |
| Bhoi et al. | Production of green steel from red mud: a novel concept | |
| CN115369260A (en) | Method for producing high-grade zinc oxide product from low-grade zinc oxide ore and product thereof |