Способ переработки ванадийсодержащих железо-титановых концентратов

КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ переработки ванадийсодержащих железо-титановых концентратов восстановительной электроплавкой. Способ переработки ванадийсодержащих железо-титановых концентратов включает восстановительную плавку шихты, состоящей из концентрата и марганцевой модифицирующей добавки, с получением легированного чугуна и титанового шлака. При этом марганцевую добавку вводят в количестве, обеспечивающем в шихте соотношение суммы основных оксидов к сумме кислых оксидов равным 10,9-1,0, а процесс восстановления ведут до содержания марганца в чугуне более 0,7 . Техническим результатом изобретения является повышение извлечения ванадия в чугун до 95 и получения шлака, пригодного для переработки на титановую губку.(72) Козлов Владиллен Александрович Белоножко Надежда Дмитриевна Батракова Лариса Хасановна Шаяхметов Багдат Мухаметович Чепрасов Александр Иванович Чайковский Станислав Николаевич Шмидт Евгений Валентинович(73) Республиканское государственное предприятие Национальный центр по комплексной переработке минерального сырья Республики Казахстан(54) СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ ВАНАДИЙСОДЕРЖАЩИХ ЖЕЛЕЗОТИТАНОВЫХ КОНЦЕНТРАТОВ(57) Изобретение относится к области металлургии цветных металлов, в частности, к способам 13818 Изобретение относится к метал-лургии цветных металлов, конкретно к способам переработки ванадийсодержащих железо-титановых концентратов восстановительной электроплавкой. Известно использование добавок при плавке титаномагнетитов с целью снижения температуры процесса восстановления и вязкости металлургических расплавов. Состав шлаков при восстановительной плавке титаномагнетитов и ильменитов имеет существенные различия. Шлак от плавки ильменита до 85 составляет Т 2, придавая ему кислотные свойства,а при плавке титаномагнетитов образуются основные шлаки. Окисленность шлака обычно характеризуют величиной термодинамической активности монооксида железа(е), обладающего выраженными основными свойствами или, в ряде случаев, его содержанием в оксидном расплаве,которое в процессе восстановительной плавки существенно снижается. Решающим фактором, определяющим направление и скорость протекания химических реакций между жидким металлом и шлаком, является кислотноосновной фактор шлака. Поэтому в процессе восстановления, в условиях нарастания кислотности среды, меняется и поведение составляющих шлака. Дополнительным введением модифицирующих добавок можно не только существенно увеличить скорость восстановления ильменитов, но и, изменяя последовательность кристаллохимических превращений,получать шлаки заданного химического и фазового состава. Известен способ плавки титаномагнетитовых руд с получением ванадиевого чугуна и титанистого шлака,включающий проплавление шихты,содержащей оксид кальция, в котором при достижении массовой доли 2 в шлаке 40 оксид кальция вводят в шихту в количестве,обеспечивающем основность конечного шлака в пределах 0,7-1,2 (патент РФ 1788971, 1990). В данном способе оксид кальция вводится с целью снижения вязкости шлака при увеличении содержания титана в процессе восстановления. Для создания указанной основности 0,7-1,2 требуется значительное количество оксида кальция,увеличивающее кратность шлака (отношение массы шлака к массе чугуна). При этом извлечение ванадия в чугун увеличивается незначительно. При этом получаются некондиционные шлаки с содержанием титана, не превышающим 40 , непригодные к дальнейшей переработке на титановые продукты. Известен способ восстановительной плавки титановых концентратов с введением магнезии. Установлено, что увеличение магнезии в шлаке способствует повышению производительности печи,в шлаке. увеличению содержания титана Оптимальным является содержание магнезии 10-11 при основности шлака 1,15 (Основы металлургии. Легкие металлы, т. 3, 1963). Недостатком данного способа является то, что при указанной основности извлечение ванадия не превышает 65 . С повышением содержания магнезии возрастает содержание низших оксидов титана, образующих с 2 магнием тугоплавкие соединения типа шпинелей титанавгит, что повышает температуру плавления и ухудшает качество шлака. Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ переработки титановых концентратов с введением марганцевой руды (., 1955, 12, 1335). В прототипе проводят восстановительную плавку шихты, состоящей из концентрата и марганцевой добавки. При введении оксида марганца получают шлак, содержащий - 2,4-3,0 и 7,0. Повышенное остаточное содержание оксида железа в шлаке не позволяет достичь определенной основности и окислительно-восстановительного потенциала шлаковой среды, обеспечивающих достаточную степень перевода ванадия в металлическую фазу. Марганцевая добавка позволяет понизить температуру плавления и вязкость шлака. Основным недостатком известного способа является значительная окисленность шлака,выражающаяся в высоком содержании железа, при котором извлечение ванадия в чугун не превышает 70-75 , а повышенное содержание ванадия в шлаке усложняет процесс получения титановой губки. Достигаемым техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение извлечения ванадия в чугун до 95 и получение шлака, пригодного для переработки на титановую губку. Это обеспечивается в способе восстановительной плавки ванадийсодержащих железо-титановых концентратов,включающем восстановительную плавку шихты, состоящей из концентрата и марганцевой модифицирующей добавки, последнюю вводят в количестве,обеспечивающем в шихте соотношение суммы основных оксидов к сумме кислых оксидов равным 10,9-1,0, а процесс восстановления ведут до содержания марганца в чугуне более 0,7 . Сущность изобретения заключается в следующем. В процессе восстановительной плавки ильменитов без модифицирующей добавки основная часть титана содержится в шлаке в виде Т 2,придавая ему кислотные свойства. Но при высоких температурах и избытке восстановителя часть Т 2 восстанавливается до низших оксидов Т 23 и ,обладающих основными свойствами. Оксиды ванадия взаимодействуют с оксидами титана с образованием трудновосстановимых до металла соединений со структурой шпинелей -Т 23 и 23.2 О 3 С 2 О 3 метСОТ 22 О 3 метСО Т 23 Т 232323 При этом практически весь ванадий остается в межфазовой прослойке - гренале - и загрязняет шлак. Дальнейшая переработка шлаков с повышенным содержанием ванадия приводит к повышению нагрузки на систему ректификации и дистилляции, требуется ввод дополнительного количества ректификационных колонн и производственных площадей. 13818 Полученный в результате плавки чугун Указанный интервал соотношения в исходной шихте суммы основных оксидов к сумме кислых повышенного качества по сравнению с известным оксидов 10,9-1,0 при введении оксида марганца способом, так как содержит легирующие элементы,является необходимым и достаточным, чтобы при в частности, ванадий и марганец, и может быть низкой основности шлаковой среды 0,3-0,4 использован при получении легированных сталей. Образующийся при плавке шлак не содержит перевести ванадий в чугун. Оксид марганца вытесняет железо, максимально вредной примеси ванадия. Марганец в шлаке в снижая окисленность шлака. При этом удерживает пределах 5-15 не снижает качества шлака и даже оксид титана в высшей степени окисления в виде способствует ускорению процесса хлорирования 2 и МТ 3, препятствуя образованию шпинелей. титанового шлака. При этом снижается вредное Обладая высоким окислительно-восстановительным воздействие на окружающую среду при очистке от потенциалом, в отсутствии железа марганец следом ванадия на переделах дистилляции и ректификации за ванадием начинает восстанавливаться до металла, технического тетрахлорида титана переходя в чугун. Процесс восстановления ведут до Пример 2 содержания марганца в чугуне более 0,7 . При этом Шихта из ванадийсодержащего железованадий на 93-95 переходит в чугун. При титанового концентрата с добавлением 2,0 МО содержании марганца в чугуне менее 0,7 имела следующий химический состав,ма. 2 окисленность шлака остается довольно высокой и 50,9- 39,4 МО - 3,9 2 О 3 - 0,28. ванадий не может с высокой степенью перейти из После завершения процесса чугун и шлак шлаковой фазы в чугун. выливали из печи, селективно разделяли и проводили При введении в шихту оксида марганца до химический анализ продуктов восстановления. соотношения суммы основных оксидов к сумме Было получено 28,0 г чугуна, содержащего 0,5 кислых оксидов меньше, чем 10,9-1,0, оксидов марганца, 0,24 ванадия и 60,0 г шлака с марганца будет недостаточно для удерживания содержанием,ма. 2 - 79,0- 2,9 МО титана в высшей степени окисления, будут 6,1 23- 0,01. Извлечение ванадия в чугун образовываться низшие оксиды титана в составе составляло 73,4 . Низкое извлечение ванадия вязкого и тугоплавкого шлака, в которых ванадий обусловлено недостаточным содержанием оксида марганца в шихте. находится в виде соединений Т 2 О 3 и 2 О 3. Для сохранения технологичности шлака Пример 3 необходимо будет содержание железа в шлаке Шихту из ванадийсодержащего железоповышать до 4-6 , при этом весь ванадий титанового концентрата с добавлением 12,0 останется в шлаке в виде 2 О 3. оксида марганца, имеющую состав,мас. Т 2 Введение в шихту модифицирующей 46,4 -37,5 МО - 12,5 23 - 0,27,марганцевой добавки до соотношения суммы восстанавливали в электродуговой печи. После кислых оксидов к сумме основных оксидов больше, завершения процесса чугун и шлак выливали из селективно разделяли и проводили чем 0,9-1,0, не способствует дальнейшему печи,увеличению степени перевода ванадия в чугун из-за химический анализ продуктов восстановления. Было получено 29,2 г чугуна, содержащего,образования соединений с марганцем 2 О 3,что приводит к снижению качества шлака и ма. марганца - 3,31, ванадия - 0,6 и 57,0 г шлака с неоправданным потерям марганца. содержанием,ма. 2 - 73,7- 0,3 Примеры осуществления предлагаемого 17,9 23 - 0,01. Извлечение ванадия в чугун составляло 95,0 , марганца 10,0 . способа. Однако при достаточно высоком извлечении Пример 1 На восстановление подавали ванадия в чугун шлак содержит излишне высокое ванадийсодержащий железо-титановый концентрат количество МО, что обедняет его по содержанию следующего химического состава,ма Т 2 - основного компонента - титана. 52,0- 42-2,0 2 О 3 - 0,3. Шихту из ванадийсодержащего железоФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ титанового концентрата с добавлением 8,0 оксида Способ переработки ванадийсодержащих марганца, имеющую состав,ма. Т 2 - 48,1 концентратов,включающий- 39- 9,7 2 О 3 - 0,28, восстанавливали в железо-титановых электродуговой печи до содержания марганца в восстановительную плавку шихты, состоящей из чугуне более 0,7 . После завершения процесса концентрата и марганцевой модифицирующей чугун и шлак выливали из печи, селективно добавки с получением легированного чугуна и разделяли и проводили химический анализ титанистого шлака, отличающийся тем, что продуктов восстановления. марганцевую добавку вводят в количестве,Было получено 28,0 г чугуна, содержащего 1,95 обеспечивающем в шихте соотношение суммы марганца, 0,65 ванадия и 57,0 г шлака с основных оксидов к сумме кислых оксидов равным содержанием,ма. Т 2 - 82,2- 0,3- 10,9-1,0, а процесс восстановления ведут до 12,4 2 О 3 - 0,01. Извлечение ванадия в чугун содержания марганца в чугуне более 0,7 . составило 95,0 . Верстка Молдахметова Д.А. Корректор Артык Б.А. 3