Способ получения четыреххлористого титана

 

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЧЕТЫРЕХХЛОРИСТОГО ТИТАНА, включающий восстановительный обжиг железотитановой руды, магнитную сепарацию, выщелачивание и хлорирование, отличающийся тем, что, с целью повышения выхода продукта и уменьшения загрязнения окружающей среды, расплав после хлорирования обрабатывают водой, раствор отделяют от остатка и направляют на выщелачивание, выщелачивание ведут в присутствии кислорода, а остаток направляют на стадию восстановительного обжига.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что обработку расплава водой ведут до получения раствора с содержанием хлорида железа (II) 70-400 г/л и выщелачивание ведут при температуре кипения раствора в течение 2-4 ч при весовом соотношении Т:Ж = 1:(5 - 10). Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к способам получения четыреххлористого титана из железотитановой руды, и может быть использовано в металлургии титана. Известен способ получения четыреххлористого титана хлорированием титансодержащего материала, заключающийся в том, что процесс ведут при скорости потока хлора, обеспечивающей непрерывный вынос остатков хлорируемого материала из хлоратора с обратной его загрузкой совместно с исходным продуктом. Недостатком способа является сложность обеспечения устойчивого процесса, что приводит к потерям тетрахлорида титана. Известен способ получения четыреххлористого титана, заключающийся в том, что железотитановую руду подвергают восстановительному обжигу природным газом при температуре 800^оС, выщелачиванию в 20%-ной соляной кислоте, магнитной сепарации и хлорированию при температуре 690-800^оС в присутствии углерода газообразным хлором. Газообразные продукты хлорирования направляют в систему конденсации для получения четыреххлористого титана, а накапливающийся в хлораторе хлоридный расплав сливают и направляют в отвал, Недостатком указанного способа является большое количество отработанного расплава хлорирования, с которым теряется значительное количество титана, углерода и железа. Целью изобретения является повышение выхода продукта и уменьшение загрязнения окружающей среды. Поставленная цель достигается тем, что в способе получения четыреххлористого титана, включающем восстановительный обжиг железотитановой руды, магнитную сепарацию, выщелачивание и хлорирование, расплав после хлорирования обрабатывают водой, раствор отделяют от остатка и направляют на выщелачивание, выщелачивание ведут в присутствии кислорода, а остаток направляют на стадию восстановительного обжига. Другим отличием является то, что обработку расплава водой ведут до получения раствора с содержанием хлорида железа (II) 70-400 г/л и выщелачивание ведут при температуре кипения раствора в течение 2-4 ч при весовом соотношении Т:Ж 1:(5-10). Углеродсодержащий остаток, получаемый при обработке водой расплава после хлорирования, используют в качестве восстановителя. Двуокись титана, присутствующая в расплаве в виде непрохлорированных частиц железотитанового концентрата, после восстановительного обжига, магнитной сепарации и выщелачивания поступает обратно в процесс хлорирования. Это позволяет использовать углерод и двуокись титана и тем самым снизить количество отходов и повысить выход продукта. Указанная выше концентрация растворов обеспечивает переход 87-92% железа из концентрата в раствор. Нижний предел содержания в растворе двухвалентного железа определяется концентрацией железа в отработанном расплаве хлорирования, верхний растворимостью хлористого железа в воде. Предпочтительно процесс вести при температуре кипения, при 80^оС наблюдается снижение извлечения железа до 63% и соответственно увеличиваются затраты времени на выщелачивание. Одного часа для выщелачивания недостаточно (степень извлечения железа 75%), а при выщелачивании в течение свыше 4 ч заметного увеличения степени извлечения железа в раствор не происходит, Соотношение Т:Ж при выщелачивании оказывает незначительное влияние на степень извлечения железа (88-90%) в пределах изменения соотношения Т:Ж от 1:5 до 1:20, переход титана в раствор при увеличении жидкой части пульпы возрастает в 2,5 раза. В процессе выщелачивания железо окисляется, переходит в раствор и выделяется в виде гидроокиси железа. Гидроокись железа и раствор отделяют декантацией от тяжелой фракции твердой фазы пульпы и фильтруют. Отфильтрованную гидроокись железа промывают, сушат и получают в виде товарного продукта. Фильтрат возвращают в производственный цикл на выщелачивание восстановленного сырья. Твердый остаток промывают водой, сушат и получают обогащенное титановое сырье состава, мас. TiO₂ 90-94; Fe₂O₃ 2-4, которое направляют на приготовление шихты для процесса хлорирования. Шихту хлорируют при избытке углеродистого восстановителя анодным хлоргазом при 690-800^оС. Низколетучие хлориды и избыток углерода накапливаются в аппарате хлорирования, а летучие хлориды (четыреххлористый титан, четыреххлористый кремний и др.) и образующиеся в процессе хлорирования газы выводятся из хлоратора в аппараты системы конденсации четыреххлористого титана. Отработанный расплав хлорирования, содержащий 2-4% TiO₂, 5-7% С, 6-10 Fe_общ. выщелачивают водой. Чтобы получить минимальное содержание двухвалентного железа (70 г/л), в растворе необходимо поддерживать соотношение Т:Ж при растворении расплава хлорирования равным 2-5. Остаток отделяют, сушат и используют в качестве восстановителя при восстановительном обжиге исходного железотитанового сырья. Получаемый после выщелачивания хлоридный раствор, содержащий 70-150 г/л FeCl₂, используют в качестве восстановителя при восстановительном обжиге исходного железотитанового сырья. Получаемый после выщелачивания хлоридный раствор, содержащий 70-150 г/л FeCl₂, используют в качестве добавки к оборотному раствору на стадии выщелачивания восстановленного железотитанового сырья. П р и м е р 1. Берут 100 г исходной железотитановой руды, содержащей, мас. TiO₂ 17,1; Fe₂O₃ 1,2; SiO₂ 26,9; Al₂O₃ 10,5; C 42,0; H₂O 1,9; прочие 0,37. Полученную шихту помещают в кварцевый сосуд и прокаливают в печи при температуре 1050-1100^оС в течение 1 ч без доступа воздуха. Прокаленный продукт высыпают в холодную воду и с помощью магнитного сепаратора извлекают 90,5 г магнитной фракции следующего состава, мас. TiO₂ 72,3; Fe_общ. 20,2; SiO₂ 2,8; Al₂O₃ 2,6; C 0,27; прочие 1,54. Извлечение титана в магнитную фракцию составило 95,9% Немагнитный остаток (10.3 г) имеет следующий состав, мас. TiO₂ 27,1; Fe₂O₃ 6,8; SiO₂ 37,8; Al₂O₃ 22,3; C 4,3; прочие 1,7. Магнитную фракцию обрабатывают в 410 мл раствора, содержащего 400 г/л хлоридов железа (II) при температуре кипения и непрерывном барботировании пульпы сжатым воздухом в течение 4 ч. Образовавшуюся взвесь гидроокиси железа отделяют от материала вместе с раствором путем трехкратной декантации. Слитую взвесь отфильтровывают и получают раствор, содержащий 373 г/л хлоридов железа (II), который использовали в последующих опытах. Степень выщелачивания железа составила 89% Осадок на фильтре прокаливают и получают 24,3 г окислов железа. Тяжелую фракцию пульпы промывают водой и сушат. Обогащенный продукт (65,3 г) имеет следующий состав, мас. TiO₂ 90,0; Fe_общ. 2,7; SiO₂ 3,3; Al₂O₃ 2,7; C 0,27; прочие 1,03. Выход TiO₂ из исходного сырья в обогащенный продукт составил 95,6% Потери титана при выщелачивании составили 0,19% При хлорировании 65,3 г обогащенного продукта в расплаве хлористых солей при установившемся режиме процесса (740^оС, расход хлора 790 г/кг TiCl₄) было получено 151 г технического четыреххлористого титана и 17,8 г отработанного расплава, содержащего, мас. TiO₂ 2,0; FeCl₂ 13,0; FeCl₃ 2,6; SiO₂ 5,1; C 8,0; NaCl 45,0; Al₂O₃ 1,6; прочие 22,7. Извлечение титана в ТiCl₄ при хлорировании составило 97,2% Отработанный расплав размывают водой (Т:Ж 1:2) и получают 4,6 г сухого остатка, содержащего, мас. TiO₂ 16,9; Fe₂O₃ 1,5; SiO₂ 25; Al₂O₃ 9,5; C 41,1; прочие 6,0. Суммарное извлечение титана из природного сырья в четыреххлористый титан в опыте составило 95,7% П р и м е р 2. 100 г исходной железотитановой руды перерабатывают аналогичным способом, приведенным в примере 1. В качестве восстановителя используют 6,2 г антрацита и 4,7 г остатка, содержащего, мас. TiO₂ 17,0; Fe₂O₃ 2,8; SiO₂ 32,0; Al₂O₃ 14,9; C 22,0; H₂O 3,0; прочие 8,3. Получают 87,5 г магнитной фракции cледующего cоcтава, маc. TiO₂ 73,4; Fe_общ 20,4; SiO₂ 2,7; Al₂O₃ 2,5; C 0,3; прочие 0,7. Извлечение титана в магнитную фракцию составляет 96,9% Немагнитный остаток (5,0 г) имеет следующий состав, мас. TiO₂ 40,4; Fe_общ. 8,1; SiO₂ 22,9; Al₂O₃ 21,1; C 4,0; прочие 3,5. Магнитную фракцию обрабатывают в 450 мл водного раствора, содержащего 80 г/л хлоридов железа (II), при температуре кипения. Степень выщелачивания железа составляет 91,1% Получают 26,5 г окислов железа. Фильтрат содержит 75 г/л хлоридов железа (II), 68,6 г обогащенного по титану продукта имеет следующий состав, мас, TiO₂ 92,6; Fe_общ. 2,3; Al₂O₃ 2,0; SiO₂ 2,5; C 0,2; прочие 0,4. Выход TiO₂ из исходного сырья в обогащенный продукт 96,8% Потери титана при выщелачивании составляют 0,2% При хлорировании 68,6 г обогащенного продукта при установившемся режиме процесса (740^оС, расход хлора 789 кг/кг TiCl₄) получено150 г технического четыреххлористого титана и 18 г отработанного расплава, содержащего, мас. TiO₂ 2,0; FeCl₂ 13,6; FeCl₃ 2,1 SiO₂ 5,0; Al₂O₃ 1,7; C 7,0; NaCl 45,2; прочие 23,0. Извлечение титана в четыреххлористый титан при хлорировании 97,8% Отработанный расплав размывают водой (Т:Ж 1:2) и получают 4,4 г сухого остатка, содержащего 18,5% TiO₂; 2,5% Fe₂O₃; 30,0% SiO₂, 13,2% Al₂O₃; 26,0% C; 9,8% прочих, который направляют на стадию обогащения исходного сырья. Суммарное извлечение титана из природного сырья в четыреххлористый титан в опыте составило 96,7% П р и м е р 3. 15 г магнитной фpакции восстановленного концентрата, содержащего, мас. TiO₂ 74,1; Fe_общ. 18,6; SiO₂ 2,3; Al₂O₃ 2,0; C 0,2; прочие 2,8, смешивают с раствором, содержащим 280 г/л хлоридов железа (II) в весовом соотношении Т: Ж 1:10. Полученную суспензию нагревают до температуры кипения и выдерживают 1 ч при интенсивном перемешивании воздухом. При этом 75,3% железа переходит в раствор гидроокиси. Обогащенный концентрат содержит 88% TiO₂; 6,2% Fe_общ.; 2,2% SiO₂; 3,6% прочих. П р и м е р 4. 15 г магнитной фракции восстановленного концентрата, содержащей, мас. TiO₂ 74,1; Fe_общ. 18,6; SiO₂ 2,3; Al₂O₃ 2,0; C 0,2; прочие 2,8, смешивают с раствором, содержащим 280 г/л хлоридов железа (II), в весовом соотношении T:Ж 1:10. Полученную пульпу нагревают до температуры кипения и выщелачивают при интенсивном перемешивании воздухом 4 ч. В раствор переходит 87% железа. Обогащенный концентрат содержит 92% TiO₂; 3,2% Fe_общ. 1,8% SiO₂; 3,0% прочих. П р и м е р 5. 30 г магнитной фракции восстановленного концентрата, содержащей, мас. TiO₂ 74,1; Fe_общ. 18,6; SiO₂ 2,3; Al₂O₃ 2,0; C 0,2; прочие 2,8, смешивают с раствором, содержащим 220 г/л хлоридов железа (II) в соотношении Т:Ж 1:5. Полученную суспензию нагревают до 80^оС и выщелачивают при перемешивании воздухом 4 ч. В раствор переходит 63% железа. Обогащенный концентрат содержит 88% TiO₂; 8,6% Fe_общ.; 1,9% SiO₂; 1,5% прочих. П р и м е р 6. 15 г магнитной фракции восстановленного концентрата, содержащей, мас. TiO₂ 74,1; Fe_общ. 18,6; SiO₂ 2,3; Al₂O₃ 2,0; C 0,2; прочие 2,8, смешивают с раствором, содержащим 280 г/л хлоридов железа (II) в соотношении Т:Ж 1:20. Полученную суспензию нагревают до температуры кипения и выщелачивают при перемешивании воздухом 4 ч. В раствор переходит 88% железа и 0,44% двуокиси титана. Обогащенный концентрат содержит 91,2% TiO₂; 3,6 Fe_общ. 1,6% SiO₂; 3,6% прочих. Сравнение показателей известного и предлагаемого способов приведено в таблице. Таким образом, использование на стадии восстановительного обжига углеродсодержащего остатка, получаемого при обработке водой расплава после хлорирования, позволяет повысить извлечение титана из исходного сырья в четыреххлористый титан на 1,1% и сократить расход восстановителя на 25-30% Выщелачивание магнитной фракции полученными при растворении расплава хлоридными растворами повышает степень утилизации железа на 7,2% и исключает применение соляной кислоты. За счет повышения степени утилизации полезных компонентов настоящий способ обеспечивает по сравнению с известным уменьшение количества отходов на 27,3% Кроме того, способ представляет интерес с точки зрения охраны окружающей среды, так как предусматривает возврат в производственный цикл основной части отвальных отходов и кислых стоков титанового производства.

Формула изобретения

1. СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЧЕТЫРЕХХЛОРИСТОГО ТИТАНА, включающий восстановительный обжиг железотитановой руды, магнитную сепарацию, выщелачивание и хлорирование, отличающийся тем, что, с целью повышения выхода продукта и уменьшения загрязнения окружающей среды, расплав после хлорирования обрабатывают водой, раствор отделяют от остатка и направляют на выщелачивание, выщелачивание ведут в присутствии кислорода, а остаток направляют на стадию восстановительного обжига. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что обработку расплава водой ведут до получения раствора с содержанием хлорида железа (II) 70-400 г/л и выщелачивание ведут при температуре кипения раствора в течение 2-4 ч при весовом соотношении Т:Ж 1:(5 10).

РИСУНКИ

Рисунок 1

MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Номер и год публикации бюллетеня: 29-2002

Извещение опубликовано: 20.10.2002        

---