Способ переработки лейкоксенового концентрата

 

Изобретение относится к способу переработки лейкоксенового концентрата, включающему измельчение, смешивание с углеродистым восстановителем и последующий обжиг. Сущность: обжиг ведут в вакууме при температуре 1250-1300^oC с помощью вибрирующего нагревательного элемента в виде наклонного желоба путем непрерывной подачи на верхнюю часть желоба с направлением твердого остатка с выхода желоба в емкость, а образующийся газообразный монооксид кремния осаждают на подложку и собирают его в другую емкостью. 1 ил.

Изобретение относится к способам переработки неорганического природного сырья, в частности, к способу получения из 50%-ного лейкоксенового концентрата нефтетитанового месторождения Республики Коми монооксида кремния и оксида титана.

Повышение содержания оксида титана в лейкоксеновых концентратах традиционно проводится путем кислотного или щелочного растворения кварца.

Известен способ получения пигментной TiO₂ из раствора Ti(SO₄)₂/1/, полученного при разложении лейкоксенового концентрата серной кислотой с последующим восстановлением железа с помощью железной стружки.

Недостатком данного способа является использование экологически опасных реагентов, необходимость утилизации отходов, большие энергетические затраты.

Наиболее близким к предлагаемому является способ переработки /2/, включающий измельчение лейкоксенового концентрата, смешивание его с углеродным восстановителем и высокотемпературный обжиг.

Недостатком указанного способа является его экологическая опасность и невозможность сбора и побочных продуктов.

Задачей настоящего изобретения является разработка экологически чистого и простого способа безотходной переработки лейкоксенового концентрата, сокращение расхода реагентов. В этом состоит новый технический результат, находящийся в причинно-следственной связи с существенными признаками изобретения.

Существенными признаками изобретения являются: помол, введение в помолотый лейкоксеновый концентрат углерода, прокаливание в вакууме при температуре 1250-1300 ^oC, стряхивание сконденсировавшегося на подложку монооксида кремния в первую емкость, сбор твердого остатка /обогащенного оксидом титана/ во вторую емкость.

В процессе прокаливания лейкоксенового концентрата с углеродом начинается химическая реакция, которую можно записать в следующем виде: где TiO₂+SiO₂ -лейкоксеновый концентрат, представленный упрощенно смесью двух указанных оксидов; Ti₃O₅= Ti₂O₃+TiO₂ твердый раствор, имеющий кристаллическую решетку типа псевдобрукита и являющийся кристаллическим аналогом минерала анасовита; SiO монооксид кремния, переходящий в газообразное состояние при температуре выше 1000^oC.

Таким образом, в твердом остатке содержание оксида кремния уменьшается, а в газообразных продуктах над прокаливаемым лейкоксеном содержится SiO и CO.

Изучение состава сконденсированных на подложку пленок монооксида кремния показало, что при температуре нагревателя 1250-1300^oC образуются практически беспримесные пленки с аморфной структурой. При более высоких температурах в данные пленки попадает железо и небольшие количества магния. При напылении в условиях низкого вакуума /P>0,001 мм.рт.ст./ возможно присутствие в пленке углерода. При толщине пленки SiO более 5 мкм она начинает трескаться и отслаиваться от подложки, что позволяет за счет вибрации удалять.

Способ осуществляют следующим образом.

Для переработки используют стандартный лейкоксеновый концентрат имеющий следующий химический состав /масс./: TiO₂ 48, SiO₂ 41, Fl₂O₃ 25, Al₂O₃ 24, MgO 0,5, CaO 0,3, MnO 0,04, P₂O₅ 0,15, V₂O₅ 0,1, Cr₂O₃ 0,006, Z₂O - 0,25, Nb₂O₅ 0,065, Ta₂O₅ 0,0005.

Реакционную массу готовят путем смешивания углерода и лейкоксенового концентрата, помолотого до размера зерна менее 0,063 мм. Количество вводимого углерода определяют расчетным путем, исходя из того, что для удаления одного атома кремния требуется один атом углерода: Учитывая атомные массы Si, O и C, можно показать, что для разложения единичной массы SiO₂ потребуется углерода по массе в 5 раз меньше. Для приведенного выше состава лейкоксенового концентрата полное удаление SiO достигается при введении II мас. углерода, что несколько превышает теоретическую величину /8,2 мас./. Несовпадение обусловлено тем, что часть углерода расходуется на восстановление других ингредиентов лейкоксена.

На чертеже представлена схема установки, реализующей рассматриваемый способ. Термообработку смеси производят в наклонно установленном желобе 1, выполненном из тугоплавкого металла, например, молибдена. Разогрев осуществляется электрическим током, причем токоподводы 2 изготавливаются из упругого материала, например, бронзы. С помощью электромагнита 3 и ферромагнитного груза 4, прикрепленного к электроду, создают вибрацию нагревательного элемента. Благодаря вибрации и полю тяжести происходит перемещение по наклонно установленному желобу лейкоксенового концентрата и его накапливание после термообработки в емкости 10. Кроме того, благодаря вибрации сырье перемешивается и дробится. При этом уменьшается его прилипание к желобу и спекание в гранулы.

Смесь лейкоксена с углеродом располагают в бункере 5. С помощью электродвигателя 6, диска 7 и упора 8 осуществляют равномерную подачу массы малыми порциями на желоб 1. SiO осаждают на подложку 12, выполненную в виде диска, который закреплен на валу электродвигателя 14. Ту часть диска, которая расположена над распылителем, охлаждают протекающим через емкость 13 хладоагентом. Стряхивание SiO осуществляют с помощью электромагнита 15. Частицы SiO благодаря воронке II накапливаются в объеме 9, а твердый остаток, состоящий в основном из анасовита, поступает в емкость 10. Нагреваемые части установки окружены теплозащитным экраном 17. Вся установка располагается под вакуумным колпаком 16. Процесс переработки лейкоксена производят в вакууме, т. к. карботермическое восстановление в присутствии атмосферного кислорода невозможно.

Таким образом, существенными признаками способа являются: проведение процесса термообработки в вакууме, образование SiO при карботермическом восстановлении лейкоксена; сублимация SiO, конденсация SiO на охлаждаемую подложку; отделение образовавшейся пленки SiO от подложки, накапливание порошкообразного SiO в отдельном объеме; осуществление термообработки сырья путем его прокатки по раскаленному желобу, подвергнутому вибрации, что делает процесс переработки лейкоксена непрерывным и потребляющим небольшое количество энергии, накапливание обогащенного лейкоксена в отдельном объеме.

Пример 1. Три образца готовят по описанной выше технологии с примесью углерода II мас. Первый прокаливают при температуре 1300^oC, второй при 1400^oC, третий при 1500^oC. Исследование полученных пленок SiO методом микрозондового спектрального анализа показало наличие в двух последних образцах наличие примеси железа и магния. Первые пленки SiO примеси не содержат. Таким образом, температура термообработки не должна превышать 1300^oC, т.е. должна составлять 1250-1300^oC.

Пример 2. Два образца готовят по описанной выше технологии с примесью углерода II мас. Первый прокаливают в вакууме при давлении 0,001 мм рт. ст. а второй при 0,01 мм рт. ст. Во втором случае скорость напыления уменьшилась в 3 раза. Кроме этого во втором образце методом ИК-спектроскопии обнаружено присутствие углерода.

Таким образом, из приведенных примеров следует, что температура нагревательного элемента должна быть в пределах 1250-1300^oC, а давление CO в рабочем объеме не должно превышать 0,001 мм рт. ст.

Формула изобретения

Способ переработки лейкоксенового концентрата, включающий измельчение, смешивание с углеродистым восстановителем и последующий обжиг, отличающийся тем, что обжиг ведут в вакууме при 1250 1300^oС с помощью вибрирующего нагревательного элемента в виде наклонного желоба путем непрерывной подачи сырья на верхнюю часть желоба с направлением твердого отстатка с выхода желоба в емкость, а образующийся газообразный оксид кремния осаждают на подложку и собирают его в другой емкости.