Способ очистки кремний-кальцийсодержащего концентрата от примесей

Изобретение относится к способам очистки природного и техногенного кремний-кальцийсодержащего концентрата от примесей серы, фосфора и углерода и может найти применение в производстве материалов, используемых в покрытиях сварочных электродов. Способ включает дробление концентрата на фракции не более 100 мкм. Измельченный концентрат распределяют слоем не более 1 мм на рабочей поверхности, имеющей коэффициент отражения светового потока не менее 0,6. Затем осуществляют обработку концентрата воздействием на него перемещаемого луча лазера с плотностью мощности излучения 102-106 вт/см2 при скорости перемещения оси луча лазера 0,3-2,0 см/с относительно обрабатываемого концентрата. При этом примеси удаляют в виде газообразных продуктов из зоны, расположенной на расстоянии 2-4 мм от оси луча лазера. Техническим результатом изобретения является повышение степени очистки концентрата от углерода при обеспечении высокой степени очистки от серы и фосфора, а также повышение экологичности способа. 1 з.п. ф-лы, 1 табл.

 

Изобретение относится к технологии очистки природного и техногенного кремний-кальцийсодержащего концентрата от примесей серы, фосфора и углерода и может найти применение при получении материалов, используемых в покрытиях сварочных электродов.

При переработке природного и техногенного сырья, в частности для получения компонентов покрытий электродов, возникает проблема очистки его от примесей углерода, серы, фосфора, присутствующих в сырье в виде фосфорсодержащих апатитовых минералов фторапатита, хлорапатита, гидроксоапатита и т.п.

Известен способ очистки кремний-кальцийсодержащего концентрата от примесей (см. Мотов Д.Л. Химическая очистка сфенового концентрата от примеси фосфора / Д.Л.Мотов, Г.К.Максимова // Химическая технология переработки редкометалльного сырья Кольского полуострова: Сб. статей. - Л.: Наука, 1972. - С.71-77), включающий обработку сфенового концентрата, содержащего P2O5 в количестве 1,58%, разбавленной серной кислотой с концентрацией 70-80 г/л при Т:Ж=1:3-1:5 и температуре 15-30°С в течение 4 ч, отделение осадка от жидкой фазы фильтрацией и промывку осадка водой с удельным его расходом 14-20 л. Высушенный продукт содержит, мас.%: P2O5 - 0,10-0,13; SO3 - более 0,15. Степень очистки концентрата от примесей фосфора составляет 93,5%.

Недостатками известного способа являются недостаточно высокая степень очистки от примеси фосфора, а также то, что при использовании серной кислоты в продукт вносится примесь серы, что не позволяет использовать его в составах покрытий сварочных электродов, так как содержание последней лимитируется 0,10% по SO3. Кроме того, способ характеризуется большим удельным расходом серной кислоты, превышающим стехиометрический в 8-20 раз, что отрицательно сказывается на экологичности способа.

Известен также способ очистки кремний-кальцийсодержащего концентрата от примесей, принятый за прототип (см. патент РФ №2174561, МПК7 C22B 3/08, 34/12, 2001), включающий обработку концентрата разбавленной 2-12%-ной серной кислотой при температуре 5-18°С до получения в жидкой фазе весового соотношения Ca:P:S равного 1:(0,1-1,0):(0,02-0,4), при этом серно-кислотную обработку концентрата и промывку осадка ведут во взвешенном слое путем подачи соответственно смеси кислоты с воздухом и смеси воды с воздухом. Содержание P2O5 в полученном продукте составляет 0,001-0,050%. Степень очистки концентрата от примеси фосфора достигает 98,9%, содержание SO3 в продукте - 0,006-0,090%.

Известный способ при относительно высокой степени очистки концентрата от серы и фосфора не обеспечивает очистки от углерода. Кроме того, способ является недостаточно экологически чистым в связи с использованием кислотного метода очистки.

Техническим результатом предлагаемого способа является повышение степени очистки концентрата от углерода при обеспечении высокой степени очистки от серы и фосфора, а также повышение экологичности способа.

Технический результат достигается за счет того, что в способе очистки кремний-кальцийсодержащего концентрата от примесей, включающем дробление концентрата на фракции не более 100 мкм и его обработку с удалением примесей, согласно изобретению перед обработкой измельченный концентрат распределяют слоем не более 1 мм на рабочей поверхности, имеющей коэффициент отражения светового потока не менее 0,6, а обработку осуществляют лучом лазера с плотностью мощности излучения 102-106 вт/см2 при скорости перемещения оси луча лазера 0,3-2,0 см/с относительно обрабатываемого концентрата с удалением газообразных примесей.

Достижению технического результата способствует также то, что газообразные примеси удаляют из зоны, расположенной на расстоянии 2-4 мм от оси луча лазера.

Распределение тонкоизмельченного концентрата на рабочей поверхности слоем не более 1 мм позволяет проработать лучом лазера весь объем каждой частицы концентрата, тем самым обеспечить наиболее полное удаление примесей.

Использование рабочей поверхности с коэффициентом отражения светового потока не менее 0,6 обеспечивает более высокую интенсивность обработки концентрата, так как при этом на концентрат воздействует не только прямой луч лазера, но и отраженный от рабочей поверхности, что способствует наиболее полному удалению газообразных примесей и сокращению времени обработки.

Параметры облучения лучом лазера с плотностью мощности излучения 102-106 вт/см2 и скоростью перемещения оси луча лазера 0,3-2,0 см/с относительно обрабатываемого концентрата необходимы и достаточны для полной проработки всего слоя концентрата, расположенного на рабочей поверхности, обеспечивая возгонку сернистых, фосфорных и углеродных соединений за счет термокапиллярной диффузии, возникающей в процессе многократного воздействия лазерного луча на концентрат при обработке. В процессе обработки измельченного концентрата под воздействием энергии луча лазера происходит расплавление его частиц.

Температура в ядре воздействия лазерного луча достигает порядка 2500°С. При этой температуре происходит выгорание фосфора, серы, углерода и ряда других примесей с образованием газообразных продуктов.

Обработка концентрата лучом лазера с плотностью мощности излучения менее 102 вт/см2 и скоростью перемещения оси луча лазера относительно обрабатываемого концентрата более 2,0 см/с не может обеспечить полного удаления примесей, так как термокапиллярные процессы из-за недостатка энергии происходят не во всем объеме обрабатываемого концентрата, а только в ядре воздействия лазерного луча.

Обработка концентрата лучом лазера с плотностью мощности излучения более 106 вт/см2 и скоростью перемещения оси луча лазера относительно обрабатываемого концентрата менее 0,3 см/с приводит к возгонке наряду с сернистыми, фосфорными и углеродными соединениями также и основных фаз компонентов, что ведет к обеднению концентрата полезными компонентами.

Скорость перемещения оси луча лазера более 2 см/с при оптимальной плотности мощности излучения не обеспечивает эффективной возгонки примесей и удаление их из концентрата. При скорости менее 0,3 см/с эффективность лазерной обработки снижается за счет расплавления концентрата.

В процессе обработки концентрата происходит диссоциация соединений, содержащих серу, фосфор и углерод с образованием газообразных продуктов. Удаление газообразных продуктов улучшает экологическую чистоту процесса обработки концентратов.

Экспериментально установлено, что наиболее эффективное удаление газообразных продуктов происходит из зоны, расположенной на расстоянии не менее 2,0 мм и не более 4,0 мм от оси луча лазера. В процессе работы отсасывающего устройства на его входной кромке образуется пониженное давление, что и обеспечивает поступление в вентиляционную систему аэрозолей и газов с последующим их удалением. При расположении отсасывающего устройства более 4 мм от оси луча лазера происходит абсорбция газов на поверхность расплава. При расположении отсасывающего устройства менее 2 мм происходит оплавление кромки вентиляционного раструба.

Сущность заявленного способа может быть пояснена следующими примерами конкретного выполнения.

Для экспериментальной проверки были взяты по 5 кг:

- сфенового концентрата №1, содержащего, мас.%: SiO2 - 31,26, CaO - 26,65, Al2O3 - 0,4, MgO - 0,56, Fe2O3 - 1,80, FeO - 0,50, TiO2 - 36,00, K2O - 0,445, Na2O - 1,80, P2O5 - 0,012, S - 0,048, C - 0,037, примеси - остальное;

- кварц-полевошпатового концентрата №2, содержащего, мас.%: SiO2 - 73,90, CaO - 0,74, Al2O3 - 14,90, Na2O - 2,40, K2O - 7,80, P2O5 - 0,016, S - 0,058, C - 0,022, примеси - остальное;

- титаномагнетитового концентрата №3, содержащего, мас.%: SiO2 - 0,60, CaO - 1,20, Fe2O3 - 37,10, FeO - 36,90, TiO2 - 18,30, P2O5 - 0,030, S - 0,047, C - 0,023, примеси - остальное;

- мелилитового концентрата №4, содержащего, мас.%: SiO2 - 38,40, CaO - 35,10, Al2O3 - 3,40, MgO - 9,10, Fe2O3 - 9,10, FeO - 2,80, Na2O - 2,30, P2O5 - 0,016, S - 0,043, C - 0,018, примеси - остальное;

- титанового шлака №5, содержащего, мас.%: SiO2 - 2,42, CaO - 0,55, Al2O3 - 2,90, MgO - 0,70, FeO - 4,20, TiO2 - 89,60, P2O5 - 0,09, S - 0,038, C - 0,012, примеси - остальное;

- сфенового концентрата №6, содержащего, мас.%: SiO2 - 31,20, CaO - 25,20, Al2O3 - 0,30, MgO - 0,65, Fe2O3 - 1,90, FeO - 0,60, TiO2 - 37,00, P2O5 - 0,05, S - 0,072, C - 0,027, примеси - остальное.

Концентраты указанных составов были раздроблены на фракции 80-100 мкм, поочередно размещались слоем толщиной 0,8-1,0 мм на рабочей поверхности, представляющей полированную алюминиевую пластину, имеющую коэффициент отражения светового потока 0,62, и обрабатывались лучом лазера со следующими параметрами:

- плотность мощности излучения 102 вт/см2 и скорость перемещения оси луча лазера относительно обрабатываемого концентрата 0,3 см/с;

- плотность мощности излучения 106 вт/см2 и скорость перемещения оси луча лазера относительно обрабатываемого концентрата 2,0 см/с.

В процессе обработки концентрата удаление газообразных примесей из зоны обработки концентрата производили с помощью отсасывающего устройства, которое располагали на расстоянии 2 и 4 мм от оси луча лазера. После обработки концентрата определяли остаточное содержание в нем фосфора, серы и углерода.

Основные параметры способа, состав примесей и их содержание после лазерной обработки по Примерам 1-5 и Примеру 6 (по прототипу) приведены в Таблице.

Таблица
Параметры способа Содержание примесей
Пример №№ плотность мощности, вт/см2 скорость перемещения луча лазера, см/с сера, % углерод, % фосфор, %
исходное после обработки исходное после обработки исходное после обработки
1 102 0,3 0,048 0,006 0,037 0,004 0,012 0,007
106 2,0 0,003 0,005 0,003
2 102 0,3 0,058 0,008 0,022 0,006 0,016 0,006
106 2,0 0,003 0,008 0,008
3 102 0,3 0,047 0,003 0,023 0,006 0,030 0,008
106 2,0 0,005 0,006 0,009
4 102 0,3 0,043 0,005 0,018 0,004 0,016 0,004
106 2,0 0,006 0,005 0,005
5 102 0,3 0,038 0,002 0,012 0,004 0,090 0,012
106 2,0 0,003 0,004 0,011
6 Обработка 2-12%-ной серной кислотой во взвешенном состоянии за счет подачи смеси кислоты с воздухом и воды с воздухом 0,072 0,080 0,027 0,027 0,050 0,020
По прототипу
Примечание: в таблице приведены усредненные значения по результатам измерений трех образцов на точку.

Предлагаемый способ позволяет по сравнению с прототипом повысить степень очистки концентрата от углерода при обеспечении высокой степени очистки от серы и фосфора. Кроме того, предлагаемый способ является более экологически чистым за счет отказа от использования кислотного метода очистки и удаления газообразных продуктов с помощью отсасывающих устройств.

1. Способ очистки кремний-кальцийсодержащего концентрата от примесей, включающий дробление концентрата на фракции не более 100 мкм и его обработку с удалением примесей, отличающийся тем, что перед обработкой измельченный концентрат распределяют слоем не более 1 мм на рабочей поверхности, имеющей коэффициент отражения светового потока не менее 0,6, а обработку осуществляют воздействием на концентрат перемещаемого луча лазера с плотностью мощности излучения 102-106 Вт/см2 при скорости перемещения оси луча лазера 0,3-2,0 см/с относительно обрабатываемого концентрата с удалением примесей в виде газообразных продуктов.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что газообразные продукты примесей удаляют из зоны, расположенной на расстоянии 2-4 мм от оси луча лазера.



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к способу переработки титансодержащего сырья и может быть использовано для получения тонкодисперсных порошков на основе диоксида титана и оксида железа.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к способу переработки ильменитовых концентратов для производства титановых шлаков, являющихся сырьем для получения пигментного диоксида титана и металлического титана, и передельного чугуна.

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к устройствам для получения губчатого титана магниетермическим восстановлением тетрахлорида титана. .

Изобретение относится к цветной металлургии и может быть использовано в металлургии титана, в частности при получении титановой губки магниетермическим восстановлением, в частности к способу переработки титановой губки.

Изобретение относится к области металлургии, в частности, к способу переработки концентратов из руды, содержащей оксиды железа, титана и ванадия, и устройству для его осуществления.

Изобретение относится к цветной металлургии, а именно к получению медного купороса при переработке медно-хлоридного плава, являющегося отходом очистки тетрахлорида титана.
Изобретение относится к металлургии редких металлов, а именно к технологии переработки титан-кремнийсодержащих концентратов Ярегского месторождения, и может быть использовано для получения искусственного рутила - чистого диоксида титана.

Изобретение относится к металлургии, в частности к высокотитановому ферросплаву, получаемому двухстадийным плавлением в электропечи, который используют как легирующий компонент при производстве сталей с высоким уровнем физико-механических свойств.

Изобретение относится к металлургии редких металлов, а именно к способам переработки трудновскрываемых концентратов, в частности лейкоксеновых концентратов, полученных при обогащении нефтеносных кремнисто-титановых руд Ярегского месторождения и используемых для дальнейшего получения искусственного рутила.

Изобретение относится к получению металлического изделия, в частности деталей газовых турбин летательных аппаратов из титановых сплавов. .
Изобретение относится к переработке сульфидных руд и концентратов. .

Изобретение относится к подготовке железорудных концентратов к металлургическому переделу путем улучшения их качества за счет удаления нежелательных примесей, содержащихся в концентратах, в первую очередь фосфора.

Изобретение относится к области получения кондиционных концентратов цветных металлов, лимитируемых по содержанию примесей, в частности мышьяка. .

Изобретение относится к области черной металлургии, конкретно к подготовке марганецсодержащего сьфья (не) для производства ферросплавов, Цель изобретения - повышение степени дефосфорации, производительности процесса и его экологичности.

Изобретение относится к области обогащения минерального сырья, экологии, в частности окисления сульфидных минералов, а также может быть использовано в металлургии и химической промышленности

Изобретение относится к способам очистки природного и техногенного кремний-кальцийсодержащего концентрата от примесей серы, фосфора и углерода и может найти применение в производстве материалов, используемых в покрытиях сварочных электродов

Наверх