Способ переработки титановых шлаков


 


Владельцы патента RU 2522876:

Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уральский государственный горный университет" (RU)

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано при переработке титансодержащего шлака на титано-алюминиевый сплав. Способ включает приготовление шихты смешением титансодержащего шлака с алюминием и кальцийсодержащим материалом, в качестве которого используют фторид кальция и кальций, или фторид кальция и оксид кальция, или фторид кальция и смесь кальция и оксида кальция, при поддержании в шихте соотношения диоксид титана:порошок алюминия:кальций и/или оксид кальция:фторид кальция по массе 1:(0,58-1,62):(0,28-1,1):(0,09-0,32), восстановительную плавку шихты при температуре 1450-1750°С и отделение сплава от шлака. Изобретение позволяет повысить качество сплава и извлечение титана в сплав, а также улучшить процесс разделения сплава от шлака. 2 з.п. ф-лы, 2 пр., 1 табл.

 

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано при переработке титансодержащих шлаковых отходов для получения титаноалюминиевых сплавов или лигатур.

Известен способ переработки шлаков производства ферротитана, включающий добавление к жидкому или твердому шлаку извести, кварцита порошка алюминия, железной руды, ферросилиция и восстановление оксидов металлов путем плавки в электросталеплавильной печи с получением силикотитана, содержащего 17-20% Ti, 18-24% Si, 25-30% Al, <0.35% С, 0.02% S, 0.05% P, или ферросиликотитана, содержащего 20-35% Ti, 15-25% Si, 2-8% Al, и высокоглиноземистого полупродукта (Гасик М.И., Лякишев И.Л., Емлин Б.И. Теория и технология производства ферросплавов. М.: Металлургия, 1988, с.466-467).

Недостатками данного способа являются многостадийность, сложное аппаратурное оформление процесса и невысокая комплексность использования исходного сырья.

Известен способ переработки жидкого титанистого шлака, получаемого при переработке титаномагнетитовой руды, включающий помещение его в плавильный агрегат, в котором с помощью электромагнитного поля создается вращение жидкого сплава, восстановление оксидов металлов на поверхности вращающегося жидкого сплава при температуре 1750°С с использованием в качестве металлического восстановителя алюминия или ферросилиция с получением титаносодержащего сплава и шлакового алюминиево-кремниевого расплава (Патент РФ №2206630, МПК С22В 33/00, С22В 37/00, опубл. 20.06.2003).

Недостатками известного способа являются высокая себестоимость и высокая энергоемкость процесса.

Наиболее близким по совокупности существенных признаков является способ производства высокотитаносодержащей лигатуры, в котором полученный после расплавления и восстановления ильменитового концентрата шлак, содержащий оксиды титана, восстанавливают в плавильном агрегате алюминием при температуре 1600-1800°С с введением оксида кальция до его содержания 20-30% с получением высокотитаносодержащей лигатуры и шлака, содержащего оксиды алюминия и кальция, и отделяют лигатуру от шлака (Патент РФ №2250271, МПК С22С 35/00, 38/14, опубл. 20.04.2005).

Недостатками известного способа являются:

- недостаточно высокое качество получаемого сплава, обусловленное повышенным содержанием в сплаве кислорода (более 4%), азота (более 1%) и, соответственно, неметаллических включений вследствие большого сродства титана к кислороду;

- невысокое извлечение титана из оксидов в титаноалюминиевый сплав;

- проблемы разделения металлической и шлаковой фаз.

Техническим результатом заявляемого изобретения является повышение качества сплава и извлечения титана в сплав, улучшение процесса разделения сплава и шлака.

Указанный результат достигается тем, что используют способ переработки титановых шлаков, включающий восстановительную плавку титансодержащего шлака с алюминием и кальцийсодержащим материалом и отделение сплава от шлака, отличающийся тем, что в качестве кальцийсодержащего материала используют фторид кальция и кальций, или фторид кальция и оксид кальция, или фторид кальция и смесь кальция и оксида кальция при поддержании в шихте соотношения диоксид титана: алюминий:кальций и/или оксид кальция:фторид кальция по массе 1:(0,58-1,62):0,28-1,1):(0,09-0,32), а восстановительную плавку ведут при температуре 1450-1750°С. При этом в качестве оксидного титансодержащего шлака используют титансодержащий шлак от производства ферротитана, плавки титаномагнетитовой руды в электро- или доменной печи.

Использование в качестве кальцийсодержащего материала фторида кальция с оксидом кальция, кальцием или их смесью позволяет селективно перевести в титаноалюминиевый сплав титан и ограничить переход в него кислорода и азота. При этом поддержание заявляемого соотношения между диоксидом титана, алюминием, кальцием и/или оксидом кальция и фторидом кальция обеспечивает, с одной стороны, максимальную степень извлечения титана в титаноалюминиевый сплав при восстановлении диоксида титана из исходного шлака и образование легкоплавкой подвижной шлаковой системы и, с другой стороны, форсирование режима процесса восстановительной плавки, уменьшение общей массы образующегося шлака и экономию шихтовых материалов и энергоресурсов. Проведение восстановительной плавки при 1450-1750°С позволяет получить в сплавах интерметаллиды TixAly, характеризующиеся сильными внутренними химическими связями, что обеспечивает высокое содержание титана в сплаве. Получаемый вторичный оксидный полупродукт - алюмокальциевый шлак - может быть использован для последующего производства высококачественного цемента.

Поддержание соотношения титана, алюминия, фторида кальция, кальция и/или оксида кальция в шихте ниже заявляемых пределов не позволяет достичь высокого извлечения титана в титаноалюминиевый сплав. Поддержание количеств титана, алюминия, фторида кальция, кальция и/или оксида кальция в шихте выше заявляемых пределов не способствует увеличению степени извлечения в титаноалюминиевый сплав титана и приводит к уменьшению содержания в сплаве титана до 30% и излишнему переходу в этот сплав кислорода и азота.

Предлагаемый способ осуществляют следующим образом: готовят шихту смешением титансодержащего шлака (титансодержащий шлак от получения ферротитана, плавки титаномагнетитовой руды в электро- или доменной печи) с алюминием, кальцием и/или оксидом кальция, фторидом кальция при поддержании соотношения между ними по массе 1:(0,58-1,62):(0,28-1,1):(0,09-0,32) и ведут восстановительную плавку шихты в воздушной или нейтральной атмосфере при температурах 1450-1750°С в печах сопротивления, индукционных или дуговых электропечах, после чего отделяют титаноалюминиевый сплав от шлака.

Заявленный способ испытан в лабораторных условиях.

Пример 1. Шихту массой 150-200 г, состоящую из титансодержащего шлака производства ферротитана, состава, %: 30,0 TiO2, 0,1 FeO, 51,0 Al2O3, 10,5 CaO, 4,0 MgO (крупность менее 1 мм), порошка алюминия (крупность менее 0,1 мм), оксида кальция (CaO) и фторида кальция (CaF2), смешивали и постепенно загружали в корундовый тигель, установленный в лабораторной печи сопротивления, и расплавляли при температурах 1450-1600°С. Соотношение масс TiO2:Al:CaO:CaF2 варьировали в пределах 1:(0,5-1,65):(0,25-1,05):(0,08-0,35). После проплавления шихты расплав выдерживали 10-20 минут при температурах 1400-1800°С и затем вместе с тиглем извлекали из печи и охлаждали на воздухе. Общая продолжительность процесса не превышала 30 мин.

Результаты опытов по получению титаноалюминиевого сплава приведены в таблице. При отношении алюминия к количеству диоксида титана в шихте менее 0,58 не достигается степень извлечения в титаноалюминиевый сплав титана более 70% и увеличивается содержание кислорода в сплаве более 1%. Осуществление процесса с отношением алюминия к количеству диоксида титана в шихте более 1,62 не способствует увеличению степени извлечения в титаноалюминиевый сплав титана и приводит к уменьшению содержания в сплаве титана - менее 30%.

Данные таблицы свидетельствуют, что проведение алюминотермической плавки с получением титаноалюминиевого сплава, содержащего более 30% Ti, в контролируемых температурных условиях при 1450-1750°С и отношении масс TiO2:Al:CaO:CaF2 в пределах 1:(0,58-1,62):(0,28-1,1):(0,09-0,32) обеспечивает (при сопоставимой с прототипом интенсивности процесса) повышение степени извлечения титана в целевые продукты - титаноалюминиевые сплавы (в сравнении с прототипом в 1,2-1,6 раза), повышение качества этих сплавов и получение вторичного оксидного полупродукта - алюмокальциевого шлака, пригодного для последующего производства высококачественного цемента. Содержание кислорода в титаноалюминиевых сплавах заметно ниже, чем по способу-прототипу. При этом обеспечивается также низкое содержание в сплавах Ti-Al азота, что важно для качества сплава, так в этом случае практически исключается образование нитридных включений. В указанных условиях извлечение в титаноалюминиевый сплав Ti составило 91,2-99,1%. Содержание кислорода в сплавах равнялось 0,1-0,9%, а азота - 0,06-0,09%.

Пример 2. Шихту массой 1 кг, состоящую из титанового шлака производства ферротитана, состава, %: 18.3 TiO2, 8.6 FeO, 62.0 Al2O3, 11.2 CaO, 4.0 SiO2, порошка алюминия (крупность менее 0,1 мм), гранул кальция крупностью 0,1-0,2 мм и фторида кальция, смешивали в соотношении масс TiO2:Al:Ca:CaF2 как 1:0,65:0,5:0,15 и постепенно загружали в корундовый тигель, установленный в индукционной электропечи, и, расплавляли в течение 30-40 минут. Температура шлаковой ванны составляла 1600-1700°С. По окончании плавления шихты расплав выдерживали в течение 15-20 минут, затем сливали в изложницу, охлаждали и проводили разделение продуктов плавки. Общая продолжительность процесса плавки не превышала 40 мин. В результате получили сплав, содержащий, %: 32,1% Ti и 0,2% кислорода, 0,08% азота. Извлечение в сплав Ti составило 95,8%.

Показатели плавок в печи сопротивления
Температура, °С Состав шихты, масс.% TiO2:Al:CaO:CaF2 Разделение металла и шлака Содержание титана и кислорода в титаноалюминиевом сплаве, масс.% Извлечение Ti в сплав, %
TiO2 Al CaO CaF2 Ti O N
Прототип
1800 27.1 12.2 11.1 - 1:0.45:0.41 Не очень хорошее 40.1 4.2 1.6 65.0
Предлагаемый способ
1800 25.3 14.7 11.6 3.8 1:0.58:0.46:0.15 Хорошее 36.5 2.1 0.20 68.1
1750 26.4 13.2 12.1 4.0 1:0.50:0.46:0.15 Не очень хорошее 38.4 2.0 0.25 67.2
1750 25.8 15.0 6.5 2.1 1:0.58:0.25:0.08 Плохое 37.5 1.8 0.18 68.4
1750 25.4 14.8 7.1 2.9 1:0.58:0.28:0.09 Хорошее 36.5 0.9 0.08 97.8
1700 20.9 17.3 9.6 3.1 1:0.83:0.46:0.15 Хорошее 34.2 0.1 0.06 99.1
1450 15.7 25.4 17.3 5.0 1:1.62:1.1:0.32 Хорошее 31.3 0.2 0.09 91.2
1450 14.3 23.6 15.7 4.6 1:1.65:1.1:0.32 Не очень хорошее 29.2 0.3 0.12 84.5
1450 14.5 23.2 16.7 5.0 1:1.60:1.15:0.35 Плохое 26.5 1.2 0.15 67.4
1400 16.2 24.3 7.5 2.4 1:1.50:0.46:0.15 Плохое 27.6 1.5 0.23 58.6

Пример 3. Шихту (1,5 кг), состоящую из титансодержащего шлака доменного производства состава, масс.%: 17.9 TiO2, 0.6 Fe, 0.4 Mn, 15.4 Al2O3, 15.2 CaO, 38.6 SiO2 (крупность менее 2 мм), алюминиевой крупки (0,1-3,0 мм), гранул кальция крупностью 0,1-0,2 мм, оксида кальция и плавикового шпата (CaF2), смешивали в соотношении TiO2:Al:(Ca+CaO):CaF2 1:0,7:(0,1+0,9):0,15 и расплавляли в двухэлектродной электропечи с магнезитовой футеровкой в течение 30-40 минут. Температура шлаковой ванны составляла 1500-1600°С. По окончании плавления шихты расплав выдерживали в течение 15-20 минут, затем сливали в изложницу, охлаждали и проводили разделение продуктов плавки. Общая продолжительность процесса плавки не превышала 60 мин. В результате получили сплав, содержащий, %: 36,7% Ti и 0,1% кислорода, 0,06-0,12% азота. Извлечение в сплав Ti составило 93,8%.

Предложенный способ позволяет повысить качество получаемого титаноалюминиевого сплава при высокой степени извлечения титана из титансодержащего шлака и улучшении разделения сплава и шлака за счет образования легкоплавкой подвижной шлаковой системы.

1. Способ переработки титановых шлаков, включающий восстановительную плавку титансодержащего шлака с алюминием и кальцийсодержащим материалом и отделение сплава от шлака, отличающийся тем, что в качестве кальцийсодержащего материала используют фторид кальция и кальций, или фторид кальция и оксид кальция, или фторид кальция и смесь кальция и оксида кальция при поддержании в шихте соотношения диоксид титана:алюминий:кальций и/или оксид кальция:фторид кальция по массе 1:(0,58-1,62):(0,28-1,1):(0,09-0,32), а восстановительную плавку ведут при температуре 1450-1750°С.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве титансодержащего шлака используют шлак от производства ферротитана.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве титансодержащего шлака используют шлак от плавки титаномагнетитовой руды в электро- или доменной печи.



 

Похожие патенты:

Лигатура // 2521916
Изобретение относится к литейному производству и может быть использовано при получении высокопрочного чугуна с шаровидным графитом без структурно свободного цементита в литом состоянии.
Изобретение относится к литейному производству и может быть использовано для получения высокопрочного чугуна с шаровидным графитом без структурно свободного цементита в литом состоянии на основе металлизированных окатышей и стальных отходов.

Изобретение относится к электрохимическому получению лигатурных алюминий-циркониевых сплавов. В способе осуществляют анодную гальваностатическую поляризацию циркония с плотностью тока 0,5-4,0 мАсм-2 в течение 1-5 часов в расплавленных хлоридах щелочных металлов или смеси хлоридов щелочных и щелочноземельных металлов, содержащих расплавленный алюминий или алюминий-магниевый сплав, при температуре 700-750°С в атмосфере аргона.
Изобретение относится к области металлургии цветных металлов, в частности к получению сплавов алюминия с редкоземельными металлами. Способ получения лигатуры алюминий-скандий включает расплавление алюминия, алюминотермическое восстановление скандия из исходной шихты, содержащей фторид скандия, хлорид калия и фторид натрия под покровным флюсом и последующую выдержку полученного расплава.
Изобретение относится к области металлургии, в частности к химическому составу и технологии получения лигатурных прутков для модифицирования зеренной структуры слитков из алюминиевых сплавов.

Изобретение относится к металлургии, в частности к производству легирующих сплавов для сталей и чугунов, и конкретно касается способа получения титансодержащего сплава для легирования стали.
Изобретение относится к металлургии и может быть применено для получения алюминиево-медных лигатур. .

Изобретение относится к области металлургии, в частности к созданию сплава с цирконием и титаном для рафинирования, микролегирования и раскисления стали и чугуна. .
Изобретение относится к области черной металлургии, а именно к сплавам, используемым для легирования сталей титаном. .
Изобретение относится к цветной металлургии и может быть использовано для получения сплавов на основе алюминия. .

Изобретение относится к способу переработки алюминиевых шлаков. Способ включает переработку алюминиевых шлаков в электрошлаковой печи, содержащей тигель с донным электродом - катодом и верхним электродом - анодом.

Изобретение относится к металлургии. Cпособ получения слитков на основе оксинитридов титана состава TiN0,35-0,7O0,4-0,6 включает сжигание титансодержащей шихты в реакторе самораспространяющегося высокотемпературного синтеза в атмосфере азота под давлением 40-150 атм.
Изобретение относится к способу извлечения металлов, в частности редкоземельных металлов и марганца, из силикатных шлаков. Способ включает измельчение шлака и выщелачивание.
Изобретение относится к области извлечения чистого пентаоксида ванадия из шлака, полученного при его производстве. В данном способе берут предварительно измельченный ванадийсодержащий шлак, сплавляют его с едким натром с получением метаванадата натрия.
Изобретение относится к металлургии. Способ переработки отвального конверторного шлака производства никеля включает дробление указанного шлака в шаровой мельнице и просеивание его через сито с размером ячейки 1 мм.

Изобретение относится к горной, металлургической и строительной промышленности и может быть использовано при утилизации шлаков ферросплавного производства. В способе дробление шлака осуществляют до фракции -10,0+0,0 мм с последующим его грохочением на три фракции: -10,0+1,0 мм, -1,0+0,315 мм и -0,315+0,0 мм, причем фракцию -10,0+1,0 мм подвергают дополнительному дроблению и возвращают на грохочение, затем каждую из двух фракций: -1,0+0,315 мм и -0,315+0,0 мм раздельно сушат, а затем двумя разделенными потоками подвергают сначала электросепарации с разделением на проводниковые и непроводниковые фракции, затем каждую из полученных фракций подвергают последовательно сначала слабомагнитной, а затем сильномагнитной сепарации с выделением сильномагнитной фракции в виде железного скрапа и крупной и мелкой фракций металлической фазы ферросплавов и выделением немагнитной непроводниковой фракции в виде высокоглиноземистого концентрата.
Изобретение относится к металлургии, а именно к способу извлечения никеля и кобальта из отвальных конверторных шлаков комбинатов. Способ включает химико-термическую обработку шлаков, содержащих 0,4-1% никеля и 0,2-0,9% кобальта в виде окислов и 2-10% серы.

Изобретение относится к области рециклинга цветных металлов (например, алюминия и его сплавов, магния, цинка). Устройство включает раму со сжимающей шлак головкой, изложницу для сбора отжатого из шлака металла, установленную на ней шлаковницу, патрубок для подключения вакуума к изложнице через сквозное отверстие, выполненное в боковой стенке изложницы, и уплотнение, размещенное в зазоре между шлаковницей и изложницей.
Изобретение относится к области цветной металлургии, в частности к способу переработки алюмосодержащих шлаков и получению сплавов на основе алюминия электролизом расплавов.
Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к переработке вторичных алюминиевых отходов, и может быть использовано для подготовки шлаков, образующихся при производстве алюминия из ломов и отходов для дальнейшей переработки и применения.

Изобретение относится к металлургии. Способ извлечения металлов из шлаков, содержащих частицы из стали или железа, с зернистостью до 150 мм включает сухое измельчение шлака, дезагломерацию, классификацию и сортировку с формированием металлической фракции и, по крайней мере, одной силикатной фракции. Измельчение и дезагломерацию производят в истирающей мельнице с бегунной дорожкой и перекатывающимися по измельчаемому слою мелющими валками. Шлак, содержащий частицы железа, предварительно подвергают восстановительной обработке и подают на измельчение в виде модифицированного шлака, содержащего железо. Измельчение и дезагломерацию проводят с учетом вида шлака, содержания металла в шлаке, степени сращения и требуемой степени чистоты металлической и силикатной фракций и размера частиц этих фракций при рабочем давлении на поверхности чаши бегунов, спроецированной относительно вертикальной поверхности среднего диаметра мелющего валка в диапазоне от 150 до 4500 кН/м2, и при сохранении формы металлических частиц. Обеспечивается износостойкое и энергоэффективное измельчение шлаков, а также их эффективная дезагломерация. 20 з.п. ф-лы, 3 ил.
Наверх