Восстановительные процессы

Восстановительные процессы используют для извлечения титана и ванадия из комплексных железных руд, содержащих 0,05...0,8 % V. Эти руды, а также пеки, являются важнейшим источником ванадия.

В металлургии ванадия в России используются титано-магнетитовые руды следующих месторождений: Кусинского, Первоуральского и Кочканарского. В табл. 3.3 приведены химические составы руд различных месторождений. Способ вскрытия основан на большом различии химического сродства к кислороду у железа, титана и ванадия. Он состоит в различной восстановимости соединений отдельных металлов, что позволяет при соответствующих условиях в процессе плавки разделить их между металлической и шлаковой фазами. Например, если плавить титано-магнетитовые руды с углеродным восстановителем, то оксиды титана как наиболее трудновосстановимые переходят в шлаковую фазу, а ванадий и железо, обладающие меньшим сродством к кислороду, будут восстанавливаться и переходить в металл (ванадиевый чугун).

В настоящее время соединения ванадия получают химическим и металлургическим методами. Во втором случае осуществляют восстановительную плавку в доменной или электрической печах. При плавке в доменной печи используют бедные по ванадию железованадиевые концентраты. В электродуговых печах ведут плавку с использованием концентратов, содержащих повышенное количество оксида титана. В результате плавки получают чугун и шлак в жидком состоянии. В процессе плавки до 80...90 % ванадия восстанавливается и переходит в чугун. Затем чугун заливают в конвертер и продувают воздухом или кислородом. В результате ванадий окисляется и переходит в шлак. Из шлака химическим путем извлекают ванадий, обычно в виде У₂С>5.

Шлак доменной или электродуговой плавки, содержащий гитан, подвергают хлорированию с целью разделения на составляющие компоненты. Выделенный тетрахлорид титана (ТЮ₄) используют для получения титана.

Ильменитовые концентраты, представляющие сложные твердые растворы РеТЮ₂МеОТЮ₂Ме₂ОзТЮ₂ или представляемые упрощенной формулой РеТЮз, содержат 42...60 % ТЮ₂ и 40...48 % (РеО + + Ре₂0₂). Их подвергают восстановительной плавке с получением титанового шлака, содержащего 80...87 % ТЮ₂. Титановые шлаки имеют высокую температуру плавления (>1500 °С) и высокую вязкость. Поэтому плавку руд, содержащих большое количество титана, ведут в дуговых электрических печах при высоких температурах (1650... 1750 °С). Это сопряжено с очень тяжелыми условиями для огнеупорной футеровки.

Таблица 33

Химический состав, %, ванадийсодержаших руд и концентратов

При плавке сначала восстанавливаются свободные оксиды (тема- гиг и магнетит) при температуре примерно 900 °С. Восстановление оксидов железа, входящих в состав тиганагов, начинается при более высоких температурах и протекает труднее:

При плавке формируются сложные соединения, кристаллизующиеся при затвердевании шлака. Основным из них является аносовит, в который входит главным образом промежуточный оксид состава ТцОз. Примерный состав аносовига выражается следующей формулой:

В шлаках могут присутствовать также оксикарбонитриды ТЦО,С,М), которые повышают температуру плавления и вязкость шлаков. После плавки и выпуска (~ 1600 °С) шлаковый блок разделывают. Переработка шлакового блока облегчается тем, что он рассыпается в процессе охлаждения на воздухе. Это обстоятельство вызвано окислением низших оксидов титана с образованием рутила (ТЮ₂). На каждую единицу шлака получают 0,6 единицы чугуна при плавке ильменитовых руд.

Технология производства титанового шлака и ванадисгого чугуна включает следующие стадии:

• - подготовка шихты;
• - восстановительная плавка;
• - разделка и обработка продуктов плавки.

Шихта включает железо-титановый концентрат и восстановитель. Концентрат подвергают агломерированию, окомкованию или брикетированию. Чаще используют брикетированный или агломерированный концентрат. Окатанная шихта требует очень тонкого измельчения. В качестве восстановителя можно использовать любой углеродный восстановитель: кокс, антрацит и др. - на выбор восстановителя влияют многие факторы. Подготовка сырья имеет важное значение и во многом определяет производительность оборудования, ход и интенсификацию технологического процесса. Приготовление шихты включает следующие операции: дробление и размол восстановителя, дозировка компонентов, смешение, брикетирование или агломерация. Дробление восстановителя производится до кусков размером 5

мм. С помощью размола получают восстановитель с размером частиц до 0,5 мм. Концентрат поступает с размером частиц до 3 мм. Смешение осуществляют в присутствии связующего с нагревом, в случае если смесь поступает на брикетирование.

Рис. 3.2. Схема металлургической переработки железо-ванадиевых концен тратов

Рис. 3.3. Схема выщелачивания ванадия из конвертерного шлака

Плавку ведут в доменной печи или в электродуговой. В доменных печах переплавляют агломерированные бедные но ванадию железованадиевые концешраты. Доменный процесс имеет некоторые особенности по сравнению с обычной выплавкой чугуна. Для более полного перехода ванадия в чугун процесс ведут при 1300... 1350 °С и основности шлака 0,8-0,9. В результате получают чугун, содержащий 0,5...0,6 % V,

0,30 % 81, 0,40 % Мп, 0,07 % Р, 0,23 % Тк 0,04 % Б. 0,62 % Сг, 4,2 % С. Чугун, в который переходит 81.. .83 % V, направляют на деванадацию в кислородные конвертеры. Конвертерный шлак, содержащий 11... 18 % У₂0₅, поступает на химический передел для производства оксида У₂0₅. Схема переработки железо-ванадиевых концентратов металлургическими способом представлена на рис. 3.2. Схема переработки конвертного ванадиевого шлака приведена на рис. 3.3.